Методичка по бурению

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Сургутский институт нефти и газа (филиал)

Кафедра: «Нефтегазовое дело»

ИЗУЧЕНИЕ СОСТАВА И СВОЙСТВ СОЛЕВЫХ БИОПОЛИМЕРНЫХ РАСТВОРОВ (СБР)

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторным работам по дисциплине:

«Буровые станки и бурение скважин»

направление: 130101.65 «Прикладная геология»

профиль: «Геология нефти и газа»

форма обучения: очная

СУРГУТ 2013

Утверждено учебно-методической комиссией

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Тюменский государственный нефтегазовый университет» Сургутский институт нефти и газа (филиал)

Составители: профессор кафедры НД, д.т.н. Лушпеева О.А. доцент кафедры НД, к.т.н. Сорокин П.М. доцент кафедры НД, к.т.н. Лушпеев В.А.

© ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Тюменский государственный нефтегазовый университет Сургутский институт нефти и газа (филиал)

2013г.

2

3

1. Лабораторная работа №1 «Изучение состава СБР»

Цель работы:

Приобретение навыков расчета состава солевых биополимерных растворов СБР

Задачи:

1.Изучение состава СБР

2.Изучение их свойств

3.Расчет состава бурового раствора

Порядок проведения:

1.Записать состав солевого бурового раствора

2.Записать требуемые свойства бурового раствора

3.Рассчитать количество реагентов для приготовления раствора с заданными свойствами (по варианту) в количестве 1 литр.

Содержание отчета по лабораторной работе:

1.Название работы

2.Цель работы

3.Описание состава и свойств СБР

4.Расчет количества реагентов для приготовления раствора

5.Таблица с полученными результатами

4

Варианты лабораторных работ:

2. Лабораторная работа №2 «Изучение лаборатории буровых растворов фирмы «Baroid»

Цель работы:

Приобретение навыков работы с лабораторным оборудованием для определения свойств буровых растворов

Задачи:

1.Изучение состава комплекта лаборатории фирмы «Baroid»

2.Изучение порядка работы с приборами

Порядок проведения:

1.Записать состав комплекта лаборатории фирмы «Baroid»

2.Записать порядок проведения исследования свойств растворов

Содержание отчета по лабораторной работе:

1.Название работы

2.Цель работы

3.Описание состава комплекта лаборатории фирмы «Baroid»

4.Описание приборов для определения коэффициента трения и статического напряжения сдвига

5.Порядок определения свойств буровых растворов

5

3. Лабораторная работа №3 «Определение свойств СБР»

Цель работы: Приобретение навыков определения свойств буровых растворов

Задачи:

1.Изучение порядка приготовления СБР

2.Изучение их свойств

Порядок проведения:

1.Подготовить требуемый состав солевого бурового раствора согласно с вариантом

2.Размешать его в мерной кружке

3.Определить необходимые свойства СБР в соответствии с заданием.

Содержание отчета по лабораторной работе:

1.Название работы

2.Цель работы

3.Порядок приготовления бурового раствора

4.Порядок определения свойств буровых растворов

5.Таблица с полученными результатами

6

4. Состав и свойства солевых биополимерных растворов

Солевой биополимерный раствор СБР – ингибирующий псевдопластичный буровой раствор с малым содержанием твердой фазы, обладающий высокими удерживающими и выносящими способностями, требуемыми стабильными реологическими и тиксотропными свойствами, достаточными смазочными характеристиками, защищающий призабойную зону пласта от глубокого проникновения фильтрата, сохраняя его коллекторские свойства. Экологически безопасен. СБР представляет собой водный раствор хлорида натрия, обработанный реагентом КМЦ (Tylose, Gabrosa) и биополимером (КЕМ-Х).

4.1. Компоненты раствора

КМЦ (Tylose, Gabrosa) – натриевая карбоксиметилцеллюлоза, предназначенная для снижения водоотдачи и регулирования вязкости бурового раствора. Реагент действует как стабилизатор технологических параметров раствора и защитный коллоид. Пленкообразующие свойства длинноцепочных молекул реагента обеспечивают снижение фильтруемости твердых частиц в поры породы и стабилизацию стенок скважины (стабилизацию глин). Эффективен как понизитель фильтрации солевых буровых растворов при высоком содержании хлорида натрия (NaCl), вплоть до насыщения.

КЕМ-Х – высококачественный ксантановый биополимер, производимый зарубежной фирмой. Обеспечивает требуемые реологические свойства СБР, улучшает удерживающие и выносящие способности. Позволяет получать высокие показатели эффективной вязкости при низкой скорости сдвига (ВНСС), снижая зону вторжения раствора и фильтрата в пласт. Полностью биоразлагаем, растворим в кислотах.

КЕМ-PAS - Среднемолекулярный сополимер полиакрилата натрия. Обеспечивает снижение водоотдачи и повышение вязкости пресных глинистых растворов, флокулянт.

POLY-KEM-D – высокомолекулярный полиакриламид. Селективный флокулянт, стабилизатор сланцев.

Хлорид натрия (NaCl) – ингибитор гидратации глинистых частиц (как выбуренного шлама, так и матрицы породы-коллектора), обеспечивающий регулирование плотности раствора.

Состав исходного раствора плотностью 1080-1120 кг/м3,% объема:

хлорид натрия (NaCl)……………………………………………..13-20;

карбоксиметилцеллюлоза………………………………………...1,2-1,4;

биополимер (КЕМ-Х)*………………………………………..…..0,2-0,4;

бактерицид (ИКС-САЙД, ИКБАК)………………………………0,02

вода…………………………………………………………………остальное.

Примечание: * при увеличении продолжительности бурения ствола

скважины с биополимеров свыше 20 сут., необходима обработка раствора бактерицидом.

7

Расход химреагентов на приготовление 1м3 раствора, кг:

хлорид натрия (NaCl)……………………………………………..135-200;

КМЦ……………………..………………………………………...13-16;

биополимер (КЕМ-Х)..………………………………………..…..2,2-4,5;

бактерицид (ИКС-САЙД, ИКБАК)………………………………0,2

вода…………………………………………………………………900-940.

Примечание: применяемые концентрации полимеров обеспечивают

получение коэффициента трения (Ктр) в пределах 0,02-0,25. При необходимости снижения Ктр до значений 0,15-0,18 при сложных траекториях ствола скважины, раствор обрабатывается смазкой СРЖН (сульфированный рыбий жир нейтральный) в количестве 0,5 % от объема раствора (5-6кг на 1м3 раствора).

Требуемые параметры раствора:

плотность, кг/м3………………………………………………...1080-1120;

условная вязкость (по СПВ-5), с………………………………35-40;

водоотдача (по ВМ-6), см3/30 мин..……………………….......3-4,5;

статическое напряжение сдвига (по вискозиметру Baroid):

за 10 с……………………………………………………………15-45, за 10 мин………………………………………………………...25-70;

8

пластическая вязкость ( пл), мПа·с..………………………......15-20;

динамическое напряжение сдвига ( о), дПа…………………..80-120;

содержание твердой фазы, %, об………………………………не более 3-5;

содержание песка, %, об………………………………………..не более 1;

коэффициент трения…………………………………………….0,18-0,22;

водородный показатель (рН)…………………………………...7-8;

показатель нелинейности (n)……………………………………не более 0,6.

4.2.Состав и свойства высоковязкой жидкости (ВВЖ)

ВВЖ представляет собой водный раствор хлорида натрия с добавкой КМЦ. ВВЖ предназначена для очистки скважины от шлама (металлической крошки и др.) после фрезерования обсадной колонны.

Состав ВВЖ плотностью 1080-1120 кг/м3, % объема:

хлорид натрия ……...…………………………..………………..13-20;

карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ)…...…………………………..2,0-2,2;

вода………………………………………………………………..остальное.

Требуемые параметры ВВЖ:

плотность, кг/м3…………………………………………………..1080-1120;

условная вязкость, с……………………………………………...50-60;

Применяемые приборы для измерения параметров СБР и ВВЖ:

ареометр для измерения плотности;

вискозиметр ВБР-1 для измерения условной вязкости;

пресс-фильтр (или ВМ-6) для измерения водоотдачи;

ротационный вискозиметр (реометр) «Baroid» для измерения реологических (пластической вязкости и динамического напряжении сдвига) и тиксотропных (статического напряжения сдвига за 10 с. и 10 мин.) свойств;

ротационный вискозиметр СНС-2 для измерения тиксотропных (статического напряжения сдвига за 10 с. и 10 мин.) свойств;

рН-метр или индикаторная бумага для измерения водородного показателя;

реторты для измерения содержания твердой фазы;

прибор КТК-2 для определения коэффициента трения.

4.3.Технология приготовления солевого биополимерного раствора

Фрезерование обсадной колонны производится на солевом растворе плотностью 1080-1120 кг/см3 с использованием циркуляционной системы.

После фрезерования обсадной колонны ствол скважины и солевой раствор очистить от шлама (металлической крошки, цемента, парафина и др.). Для этого приготовить и закачать в скважину с помощью цементировочного агрегата 4-5м3

9

ВВЖ. В процессе циркуляции, пачку солевого раствора высокой степени загрязнения и весь объем ВВЖ перекачать в специальную емкость с последующим вывозом для утилизации в отведенные для этого места.

Оставшийся солевой раствор очистить от металла и шлама в процессе круговой циркуляции через металлоуловитель и систему очистки раствора и использовать для приготовления СБР.

Для приготовления ВВЖ необходимо:

в мерники ЦА-320 набрать 4-5м3 водного раствора хлорида натрия

ввести расчетное количество КМЦ.

смесь перемешивать круговой циркуляцией не менее 20 минут.

довести объем солевого раствора в емкости циркуляционной системы до

30м3,

в зимних условиях обеспечить его подогрев до температуры не менее 2530ºС, необходимой для ускорения растворения КМЦ в растворе.

при невозможности подогрева солевого раствора создать круговую циркуляцию через скважину для повышения температуры исходного СБР.

Приготовление и обработка СБР производится в следующей последовательности:

солевой раствор, заполняющий емкость ЦС и ствол скважины, обрабатывается полимером КМЦ (1,3 %) из расчета 14кг на 1м3 раствора;

при углублении ствола скважины с достижением зенитного угла 30-40º в раствор дополнительно вводится 0,2 % биополимера из расчета 2кг на 1м3 раствора;

перед вскрытием продуктивного пласта производится дообработка СБР реагентом КМЦ до достижения значений показателя водоотдачи 4,5-5,5 см3 и биополимером КЕМ-Х до его концентрации, обеспечивающей требуемые реологические параметры ( пл, о), СНС.

В процессе приготовления и обработки СБР реагенты вводятся медленно через гидромешалку или эжектор (смесительную воронку) при постоянном перемешивании (один мешок за 15-20 мин.). При этом полимеры должны полностью раствориться в процессе непрерывной циркуляции раствора в течение 2-3 ч. Параметры раствора контролировать и, при необходимости, корректировать до требуемых значений вводом реагентов.

За счет механического разрушения молекул биополимера при воздействии больших гидродинамических нагрузок (истечение через насадки долота, лопатки центробежных насосов, забойные двигатели), адсорбции их на поверхности глинистых частиц и выбуренного шлама могут ухудшаться реологические и фильтрационные свойства раствора, которые восстанавливают дополнительной обработкой:

при повышении водоотдачи вышеуказанного предела произвести дополнительную обработку СБР реагентом КМЦ порциями из расчета 0,3-0,5 кг на 1 м3 раствора до достижения требуемого значения показателя водоотдачи;

10