Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
229
Добавлен:
25.03.2016
Размер:
1.75 Mб
Скачать

4.9.1.2. Полимерные растворы

Полимерными называются водные растворы высокомолекулярных веществ (ВМВ), молекулы которых построены путем многократного повторения одного и того же звена - мономера.

Например, мономер полиакриламида (ПАА):

– CH2 – CH –

ç

CONH2 n

Если в молекуле чередуются разные мономеры, то такое ВМВ называется сополимером.

Молекулярный вес ВМВ может достигать нескольких миллионов (до 10–14).

ВМВ могут быть полиэлектролитами и неэлектролитами.

К полиэлектролитам относятся реагенты на основе водорастворимых эфиров целлюлозы и на основе акриловых полимеров, которые при диссоциации в воде образуют сложный анион и простой катион.

К неэлектролитам относятся крахмальные реагенты, содержащие полярные группы, не имеющие заряда.

Последняя группа реагентов из-за отсутствия полиэлектролитных свойств и трудностей в хранении для получения полимерных растворов используется крайне редко.

Впервые полимерные растворы начали применяться в США в начале 60-х годов, в нашей стране – спустя десятилетие.

Основными особенностями полимерных растворов, определяющими их успешное применение для целей бурения, являются:

1. Псевдопластичные свойства, благодаря которым полимерные растворы обладают хорошей очистной, несущей (транспортирующей) и удерживающей способностью. Это обеспечивается тем, что при малых скоростях сдвига, имеющих место в затрубном пространстве скважин, вязкость полимерных растворов во много раз превышает вязкость воды, а при высоких скоростях сдвига, характерных для промывочных каналов долот, их вязкость близка к вязкости воды.

2. Способность создавать на стенках скважин полимерную пленку, препятствующую проникновению фильтрата в поры горных пород. Это обусловлено проявлением полимерными растворами полиэлектролитных свойств, обеспечивающих, благодаря наличию зарядов, адсорбцию молекул полимера на стенках скважин, а также на частицах выбуренных пород. Последнее, т.е. адсорбция молекул полимера на частицах выбуренных пород, обеспечивает улучшение очистки бурового раствора от шлама вследствие процесса флокуляции.

3. Длинноцепочечные полимеры обладают уникальной способностью снижать гидравлические сопротивления при турбулентном режиме течения (эффект Томса, 1949 г.). Экспериментально установлено, что добавки некоторых ВМВ позволяют снизить гидравлические сопротивления по сравнению с растворителем (водой) на 80 %.

Вывод: полимерные растворы по своим функциональным свойствам существенно превосходят техническую воду, а в ряде случаев, и качественные глинистые растворы, т.е. являются весьма перспективными очистными агентами при бурении в условиях отсутствия флюидопроявлений (бурении при равновесии давления в системе «ствол скважины – пласт»).

Ниже в качестве примеров рассмотрены несколько систем полимерных растворов, в которых твердая фаза выполняет лишь функции кольматанта.

Система FLO-PRO («Фло-Про»)

Низкие значения показателя фильтрации системы достигаются повышенной вязкостью фильтрата, обеспечиваемой реагентом «Фло-Виз», правильно подобранными размером и концентрацией кольматанта (карбоната кальция) и производной крахмала – реагентом «Фло-Трол». Для контроля щелочности раствора используются каустическая сода (NaOH) и гидроксид калия (KOH). Различные соли, такие как хлориды натрия и калия, бромид натрия и др., а также их комбинации могут быть использованы для обеспечения требуемой плотности (в пределах от 1030 до 1800 кг/м3), ингибирующей способности и совместимости с пластовым флюидом. Соли улучшают термостабильность раствора и повышают его устойчивость к бактериальной агрессии. Смазывающие добавки, в общем случае, не требуются. Благодаря отсутствию твердой фазы и высокой концентрации полимеров, коэффициент трения не превышает 0,2.

«Фло-Виз» формирует в растворе ячеистую структуру, обладающую свойствами твердого тела в покое и при скоростях сдвига, близких к нулю, и свойствами жидкости – при высоких скоростях сдвига. Вязкоэластические свойства системы «Фло-Про» обеспечивают высокую удерживающую способность раствора при отсутствии циркуляции, позволяя ему, в то же время, моментально «разжижаться» в момент ее восстановления. Во время циркуляции раствор становится достаточно жидким, что позволяет снизить потери давления, увеличить гидравлическую мощность на долоте и улучшить очистку скважины.

Поддержание вязкости при низкой скорости сдвига (ВНСС) на определенном уровне (например, выше 40000 мПас для горизонтальных стволов) гарантирует хорошую очистку ствола и устойчивость стенок скважины.

Обычные реологические параметры раствора также имеют уникальные значения: пластическая вязкость достаточно низка (менее 10 мПа·с), а динамическое напряжение сдвига очень высоко – более 30 фнт/100фт2.

Накопление в растворе выбуренной твердой фазы приводит к включению ее в структуру, созданную в растворе биополимером, что отрицательно сказывается на ВНСС и прочих свойствах промывочной жидкости. Поэтому, при использовании «Фло-Про» рекомендуется оснащение буровой установки хорошим очистным оборудованием.

Система предполагает поддержание минимальной концентрации твердой фазы. При температуре 95 °С начинается термическая деградация «Фло-Виз». При концентрации соли свыше 3 % термостойкость увеличивается до 140 °С.

Значительный урон раствору, приготовленному на пресной воде или в случае, когда предполагается его длительное хранение, могут нанести бактерии. Применение бактерицидов в этих случаях обязательно.

Поддержание высокой ВНСС позволяет уменьшить радиус проникновения фильтрата и твердой фазы в пласт. Размер частиц кольматанта должен быть подобран с учетом размера и формы пор. Уменьшение концентрации «Фло-Трол» снижает содержание коллоидных частиц в растворе и увеличивает его пригодность для вскрытия продуктивного пласта. Все компоненты раствора, могущие проникнуть в призабойную зону пласти (ПЗП), подлежат удалению (разложению) в процессе заканчивания. Обработка раствора и ПЗП гипохлоритами или кислотами позволяет разрушить полимеры за несколько минут. Применяемый в качестве кольматанта карбонат кальция легко удаляется при обработке соляной кислотой.

Система «Фло-Про» может быть рекомендована для бурения горизонтальных скважин и скважин с большим углом наклона ствола.

Система FLO-PRO™ NT («Фло-Про Эн-Ти»)

Уникальные реологические и фильтрационные характеристики системы «Фло-Про Эн-Ти» достигаются в результате синергетического взаимодействия двух основных компонентов системы – высокоочищенного ксантанового полимера «Фло-Виз Плюс» и модифицированного крахмала «Дуал-Фло».

Ниже (таблица 4.7) приведены основные компоненты системы «Фло-Про Эн-Ти», их функции и описание.

Одни реагенты, такие как «Фло-Виз Плюс», «Дуал-Фло» (или «Фло-Трол»), являются обязательными (ключевыми) компонентами системы, тогда как использование других определяется геолого-техническими условиями бурения скважины и параметрами вскрываемых продуктивных пластов.

Система «Фло-Про Эн-Ти» может иметь широкий диапазон значений плотности без использования барита или гематита. Плотность растворов на основе пресной воды составляет от 1030 кг/м3 до 1060 кг/м3, минерализованных растворов – до 1600 кг/м3 (2200 кг/м3 – при использовании формата цезия). Раствор может быть утяжелен в любой момент увеличением концентрации соли. При этом потребуется лишь незначительная дообработка раствора полимерами для регулирования реологических и фильтрационных свойств.

Таблица 4.7

Компоненты системы «Фло-Про Эн-Ти»

Реагент

Назначение

Описание / Состав

FLO-VIS PLUS

Контроль вязкости (ВНСС), реологический модификатор

ХС - полимер высокой степени очистки

DUAL- FLO

Контроль показателя фильтрации

Модифицированный крахмал

X-СIDE 102,

X-СIDE 207, M-I CIDE

Бактерицид

Глютаральдегид, триазин

MgO, NaOH, KOH

Контроль рН

Оксид магния, гидроксиды натрия и калия

CaCO3 (UF, F, M, C)

Кольматант

Карбонат кальция различной степени помола

NaCl, CaCl2, NaHCO2, NaBr, CaBr2, ZnBr2

Контроль плотности, ингибитор гидратации глин, регулирование термостабильности

Различные неорганические и органические соли

К-52, KCl, KHCO2

Источник ионов калия, ингибитор

Различные соли калия (ацетат, хлорид, карбонат)

KLA-CURE, KLA-GARD

Ингибитор гидратации глин

Смесь полиаминокислот с ПАВ, холинхлорид

LUBE 167, DRILL-FREE

Смазывающая добавка

Модифицированные масла, гликоли и т.п.

CONQOR 404, SAFE-COR C

Ингибитор коррозии

Ингибиторы на основе тиоцианата, аминов и т.п.

SAFE-BREAK (L, MP), WELLZYME (A, AE)

Разрушители полимерной фильтрационной пленки

Окислители, энзимы

Благодаря тщательно подобранному сочетанию полимеров «Фло-Виз Плюс» и «Дуал-Фло», вязкость системы «Фло-Про Эн-Ти» при высоких скоростях сдвига (в забойных двигателях, насадках долота, элементах КНБК) приближается к вязкости воды. Это способствует снижению потерь давления в скважине и увеличению передаваемой на забой гидравлической мощности.

При низких скоростях сдвига вязкость «Фло-Про Эн-Ти» аномально высока, что обеспечивает высокую удерживающую и транспортирующую способность. При остановке течения мгновенно формируется гелеобразная тиксотропная структура, прочность которой достаточна для удержания в растворе не только крупных частиц выбуренной породы, но и металлических опилок. В отличие от глинистых растворов прочность структуры «Фло-Про Эн-Ти» практически не растет во времени, что способствует снижению пускового давления насосов, уменьшению скачков давления при СПО.

Для снижения зоны проникновения фильтрата в пласт используется специально подобранный по фракционному составу карбонат кальция. При этом система позволяет добиться приемлемых показателей фильтрации в песчаниках проницаемостью 2 Дарси и перепаде давления до 7 МПа даже без использования кольматантов. При использовании карбоната кальция удавалось добиться хороших результатов при вскрытии трещиноватых песчаников и известняков проницаемостью до 6 Дарси и перепаде давления 15,8 МПа.

Отсутствие в составе «Фло-Про Эн-Ти» активной твердой фазы обеспечивает устойчивость системы к внешним воздействиям. Раствор не загустевает в забойных условиях при отсутствии циркуляции, мало подвержен влиянию карбонатных и гидрокарбонатных ионов, сероводорода и жестких пластовых вод. Термостабильность системы зависит от уровня и вида ее минерализации. Так, раствор «Фло-Про Эн-Ти» на основе пресной воды стабилен до 120 °С. Добавление всего 3 % хлорида натрия позволяет увеличить термостойкость до 138 °С. Растворы на основе бромидов кальция и цинка стабильны до 150 °С.

Из-за сравнительно малого объемного содержания твердой фазы и высокой концентрации полимеров коэффициент трения у «Фло-Про Эн-Ти» на 20–40 % ниже, чем у глинистых растворов со смазывающими добавками.

Использование «Фло-Про Эн-Ти» обеспечивает высокое качество первичного вскрытия продуктивных пластов. При этом в большинстве случаев не требуется проведения дополнительных работ по интенсификации притока. Если необходимо, можно произвести кислотную обработку ПЗП для удаления карбоната кальция и обработку окислителями или энзимами для полного удаления полимеров. 

Система GLYDRIL («Глайдрил»)

Относится к классу усовершенствованных полимерных растворов (таблица 4.8), в которых для обеспечения высокой степени ингибирования глинистых пород, устойчивости стенок скважины, контроля фильтрации при высоких давлениях и температурах и высокой смазывающей способности применяются полигликолевые технологии.

Таблица 4.8

Компонентный состав системы «Глайдрил»

Наименование

Функция / назначение

Типовая

концентрация

Модификация GLYDRIL™ в зависимости от условий бурения

Ингибирование глинистых пород, стабилизация стенок скважин, улучшение качества фильтрационной корки и смазывающей способности

2–5 % об.

POLYPAC UL или R

Понизитель фильтрации

3–14 ,5 кг/м3

POLY-PLUS

Инкапсуляция частиц шлама

0–6 кг/м3

DUO-VIS

Контроль реологических свойств, улучшение выноса шлама

0,5–4,5 кг/м3

Na2CO3, Na2CO3

Контроль жесткости воды затворения

NaOH или KOH

Контроль рН (при необходимости)

0,5–4,5 кг/м3

NaCl, KCl, K2SO4

Дополнительное ингибирование глинистых пород (при необходимости)

 

GLYDE HS, LUBE-100, LUBE-167, LUBE-177

Улучшение смазывающих

характеристик жидкости

 

M-I BAR

Утяжелитель (при необходимости)

 

Область применения системы «Глайдрил»: бурение в активных глинистых породах, стволов большого диаметра, на шельфе при большой глубине моря, в условиях повышенных температур, в подсолевых отложениях, в экологически чувствительных районах; скважин с большим отходом забоя от вертикали (таблица 4.9).

Таблица 4.9

Значения показателей свойств системы «Глайдрил» (API)

Плотность, кг/м3

1080–1800

Пластическая вязкость, мПа·с

8–28

Динамическое напряжение сдвига, фнт/100фт2

6–15

СНС 10 с, фнт/100фт2

2–25

СНС 10 мин., фнт/100фт2

5–45

рН

8–10

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.