Ключевые слова: бурение, строительство скважин, буровой раствор на основе прямой эмульсии, буровой раствор на углеводородной основе.
Большое количество месторождений в России находятся на завершающей стадии разработки. Зачастую на таких месторождениях довольно уплотненная сетка скважин и большое количество скважин для поддержания пластового давления (ППД). Также в стране постоянно фиксируется рост доли горизонтального бурения, который в 2023 году превысил 60 % [3]. В таких условиях намечается тенденция на усложнение профилей скважин, ведь при построении профиля на заданную геологическую цель необходимо учитывать риски, в том числе по сближению с соседними скважинами и возможным попаданием в зону влияния скважин для ППД. В данных реалиях нередки случаи, когда расчеты показывают, что профиль скважины является «небуримым» при использовании традиционного биополимерного бурового раствора в связи с невозможностью доведения нагрузки до долота либо недохождением хвостовика до проектной глубины. Тогда обоснованным является применение раствора на углеводородной основе (РУО), который снизит коэффициенты трения в скважине и позволит решить вышеперечисленные проблемы. Однако РУО имеет ряд недостатков, среди которых высокая стоимость, необходимость применения дополнительного оборудования и повышенные требования к технике безопасности. В такой ситуации хорошей альтернативой может стать применение бурового раствора на основе прямой эмульсии.
Эмульсии представляют собой дисперсные системы, образованные взаимно нерастворимыми друг в друге жидкостями. Жидкость, являющаяся непрерывной в эмульсии, называется дисперсионной (внешней) средой, а диспергированная (раздробленная) – дисперсной фазой. Если дисперсионная среда эмульсии представлена полярной жидкостью, например, водой, то такая эмульсия называется прямой, или эмульсией I рода «масло в воде» (м/в). Если же дисперсионная среда представлена неполярной или малополярной жидкостью, называемой, как правило, маслом, то эмульсия называется обратной, или эмульсией II рода «вода в масле» (в/м) [1].
Подтверждением результативности применения бурового раствора на основе прямой эмульсии служит ряд научных исследований. Например, в статье [2] описываются опытно-промышленные испытания, результат которых подтвердил возможность строительства скважин с горизонтальным участком длиной более 1000 м с использованием ВЗД. Также зафиксировано превышение фактических дебитов над плановыми на 5 %. В работе [4] представлен опыт бурения скважин на прямой эмульсии в условиях АНПД и потенциальных поглощений. В результатах зафиксировано успешное безаварийное бурение семи горизонтальных интервалов.
Лабораторные испытания
Для изучения свойств бурового раствора на основе прямой эмульсии в научно-инновационной лаборатории «Буровые промывочные и тампонажные жидкости» на базе Томского политехнического университета был проведен ряд исследований. В качестве исходного бурового раствора (образец № 1) применялся ингибированный биополимерный буровой раствор на основе бинарных солей (Na, K). В качестве структурообразующего компонента применялся биополимер – ксантановая камедь. В качестве дисперсной фазы для приготовления прямой эмульсии применялись: нефть (образец № 2), льняное масло (образец № 3), дизельное топливо (образец № 4). Рецептура исходного бурового раствора и прямых эмульсий представлена в таблице 1. Свойства используемых дисперсионных фаз представлены в таблице 2.
Приготовление исходного бурового раствора осуществлялось с использованием верхнеприводной мешалки со скоростью от 600 до 2000 об/мин. Далее приготовленный раствор отстаивается в течении 24 часов. После отстаивания буровой раствор перемешивается верхнепроводной мешалкой и производится замер параметров.
Для приготовления прямой эмульсии исходный раствор перемешивался с использованием миксера «Hamilton Beach» со скоростью от 10 000 до 14 000 об/мин. Ввод дисперсной фазы и эмульгатора осуществлялся во время перемешивания струей на край воронки. После пятнадцати минут перемешивания производился замер параметров. Параметры буровых растворов на основе прямой эмульсии представлены в таблице 3.
Замер реологических параметров производился с использованием вискозиметра «OFITE 900». На основе полученных данных составлялись реологические модели образцов (представлены на рисунке 1).
Замер фильтрации производился при комнатной температуре и давлении 100 psi. У всех образцов наблюдалось существенное снижение фильтроотдачи. Результаты замеров фильтрации представлены в таблице 4.
Замер смазывающей способности проводился на тестере предельного давления и смазывающей способности «OFITE 112-00».
Далее было проведено исследование седиментационной устойчивости растворов методом отстаивания в мерных цилиндрах при комнатной температуре. По результатам, приведенным в таблице 5, по истечении 24 часов при комнатной температуре остались стабильными все образцы.
Заключение
В результате проведенных исследований получены три стабильные эмульсионные системы, произведен замер их параметров и оценка седиментационной устойчивости.
Прямая эмульсия с нефтью (образец № 2) показала самые низкие смазывающие способности и реологические параметры в сравнении с другими образцами. Однако данные реологические параметры указывают на меньшие гидравлические потери при циркуляции промывочной жидкости в скважине и возможность избежать превышения максимальной ЭЦП, что актуально при бурении пластов, склонных к поглощению бурового раствора. Также немаловажный фактор, который располагает к применению данной прямой эмульсии, – относительно низкая стоимость нефти в сравнении с другими дисперсными фазами, а также ее доступность и возможность быстрой доставки в пределах месторождения.
У прямой эмульсии с дизельным топливом (образец № 4) отмечены высокие смазывающие способности, а также реологические характеристики, что указывает на повышенные способности промывочной жидкости к выносу шлама из ствола скважины.
Прямая эмульсия с льняным маслом (образец № 3) обладает самыми сбалансированными параметрами, а по смазывающей способности не уступает эмульсии с дизельным топливом. Помимо этого, стоит отметить, что использование растительного масла в качестве дисперсной фазы вместо углеводородной составляющей снижает экологические риски для окружающей среды.
Литература
1. Волков А.А. К вопросу разрушения стабильных водонефтяных эмульсий / А.А. Волков, В.Д. Балашова, О.Ю. Коновальчук, И.И. Волкова // Нефтепромысловое дело. – 2013. – № 5. – С. 40–42.
2. Камаев И.В. Бурение горизонтальных участков скважин с применением бурового раствора на основе прямой эмульсии и винтового забойного двигателя / И.В. Камаев, А.Б. Харитонов, Е.В. Тихонов [и др.] // Бурение и нефть. – 2023. – № 3. – С. 48–51.
3. Касаткин Д.В. Обзор рынков добычи и нефтесервиса / Д.Б. Касаткин // Бурение и нефть. – 2024. – № 1. – С. 3–15.
4. Тихонов Е.В. Бурение продуктивных горизонтов с пониженным пластовым давлением в Западной Сибири: прямая эмульсия «масло в воде» BARADRIL-N ®/Mineral Oil / Е.В. Тихонов, С.А. Соковнин, А.П. Долматов [и др.] // Бурение и нефть. – 2013. – № 10. – С. 50–52.
