Ключевые слова: буровой раствор, плоский реологический профиль, утяжеленный буровой раствор на углеводородной основе, модификатор реологии, РУО, локализация реагентов РУО.
Использование растворов на углеводородной основе (РУО) является распространенным технологическим решением при бурении скважин в условиях высоких температур. При этом особое внимание уделяется реологическим свойствам системы, которые напрямую влияют на эффективность транспортировки шлама, устойчивость ствола, уровень гидравлической нагрузки и стабильность бурового процесса в целом. Одним из ключевых требований к таким растворам является минимальная чувствительность их реологических параметров к изменению температуры.
На практике бурение современных скважин, в том числе ERD (Extended Reach Drilling) и скважин с высокой температурой пласта, сопровождается значительным градиентом температур по стволу. Традиционные рецептуры РУО демонстрируют выраженную зависимость вязкости и гелевых свойств от температуры: растворы становятся слишком вязкими на холодных участках или чрезмерно текучими в горячих интервалах. Такие колебания приводят к целому ряду негативных последствий: от роста давления в гидравлической системе скважины, возникающего при циркуляции и перегрузке оборудования, до снижения эффективности выноса шлама, оседания барита и возникновения застойных зон.
В условиях бурения на больших глубинах, с узким «окном» эквивалентной циркуляционной плотности и в зонах с высоким термобарическим градиентом, обеспечение стабильности реологических свойств приобретает приоритетное значение. Использование бурового раствора с плоским реологическим профилем, то есть раствора, сохраняющего стабильные вязкостные характеристики во всем диапазоне рабочих температур, позволяет достичь равномерного распределения гидравлических нагрузок, стабильной очистки скважины и предотвращения осложнений. Это особенно важно при использовании утяжеленных буровых растворов, где сохраняется необходимость эффективной суспендирующей способности даже при высокой плотности системы.
Таким образом, разработка термостабильного утяжеленного РУО с плоским реологическим профилем является актуальной задачей, направленной на повышение технологической надежности и безопасности бурового процесса. В данной работе представлены подходы к формированию рецептуры такого раствора, результаты лабораторных исследований и оценка его реологических характеристик в широком температурном диапазоне.
Методы и материалы
Работа включала два этапа:
1. Разработку технологии производства высокоэффективных отечественных аналогов ключевых реагентов РУО на базе локального сырья – эмульгатора, модификатора реологии и жидкого понизителя фильтрации.
2. Формирование на их основе рецептуры утяжеленного РУО плотностью 1,8–1,9 г/см³. Плоский реологический профиль оценивали по коэффициенту температурного разжижения-загустевания – отношению пластической вязкости при 25 °C к пластической вязкости при 85 °C, кратностью изменения ДНС и СНС при 25 °C и 85 °C, а также по седиментационной стабильности. Проводилось термостарение 16 часов при 120 °C с последующим охлаждением в статическом состоянии и анализом реологических характеристик, фильтрации и стабильности до и после.
Основой эмульсионной системы послужило базовое масло Gazpromneft Drillflow. Для приготовления эмульсии РУО следует добавить реагенты в порядке, указанном в таблице 1, перемешивая в течение заданного времени.
Обсуждение результатов
В таблице 2 приведены результаты измерения эмульсий до и после термостарения (16 ч 120 °С), измеренные при температуре 25, 49 и 85 °С.
Разработанная система РУО показала следующие характеристики: коэффициенты температурного разжижения-загустевания до и после термостарения представлены на рисунках 1–4, что соответствует плоскому реологическому профилю по отраслевым критериям, так как не превышает значение 2,8 (требования к параметрам основных применяемых буровых растворов от Газпром нефть). Показатель седиментационной стабильности составил менее 0,05, что подтверждает устойчивость системы к осаждению твердой фазы.
Ключевой реагент для формирования плоского профиля – модификатор реологии NeoInvert Mod, состоящий из двухкомпонентного основного вещества. Особенность компонента № 2 – высокая начальная способность к формированию пространственно связанной структуры в дисперсной среде. Данная структура сохраняется при изменениях температуры с течением времени.
Отсутствие изменения реологических параметров в зависимости от температуры соблюдается за счет разной температурной чувствительности двух компонентов (таблица 3). Данная синергия обеспечивает практически не изменяющиеся значения пластической вязкости, ДНС и СНС в широком температурном диапазоне. Компонент № 1 в исходном состоянии в растворе до термостатирования проявляет ограниченную степень самоорганизации и вносит незначительный вклад в реологические свойства раствора. При термостатировании, после достижения пороговой температуры термоактивации, его молекулы претерпевают структурную перестройку, переходя в конформационно раскрытое состояние. Это способствует формированию амфифильных ассоциатов и пространственно организованных сетей. Компонент № 2 благодаря высокой молекулярной массе и разветвленной структуре способен формировать частично организованную сетку до термостатирования. При повышении температуры эта структура частично разрушается либо стабилизируется – в зависимости от концентрации. Вклад в реологические свойства при этом не увеличивается, а выходит на плато или демонстрирует незначительное снижение.
При сравнении модификатора реологии NeoInvert Mod с широко используемым импортным продуктом не удается достичь плоского реологического профиля (табл. 4) для системы РУО Химпром (табл. 1) при использовании импортного продукта.
Для достижения низкой фильтрации был использован жидкий понизитель фильтрации NeoInvert FL Liquid, совместимый с термостабильной структурой раствора и не оказывающий негативного влияния на его реологические характеристики.
Дополнительно за счет применения NeoInvert FL Liquid удалось снизить долю гильсонита в системе без ухудшения фильтрационных свойств. Это позволило снизить пластическую вязкость раствора. Частичная замена гильсонита на жидкий понизитель фильтрации позволила не только достичь требуемых значений HTHP-фильтрации, но и снизить загрязнение продуктивного пласта за счет уменьшения количества твердой фазы в растворе.
При сравнении данного реагента с импортными аналогами того же функционального назначения мы выделили его технологическое превосходство (табл. 5). Следует отметить, что импортные аналоги, использованные в сравнении, также основаны на производных растительных масел, что обеспечивает корректность оценки. Таким образом, сравнивались реагенты одного химического класса с аналогичной функцией, но различающиеся по эффективности и температуре при концентрации 6 л/м3.
Выводы
Разработанная рецептура утяжеленного термостабильного РУО с плоским реологическим профилем демонстрирует стабильность реологических характеристик, устойчивость к седиментации и потенциал для промышленного применения в сложных условиях бурения. Достижение требуемых параметров стало возможным благодаря разработке высокоэффективных реагентов – эмульгатора, жидкого понизителя фильтрации и модификатора реологии, адаптированных под отечественную сырьевую базу. В дальнейшем планируется масштабирование разработок на системы с плотностью от 1,18 до 2,2 г/см³.
Литература
1. Меденцев, С.В. Стабилизация реологического профиля буровых растворов на углеводородной основе / С.В. Меденцев.
2. Конесев, В.Г., Хомутов, А.Ю. Результаты применения растворов на углеводородной основе при вскрытии продуктивных пластов на месторождениях ОАО «Газпромнефть-Ноябрьскнефтегаз» / В.Г. Конесев, А.Ю. Хомутов // Нефтяное хозяйство. – 2016. – № 5. – С. 44–45.
