БТЖ и ФРГП на весну 16 года / БТЖ - лекции_2015 / СулакшинЧубик

Концентрацию в промывочной жидкости частиц коллоидных размеров определяют путем титрования ее метиленовой синью (МС). Объем МС (V), израсходованный на титрование 2 см3 исследуемой промывочной жидкости, сравнивают с эталонным значением (Э), за которое принят объем МС, адсорбируемый 1 г частиц бентонита размером менее 2 мкм, составляющий в среднем 59 см3.

Объем МС на титрование 2 см3 исследуемой промывочной жидкости определяют в полном соответствии с методикой оценки коэффициента коллоидальности глин, рассмотренной в главе 8.

Объемную концентрацию в промывочной жидкости частиц коллоидных размеров (Ск, %) находят по следующей формуле:

где V – объем МС, израсходованной на титрование 2 см3 исследуемой глинистой суспензии, см3; а – расчетный коэффициент, равный:

где Э – величина абсорбции МС 1 г частиц бентонита размером менее 2 мкм, см3 (Э = 59); Vр – объем промывочной жидкости, взятой для титрования, см3 (Vр = 2); ρг – плотность глины, кг/м3.

При ρг = 2,6 г/см3

4.6.2. Определение концентрации загрязняющих промывочную жидкость примесей

Твердые примеси. К твердым примесям, загрязняющим промывочную жидкость, относят все содержащиеся в ней грубодисперсные частицы, независимо от их происхождения. Присутствие в промывочной жидкости этих частиц, условно называемых «песком», существенно снижает ресурс работы гидравлических частей буровых насосов, вертлюга, гидравлических забойных двигателей, бурильных труб и их соединений. По этой причине концентрация «песка» в промывочной жидкости не должна превышать 2–3 %.

Для измерения концентрации «песка» используется металлический отстойник ОМ-2. Концентрация песка (Сп, %) – это объем осадка, который образуется при отстаивании в течение 1 мин разбавленной водой промывочной жидкости, отнесенный к объему исходной промывочной жидкости.

Отстойник ОМ-2 (рис. 4.32) состоит из цилиндра 1, крышки 2, пробирки 3, винта 4, опоры 5, основания 6 и резиновой прокладки 7.

291

292

Химические реагенты служат для следующих целей:

•придания промывочным жидкостям необходимых свойств в процессе их приготовления, т. е. дл я получения промывочных жидкостей с показателями свойств, соответ ствующим и геолого-техническим условиям бурения скважин;

•защиты использ уемых промывочных жидкосте й от возмущающих воздействий (шлама выбуренных пород, н изких и высоких температур, эл ектролитной агрессии), которую, как прав ило, производят в процессе их приготовления;

•регенерации (восстановления или поддержания в заданных пределах) свойств промывочных жи дкостей в процессе бу рения.

Первыми химическими реагентами, которые в мировой буро вой практике начали применяться с 1929 года, были каустическая сода ( едкий натр, гидроокись на-

трия) – NaOH и алюминат натрия (N a2Al2O3). Они предназначались для повышения вязкости и статического напряжения сдвига п ромывочны х жидкос тей с цель ю предупреждения осаждения в них частиц утяжелителя.

В нашей стране хи мические реагенты начали использовать в бурении в 40-х годах. Первыми отечественными реагентами являются углещелочной и торфо-

293

щелочной реагенты (УЩР и ТЩР), предложенные В.С. Барановым и З.П. Букс в 1934 году (по другим источникам – в 1938 г.).

Большинство реагентов, применяющихся в бурении, сложны по своему химическому составу или представляют собой смеси веществ различного химического строения, однако все их можно объединить в восемь групп:

1.Полисахариды – естественные (природные) полимеры, имеющие общую хи-

мическую формулу – (C6H10O5)n. Важнейшими полисахаридами являются крахмал и целлюлоза. Сырьем для производства крахмала служат картофель, кукуруза, рис, пшеница, а целлюлозы (Ц) – древесина (40–55 % Ц) и волокна хлопковых семян

(95–98 % Ц).

Основные реагенты этой группы: крахмал, модифицированный крахмал (МК), карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ-500, 600, 700) и ее зарубежные аналоги.

2.Акриловые полимеры – синтетические полимеры, являющиеся продуктами нефтехимии.

Основные реагенты этой группы: гидролизованный полиакрилонитрил, полиакриламид (ПАА) и их зарубежные аналоги.

3.Гуматные реагенты – натриевые или калиевые соли гуминовых кислот, получаемые экстракцией из бурого угля или торфа в присутствии щелочи (NaOH, KOH).

4.Лигносульфонаты, сырьем для получения которых служат многотоннажные отходы производства целлюлозы сульфитной варкой древесины.

5.Реагенты на основе гидролизного лигнина (сырьем для их получения служит гидролизный лигнин, который является отходом при производстве спирта из древесины, подсолнечной лузги, кукурузных кочерыжек, хлопковой шелухи и др.).

6.Электролиты – кислоты, соли и основания (щелочи): NaOH – гидроокись

натрия (едкий натр, каустическая сода), Na2CO3 – карбонат натрия (кальцинированная сода), КОН – гидроокись калия (едкий калий), Ca(OH)2 – гидроксид кальция (гашеная известь), CaCl2 – хлористый кальций, KCl – хлористый калий, жидкое стекло натриевое Na2O·nSiO2 и калиевое К2O·nSiO2, KАl(SO4)2 – алюмокалиевые квасцы, нитрилотриметилфосфоновая кислота (НТФ) и др.

7.Кремнийорганические жидкости – синтетические полимеры, содержащие в макромолекуле атомы кремния и углерода.

8.Поверхностно-активные вещества (ПАВ), способные адсорбироваться на поверхности раздела фаз (воздух–жидкость, жидкость–жидкость, жидкость–твердое тело) и снижать вследствие этого межфазное поверхностное натяжение.

По назначению (действию на свойства промывочных жидкостей) все химические реагенты принято условно делить на следующие основные группы: понизители фильтрации, понизители вязкости (разжижители), структурообразователи или загустители (реагенты, повышающие вязкость), регуляторы щелочности (рН), реагенты, связывающие ионы кальция, ингибиторы глинистых пород, регуляторы термостойкости, пенообразователи, пеногасители, эмульгаторы (вещества, пре-

дохраняющие капельки дисперсной фазы эмульсий от коалесценции, т. е. слияния), ПАВ, смазочные добавки, бактерициды (вещества, подавляющие микробиологическую деятельность, т. е. предупреждающие микробиологическую деструкцию химических реагентов и, в частности, полимеров), ингибиторы коррозии и нейтрали-

заторы сероводорода, флокулянты.

294

Ниже в качестве иллюстрации приведены краткие технические характеристики некоторых химических реагентов, представляющих большую часть названных выше групп.

Понизители фильтрации

DuralonTM («Дюралон») – синтетический анионный полимер – понизитель фильтрации промывочных жидкостей на водной основе. Одинаково эффективен в пресных, минерализованных и соленасыщенных растворах, кальциевых и хлоркалиевых системах. Термостоек до 205 °С.

Белый сыпучий порошок (95 % – микрогранулы размером < 1 мм), содержание активного вещества – 100 %, насыпная плотность – 800 кг/м3, pH 1%-го раствора –

7–8.

Обладает ингибирующей способностью, инкапсулируя выбуренный шлам и стабилизируя неустойчивые глинистые породы. При использовании совместно с неорганическими ингибиторами (в хлоркалиевых или кальциевых ингибирующих растворах, соленасыщенных системах) способствует не только снижению показателя фильтрации, но и повышает устойчивость стенок скважины, облегчает работу очистного оборудования, снижает необходимость разбавления раствора.

Рекомендуемая концентрация 2,8…22 кг/м3.

Экологически безопасен. Поставляется в многослойных бумажных мешках массой 22,7 кг. Рекомендуется хранить в сухом прохладном месте.

DurastarTM («Дюрастар») – синтетический высокоразветвленный полимер, один из основных компонентов системы «Полистар-450», понизитель фильтрации промывочных жидкостей. Уникальная структура полимера обеспечивает его высокую устойчивость к воздействию многовалентных катионов и гидродинамической деструкции.

Кремовая непрозрачная жидкость плотностью 1500 кг/м3 с содержанием активного вещества 60–80 %, pH 1%-го раствора – 8,6.

Рекомендуемая концентрация 2,5…8 кг/м3.

Термостабилен до 205 °С. Экологически безопасен. Нетоксичен. Поставляется в пластиковых канистрах объемом 18,9 л или металлических или

пластиковых бочках объемом 208 л. Рекомендуется хранить в сухом прохладном месте.

Asphasol® («Асфасол») – частично растворимый, диспергирующийся реагент для снижения показателя фильтрации, кольматации микротрещин, подавления гидратации глинистых пород и стабилизации стенок скважины. Содержит смесь сульфонированных органических смол, улучшающих качество фильтрационной корки, блокирующих поры и микротрещины глинистых пород, а также улучшающих триботехнические свойства промывочных жидкостей.

Темно-коричневый или черный порошок плотностью 1200…1500 кг/м3, pH 1%-го раствора – 9,1–9,5.

Рекомендуемая концентрация – 11…28 кг/м3.

Поставляется в многослойных бумажных мешках массой 22,7 или 25 кг. Рекомендуется хранить в сухом прохладном месте.

Flo-Trol® («Фло-Трол») – особая разновидность модифицированного крахмала, специально разработанная для применения в системе «Фло-Про». Понизитель

295

фильтрации. Рекомендуется использовать в сочетании с кольматантами типа карбоната кальция или кристаллической соли.

Может применяться в любых типах промывочных жидкостей на водной основе – от пресных до соленасыщенных.

Белый порошок плотностью 1500 кг/м3. Рекомендуемая концентрация – от 6 до 14 кг/м3.

Термостабилен до 120 °С. При необходимости температурный порог может быть увеличен до 150 °С добавлением соли или специальных реагентовстабилизаторов.

Подвержен бактериальному разложению.

Неопасен. Нетоксичен. Поставляется в многослойных влагостойких бумажных мешках массой 25 кг. Рекомендуется хранить в сухом прохладном месте.

Polypac® R («Полипак R») – модификация полианионной целлюлозы, предназначенная для снижения показателя фильтрации пресных, соленасыщенных, хлоркалиевых растворов, растворов на основе морской воды. Способствует формированию тонкой, плотной, упругой и малопроницаемой фильтрационной корки, снижая зону проникновения фильтрата в пласт.

Белый сыпучий порошок плотностью 1500…1600 кг/м3, содержание активного вещества – 70–100 %, pH 1%-го раствора – 6,5–8,0.

Рекомендуемая концентрация – от 0,7 до 3 кг/м3 (для соленасыщенных растворов и промывочных жидкостей на основе морской воды – до 2,5…8,5 кг/м3).

Эффективность реагента снижается при забойных температурах выше 150…160 °С, при жесткости раствора выше 1000 мг/л по кальцию, особенно при высокой щелочности раствора (возможно выпадение полимера в осадок).

Экологически безопасен. Нетоксичен.

Поставляется в многослойных бумажных мешках массой 25 кг. Рекомендуется хранить в сухом прохладном месте.

Polypac® UL («Полипак UL») – модификация полианионной целлюлозы, имеющая тот же внешний вид и то же назначение, что и «Полипак R». Но в отличие от последнего «Полипак UL» практически не увеличивает вязкость раствора. Степень влияния реагента на вязкость зависит от содержания твердой фазы, минерализации раствора и его химического состава.

Рекомендуемая концентрация – от 2 до 4 кг/м3 (для соленасыщенных растворов и растворов на основе морской воды – до 3…9 кг/м3).

Polysal® («Полисал») – модифицированный полисахарид, предназначенный для снижения показателя фильтрации и повышения вязкости промывочных жидкостей. Обладая неионогенной природой, «Полисал» сохраняет свою эффективность в растворах с любой жесткостью и соленостью, например в рассолах на основе NaCl, KCl, MgCl2, CaCl2 или комплексе солей. Поэтому наиболее эффективен в соленасыщенных системах, широко применяется в жидкостях для заканчивания и капитального ремонта скажин.

Белый сыпучий порошок плотностью 1450…1500 кг/м3, рН 1%-го раствора – 6–8. Молекула «Полисала» обладает инкапсулирующим эффектом, образуя защитную оболочку вокруг выбуренной частички. Во время бурения таких пород, как ангидриды, соли или высокоактивные глинистые сланцы «Полисал», помимо контроля фильтрации, эффективно стабилизирует реологические параметры промывочной

жидкости.

296

Рекомендуемая концентрация – от 5 до 17 кг/м3 в зависимости от применяемой системы и рекомендуемого уровня фильтрации (для снижения показателя фильтрации до величины 6–8 см3 в растворах на основе пресной воды – 5,7…8,6 кг/м3).

Эффективность реагента снижается при высокой концентрации твердой фазы и, наоборот, растет в безглинистых или малоглинистых растворах.

Теряет эффективность при температурах выше 135 °С. Неопасен. Нетоксичен.

Поставляется в многослойных бумажных мешках массой 22,7 или 25 кг. Рекомендуется хранить в сухом прохладном месте.

Resinex® («Резинекс») – синтетическая лигнит-фенолформальдегидная смола, предназначенная для снижения показателя фильтрации и стабилизации реологических свойств пресных, соленасыщенных, известковых, гипсовых, лигносульфонатных утяжеленных и неутяжеленных растворов в условиях высоких забойных температур (до 204 °С).

Темно-коричневый сыпучий порошок плотностью 1500…1700 кг/м3, рН

1%-го раствора – 8,8–9,2.

Особенно эффективен в утяжеленных растворах, где нежелательно увеличение вязкости, зачастую наблюдаемое при обработке другими реагентами-понизителями фильтрации.

Рекомендуемая концентрация – от 5 до 17 кг/м3.

Эффективность реагента снижается в системах с высокой жесткостью и щелочностью (например, при поступлении в раствор большого количества цемента).

Неопасен. Нетоксичен.

Поставляется в многослойных бумажных мешках массой 11,3; 22,7 или 25 кг. Рекомендуется хранить в сухом прохладном месте.

SP-101® (SP-101) – полиакрилат натрия со средней молекулярной массой, предназначен для снижения показателя фильтрации пресных и минерализованных промывочных жидкостей. Наиболее эффективен в пресных и ингибированных полимерных растворах.

Белый, желтоватый, кремовый порошок или чешуйки плотностью 1050 кг/м3, pH 1%-го раствора ~7.

Сохраняет эффективность при забойных температурах до 205 °C. Рекомендуемая концентрация – от 1,5 до 3 кг/м3. Рекомендуемый диапазон

рН – 7–10 (высокая щелочность может вызвать гидролиз полимера).

Обладает способностью адсорбироваться на поверхности глинистых пород, инкапсулируя выбуренный глинистый шлам и стабилизируя стенки скважины в интервалах залегания активных, диспергирующихся глин.

SP-101 также применяется в качестве дефлокулянта и стабилизатора малоглинистых промывочных жидкостей при бурении глубоких скважин с высокими забой-

ными температурами. Рекомендуемая концентрация в данном случае – не менее

3 кг/м3.

Эффективность резко снижается в растворах с высокой жесткостью. Максимально допустимое содержание ионов кальция – 320 мг/л. Не рекомендуется для растворов с высоким содержанием твердой фазы.

Поставляется в многослойных бумажных мешках массой 22,7 или 25 кг. Рекомендуется хранить в сухом прохладном месте.

297

Tannathin® («Таннатин») – модифицированный окисленный природный лигнит (сложная смесь гуминовых кислот). Предназначен для снижения показателя фильтрации и вязкости промывочных жидкостей на водной основе. Особенно эффективен при высоких температурах, загрязнении CO2 и высокой жесткости раствора, где прочие реагенты теряют эффективность. Часто применяется для обработки растворов, загрязненных цементом – снижает щелочность и жесткость загрязненного раствора.

Черный сыпучий порошок плотностью 1600…1800 кг/м3, содержание активного вещества – 60–100 %, pН 1%-го раствора – 4–5.

Рекомендуемая концентрация – от 3 до 23 кг/м3. Максимальная эффективность реагента достигается в растворах с pH = 9–11.

Неопасен. Нетоксичен.

Поставляется в многослойных бумажных мешках массой 22,7 или 25 кг. Рекомендуется хранить в сухом прохладном месте.

Понизители вязкости (разжижители)

Desco® CF («Деско») – органический разжижитель (сульфометилированный таннин), предназначен для снижения вязкости и стабилизации пресных, минерализованных, соленасыщенных, калиевых, гипсовых утяжеленных и неутяжеленных растворов.

Темно-красный или черный порошок плотностью 1500 кг/м3, содержание активного вещества – не менее 80 %, pH 1%-го раствора – 8,5–9,0.

Термостоек до 200 °С.

В 2–4 раза эффективнее обычных лигносульфонатных разжижителей. В отличие от лигнитов и лигносульфонатов, не теряет эффективности при увеличении жесткости и минерализации раствора.

Рекомендуемая концентрация от 1,5 до 8 кг/м3. Неопасен. Нетоксичен.

Поставляется в многослойных бумажных мешках массой 22,7 или 25 кг. Рекомендуется хранить в сухом прохладном месте. Обладает склонностью к пылеобразованию. Рекомендуется использовать респиратор для защиты органов дыхания.

RheostarTM («Реостар») – смесь полимеров, предназначенная для стабилизации реологических свойств промывочных жидкостей при температурах выше 200 °С, один из основных компонентов системы «Полистар-450». Снижает пластическую вязкость и эффективную вязкость при высокой скорости сдвига. Рекомендуется для систем с низким содержанием бентонита (менее 30 кг/м3). Устойчив к большинству загрязнителей, включая ионы кальция и магния, соли и твердую фазу. Одинаково эффективен в пресных, минерализованных и соленасыщенных растворах, растворах на основе морской воды.

Светло-коричневый сыпучий порошок плотностью 1350 кг/м3, pH 1%-го раствора – 5–7.

Рекомендуемая концентрация – от 6 до 17 кг/м3. При бурении скважин с высокими забойными температурами (свыше 205 °С) – до 20…35 кг/м3.

Максимальная рабочая температура – 232 °С.

Не содержит хрома, лигнитов, лигносульфонатов или гильсонита, нетоксичен и экологически безопасен.

298

Поставляется в многослойных бумажных мешках массой 22,7 кг. Гигроскопичен. Рекомендуется хранить в сухом прохладном месте.

SAPP (СЭПП) – кислый пирофосфат натрия (щелочность 10 % раствора около 4), используется для разжижения промывочных жидкостей на водной основе и осаждения ионов кальция и магния (выбуренный цемент, гипс, ангидрит и др.).

Белый сыпучий порошок плотностью 1900 кг/м3.

Эффективность реагента снижается при содержании хлорид-ионов более 10 000 мг/л. Теряет способность разжижать раствор (но сохраняет способность осаждать ионы кальция) при температуре свыше 80 °С.

Негорюч, нетоксичен и неопасен.

Поставляется в многослойных бумажных мешках массой 22,7 или 25 кг. Рекомендуется хранить в сухом прохладном месте.

Spersene CF® («Сперсен Си-Эф») – лигносульфонат, снижает и стабилизирует вязкость, одновременно положительно сказываясь на фильтрационных характеристиках раствора. Его эффективность доказана в растворах на основе пресной, морской воды, в соленасыщенных, в калиевых и гипсовых системах, а также при бурении высокотемпературных скважин растворами с низким содержанием активной твердой фазы.

Коричневый порошок плотностью 1200…1500 кг/м3, pН 1%-го раствора – 3–4. Рекомендуемая концентрация колеблется от 3 до 34 кг/м3 в зависимости от применяемой системы, содержания твердой фазы и рекомендуемых параметров рас-

твора.

Для максимальной эффективности уровень pH необходимо поддерживать на уровне 9–11.

Термостабильность – до 175 °С. Неопасен. Нетоксичен.

Поставляется в многослойных бумажных мешках массой 22,7 или 25 кг. Рекомендуется хранить в сухом прохладном месте.

Tackle® («Тэкл») – анионный акриламид/полиакрилат с низкой молекулярной массой, высокоэффективный разжижитель пресных, хлоркалиевых и соленасыщенных малоглинистых и безглинистых растворов, в том числе при бурении «горячих» скважин с забойными температурами выше 200 °С. «Тэкл» часто используется для бурения верхних интервалов для разжижения растворов с высоким содержанием активной твердой фазы.

Белая, желтоватая или светло-коричневая жидкость плотностью 1300 кг/м3, pH концентрированного раствора – 6–8.

Один из немногих дефлокулянтов, сохраняющих эффективность при температуре выше 200°С.

Рекомендуемая концентрация – от 0,3 до 6 кг/м3. Рекомендуемый диапазон pH обрабатываемого раствора – 9–12.

Эффективность резко снижается в растворах с высоким содержанием твердой фазы и высокой жесткостью. Максимально допустимое содержание ионов кальция –

240 мг/л.

Неопасен. Нетоксичен.

Поставляется в 19-литровых пластиковых канистрах. Рекомендуется хранить в прохладном месте.

299

Tackle® Dry («Тэкл Драй») – модификация «Тэкл» для использования в районах с холодным климатом, где сухие реагенты обычно более предпочтительны.

Белый или кремовый порошок плотностью 1600 кг/м3, pH 1%-го раствора – 6–7. Поставляется в многослойных бумажных мешках массой 22,7 кг. Рекоменду-

ется хранить в сухом прохладном месте.

XP-20® («Икс-Пи-20») – модифицированный хромлигнит, специально разработанный для разжижения и снижения показателя фильтрации промывочных жидкостей на водной основе в сложных условиях (АВПД, высокая температура).

Темно-коричневый сыпучий порошок плотностью 1700 кг/м3, pH 1%-го рас-

твора – 9,5–10,3.

Рекомендуемая концентрация от 2,8 до 17 кг/м3 в зависимости от вязкости раствора и условий бурения. Наиболее эффективен при щелочности не менее 9,5.

Неопасен. Нетоксичен.

Поставляется в многослойных бумажных мешках массой 22,7 или 25 кг. Рекомендуется хранить в сухом прохладном месте.

Загустители (структурообразователи)

Flo-Vis® Plus («Фло-Виз Плюс») – высококачественный разветвленный биополимер (ксантановая смола) высокой степени очистки, являющийся основным компонентом системы для бурения наклонно-направленных и горизонтальных скважин «Фло-Про». Растворы, обработанные «Фло-Виз Плюс», отличает высокая вязкость при низкой скорости сдвига (ВНСС), хрупкая гелеобразная структура и низкая вязкость при высоких скоростях течения.

Снижает показатель фильтрации и уменьшает проникновениея фильтрата в призабойную зону пласта (ПЗП). Предотвращает загрязнение продуктивного пласта мелкодисперсной твердой фазой. Полностью разрушается при кислотной обработке и обработке оксидантами. Сохраняет высокую эффективность в любых типах растворов – от пресных до минерализованных, включая растворы на основе морской воды, рассолов, пластовой воды, бромидов, солей муравьиной кислоты. Широко используется в жидкостях заканчивания, пакерных жидкостях и т. п. Концентрацию твердой фазы (особенно активной) следует поддерживать на минимальном уровне.

Белый или светлый кремовый порошок плотностью 1500 кг/м3. Рекомендуемая концентрация от 3 до 8 кг/м3.

Является сравнительно термостойким реагентом, но при необходимости его термостойкость может быть увеличена со 120 до 150 °С добавлением соли или специальных реагентов-термомодификаторов.

Неопасен. Нетоксичен. Биоразложим. Не наносит вреда окружающей среде. Поставляется в многослойных влагостойких бумажных мешках массой 25 кг.

Рекомендуется хранить в сухом прохладном месте.

«CMC-650» – техническая натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ), предназначенная для использования в качестве загустителя и понизителя фильтрации любых типов (особенно малоглинистых) промывочных жидкостей на водной основе.

Белый или слегка кремовый порошок с содержанием активного вещества не менее 60 %. Растворим в холодной воде и устойчив к бактериальной агрессии.

300