Буровые технологические жидкости являются важной составляющей процесса строительства скважин. Существует множество промывочных жидкостей, которые различны по свойствам и компонентным составам, при этом правильный их выбор может повлиять на качество и безаварийное проведения буровых работ [2].
В зависимости от горно-геологических условий важно выбрать буровой раствор, который может качественно очистить ствол скважины от выбуренной породы и не загрязнить пласты коллекторы. В этой связи, был разработан новый состав технологической жидкости с конденсированной твердой фазой, способный не нарушать целостность ствола скважины в неустойчивых глинистых отложениях, также данный тип раствора применим при бурении в соленосных пластах. Вскрытие нефтегазовых пластов на данном растворе, не ухудшает свойства коллектора, так как в качестве дисперсной фазы выступает карбонат кальция, который при обработке кислотами легко разрушается, и засорение пор коллектора будет минимальным.
Буровыми растворами с конденсированной твердой фазой занимались Нечаева О.А., Ангелопуло О.К., Шарипов А.У. и др. Особенностью рассматриваемого бурового раствора является метод его получения – конденсационный. В основе метода лежат физические и химические процессы возникновения новой фазы при соединении молекул и ионов в гомогенной среде [3]. Дисперсная фаза образовывается при смешивании двух электролитов. При этом необходима обработка защитным реагентом, так как происходит старение геля. Твердая фаза начинает укрупнятся и переходить из аморфного состояния в кристаллическое и выпадать в осадок. Для снижения скорости роста кристаллов необходимо вводить химические реагенты (такие как КМЦ, ГЭЦ, КССБ и др.) при высоких скоростях перемешивания.
Особенностью данной технологической жидкости является то, что система является стабильной во времени и при небольшом увеличении концентрации полимера, реологические параметры жидкости сильно возрастают.
На практике редко применяют рассматриваемый тип бурового раствора в виду сложности приготовления и высокой цены некоторых хим. реагентов. Помимо этого, данный тип технологических жидкостей является термодинамически неустойчивой системой, что влечет к коагуляции и образованию более крупных частиц дисперсной фазы [1]. Решение данных проблем является актуальным, так как растворы с конденсированной фазой имеют много достоинств по сравнению с другими типами буровых жидкостей.
Целью данной работы является разработка рецептуры бурового раствора с конденсированной дисперсной фазой, повышающего эффективность бурения в осложненных условиях.
Методы и материалы
Разработанный состав исследуемого бурового раствора был изучен в лаборатории Горного Университета. В качестве одного из электролитов был использован 20% раствор хлорида кальция, а в качестве второго – промышленный отход «сульфатный кек». Второй электролит является многокомпонентной системой некоторых солей и оснований, плюсом такой системы является растворимость всех соединений и способ получения данной системы (является промышленным отходом, получаемым при производстве алюминия). Из недостатков можно выделить высокий pH, который равен 12. Высокий водородный показатель затрудняет выбор стабилизатора для раствора с конденсированной твердой фазой. Достоинствами исследуемого раствора являются:
- стойкость к воздействию пластовых вод любой минерализации;
- образование фильтрационной корки, которая легко растворяется в процессе соляно-кислотной обработки;
- при нормальных температурах не растворяет вскрываемые отложения солей.
В таблице 1 показана рецептура бурового раствора с конденсированной твердой фазой в порядке ввода компонентов.
Для производства качественного раствора, с заданными структурными характеристиками, необходимо к раствору на основе «сульфатного кека» добавить стабилизатор и постепенно, при постоянном перемешивании, добавлять раствор CaCl2 до достижения необходимых структурных характеристик [4]. В качестве стабилизаторов были использованы ГЭЦ и КМЦ в количестве 1-2% от объема готового бурового раствора. Прочие реагенты добавляются после стабилизации раствора.
В ходе эксперимента был получен раствор, показанный на рисунке 1. В первой емкости находится водный раствор многокомпонентной системы, во второй – стабилизированный раствор с конденсированной твердой фазой, в третьей емкости - готовый нестабилизированный раствор. Можно заметить, что в третьей емкости дисперсная фаза выпала в осадок, так как скорость кристаллизации велика и аморфные частицы начинают терять седиментационную устойчивость.
При измерении основных технологических параметров раствора соблюдались следующие условия:
- температура окружающего воздуха (20 ±0,5) oC;
- относительная влажность воздуха (60 ±20) %;
- атмосферное давление от 84,0 до 106,7 кПа.
Плотность раствора определяется рычажными весами FANN модели 140; показатель фильтрации – по стандарту АНИ на пресс-фильтре FANN, измерение реологических параметров определили на ротационном вискозиметре Fann 35, концентрацию ионов водорода определяется прибором рН-метром\ионометром «Экотест-2000». Результаты испытаний бурового раствора указаны в таблице 2.
Полученный буровой раствор имеет хорошие реологические свойства, которые можно повысить путем изменения и добавления других химических реагентов.
Выводы
В данной работе был рассмотрен вопрос получения бурового раствора с конденсированной твердой фазой в лабораторных условиях, кроме того проведены исследования данного бурового раствора и дано обоснование его применения. Стабильность и реологические свойства такого раствора определяются, главным образом, применяемым полимером, который должен хорошо раскрываться в щелочной среде.
Проведение исследований многокомпонентной системы «сульфатного кека» в составах технологических жидкостей показало, что он способен выполнять различные функции. При взаимодействии водного раствора сульфатного кека с хлоридом кальция образовался слабостабильный солегель, имеющий определенные тиксотропные свойства. Добавляя стабилизатор и другие необходимо важные реагенты, получился полноценный буровой раствор с конденсированной твердой фазой, который целесообразно применять для бурения в осложненных условиях, в частности при бурении в солях и при вскрытии флюидосодержащих пластов.
