Исследование свойств органоминеральных утяжелителей и возможность их применения при получении утяжеленных буровых растворов, применяемых при бурении нефтегазовых скважин

Research of the properties of organomineral weighting agents and the possibility of their use in the production of weighted drilling fluids used in drilling oil and gas wells
Цитировать:
Икрамова М.Э., Негматов С.С., Негматова К.С. Исследование свойств органоминеральных утяжелителей и возможность их применения при получении утяжеленных буровых растворов, применяемых при бурении нефтегазовых скважин // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2020. 11(80). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10988 (дата обращения: 26.02.2024).
Прочитать статью:

 

АННОТАЦИЯ

В статье приведены результаты исследования физико-химических свойств органоминеральных утяжелителей и эксплуатационные параметры полученных утяжеленных буровых растворов на их основе, применяемые при бурении соленосных ангидритовых толщ нефтегазовых скважин при высоких пластовых давлениях. Получены положительные результаты с использованием утяжелителей и применения их в процессе бурения нефтегазовых скважинах.

ABSTRACT

The article presents the results of a study of the physicochemical properties of organomineral weighting agents and the operational parameters of the obtained weighted drilling fluids based on them, which are used for drilling saline anhydrite strata of oil and gas wells at high reservoir pressures. Positive results were obtained with the use of weighting agents and their application in the process of drilling oil and gas wells.

 

Ключевые слова: композиция, буровые растворы, минеральные ингредиенты, утяжелитель, барит, гематит, доломит, галенит, железный порошок, магнетит.

Keywords: composition, drilling fluids, mineral ingredients, weighting agent, barite, hematite, dolomite, galena, iron powder, magnetite.

 

Введение. В практике буровых работ Узбекистана многие осложнения, возникающие при бурении нефтегазовых скважин в осложненных геологических условиях с аномально высоким пластовым давлением особенно в соленосных отложениях, могут быть следствием несоответствия бурового раствора условиям бурения. [1-2].

Следует отметить, что химические реагенты, применяемые в настоящее время для бурения скважин в осложненных геологических условиях Узбекистана, недостаточно эффективны и весьма дороги. Применяемые малоглинистые растворы, стабилизированные химическими реагентами, не всегда обеспечивают качественное и безаварийное бурение скважин вследствие сильной минерализации пластовых вод. Кроме того, наличие агрессивного действия минерализованных пластовых вод значительно повышает установленные нормы расхода химических реагентов при приготовлении буровых растворов [3].

Необходимо отметить, что в современных литературных источниках недостаточно освящены исследования физико-химических свойств химических реагентов и органоминеральных утяжелителей на основе вторичного сырья и отходов производств, позволяющих получать эффективные составы утяжеленных буровых растворов с низкой стоимостью. В связи с этим, исследование физико-химических свойств органоминеральных утяжелителей на основе местного сырья и производственных отходов и разработка композиционных утяжеленных буровых растворов, способствующих обеспечению безаварийного стабильного и экологически эффективного процесса бурения нефтегазовых скважин в высоких пластовых давлениях, является актуальной проблемой.

Исходя из вышеизложенного, целью данной работы является исследование физико-химических свойств органоминеральных утяжелителей на основе местного сырья и отходов производств и разработка ресурсосберегающей технологии получения эффективных утяжеленных буровых растворов с их использованием.

Объекты и методика исследований. Объектами исследования является композиционный химический реагент КХР-УР, состоящий из КХР-1, композиционной водорастворимой госсиполовой смолы, кальцинированная, каустическая сода и алюмак, являющихся отходом производств по переработке кусковых цветных металлов [4-5], а также нефть, Na-КМЦ, барит, гематит, доломит, известняк, глина, мергель, железа и др. Структуру и физико-химические свойства утяжелителей определяли стандартными методами и приборами, принятыми для проведения исследований буровых растворов в странах СНГ.

Результаты исследования и их обсуждение. С целью разработки эффективных составов утяжеленных буровых растворов нами были исследованы физико-химические свойства органоминеральных ингредиентов и утяжелителей на основе местного сырья и отходов производств. Несмотря на разнообразие утяжелителей самым используемым и часто встречающимся в бурении является барит. Поэтому нами были исследованы физико-химические свойства минеральных утяжелителей – барита, гематита, доломита, окалины, мраморной муки, красной глины и карбонатно-полимерного шлама (КПШ) (таблица 1).

В таблице 1 приведены сравнительные данные результатов исследований физико-химических свойств изученных органоминеральных сырьевых компонентов в качестве утяжелителей для буровых растворов.

Таблица 1.

Физико-химические и механические свойства различных утяжелителей

 

Наименование утяжелителей

 

Физико-химические свойства

Плотность г/см3

Твердость

по Моосу

Остаток

сита, 0071%

Влажность, %

рН

Красная глина

2,55-2,65

2,0-3,0

5

2

7,5

Мраморная мука

2,30-2,60

2,5-3,0

6

1,5

7-8

КПШ

2,50-2,70

2,5-3,0

6

2,5

11-12

Доломит

2,8-2,9

3,5-4,0

6,5

1,2

7-8

Барит (Уз)

3,85-4,1

3,0-3,5

10

1,9

7-7,5

Барит (Кз)

4,1-4,2

3,0-3,5

8

1,3

7

Барит (Р)

4,15-4,25

3,0-3,5

7

1,1

7-8

Окалина

4,3-4,5

5,5-6,5

8

0,9

7-7,5

Гематит

4,9-5,3

5,5-6,5

6

0,8

7-7,5

 

Анализ данных, приведённых в таблице 1, показывает, что истинная плотность гематитового, окалинового и баритового концентратов с указанной плотностью 4,90-5,30 г/cм3, 4,30-4,50 г/cм3, 3,85-4,10 г/cм3 соответственно, отобранных для испытаний в качестве утяжелителей, близка к плотности импортного баритового концентрата класса Б по ГОСТ 4682-84 для использования в нефте - и газодобывающей промышленностях в качестве утяжелителя и составляет 4,0-4,20 г/cм3. В связи с этим, имеющиеся в Республике Узбекистан указанные сырьевые ресурсы можно успешно применять в качестве утяжелителей для буровых растворов.

Далее для разработки композиционных химических реагентов утяжеленных буровых растворов были исследованы основные параметры утяжеленных буровых растворов с использованием выбранных реагентов и органоминеральных ингредиентов утяжелителей. Для этого нами предварительно был выбран композиционный химический реагент КХР-1 в качестве основы, состоящий, из водорастворимой порошкообразной модифицированной госсиполовой смолы, Na-КМЦ, кальцинированная и каустическая сода и алюмак [4-5].

Учитывая, что гематит и барит имеют высокую плотность, для получения сверхутяжеленых буровых растворов нами проведены экспериментальные исследования по изучению физико-химических свойств буровых растворов на основе композиционного химического реагента КХР-1. На рисунке 1 приведены результаты исследований зависимости условной вязкости буровых растворов на основе композиционных химических реагентов и различных утяжелителей от их плотности.

 

Рисунок 1. Зависимость условной вязкости буровых растворов от их плотности: 1- красная глина, 2-КПШ, 3-мраморная мука, 4-доломит, 5-барит Сарибулакский, 6- барит Жейремкий,7-барит Салаирский, 8-окалина, 9-гематит

 

Как видно из рисунка 1, при использовании различных утяжелителей в буровых растворах, приготовленных на основе композиционного химического реагента, можно получить буровые растворы плотностью с красной глиной - до 1,40 г/см3, карбонатно-полимерным шламом - до 1,43 г/см3, мраморной мукой - до 1,48 г/см3, доломитом - до 1,55 г/см3, узбекским баритом - до 1,9 г/см3, казахским баритом – до 2,05 г/см3, российским баритом - до 2,1 г/см3, окалиной - до 2,25 и гематитом - до 2,35 г/см3.

Далее исследованы эксплуатационно-технологические характеристики разрабатываемых утяжеленных буровых растворов на основе композиционных химических реагентов с использованием пластовых вод - зависимость условной вязкости от их плотности, стабильность и седиментационная устойчивость от их концентрации.

На рисунке 2а приведены зависимость стабильности утяжеленных буровых растворов от концентрации композиционных химических реагентов при различных утяжелителях, на рисунке 2б зависимость стабильности от дисперсности частиц утяжелителя.

 

             

а)                                                                                                    б)

Рисунок 2. а) Зависимость стабильности утяжеленных буровых растворов от концентрации композиционного химического реагента КХР-УР; 1-барит, 2-окалина, 3-гематит; б) Зависимость стабильности утяжеленных буровых растворов от среднего размера частиц утяжелителей; 1-сушествующий; 2- полученный на основе КХР-УР

 

Из рисунка 2а и 2б видно, что композиционный химический реагент положительно влияет на стабилизирующую способность утяжеленных буровых растворов. С увеличением содержания композиционного химического реагента до 13,5% стабильность утяжеленных гематитом буровых растворов уменьшена от 0,13 до 0,03 г/см3, окалиной от 0,12 до 0,02 г/см3 и баритом от 0, 11 до 0,01 г/см3.

Для создания утяжеленных буровых растворов с использованием барита и гематита был разработан оптимальный состав композиционных химических реагентов, условно названных КХР-УР, обладающих высокой смазывающей способностью за счет содержания около 35-40% полимеризованных жирных кислот, глицерина и других компонентов, служащих для эмульгирования нефти с водой. В качестве стабилизатора был использован Na-КМЦ Наманганского производства «Карбонам». Для получения соленасыщенных утяжеленных буровых растворов добавляли от 15 до 25 % технической соли хлорида натрия от общего объема раствора и утяжелителей.

Результаты проведенных испытаний по получению утяжеленных безглинистых буровых растворов на основе композиционного химического реагента КХР-УР приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Технологические параметры утяжеленного бурового раствора КХР-УР

Марки реагентов

Состав утяжеленного бурового раствора

Технологические параметры

ρ, г/см3

Т500, с

Ф, см3/30 мин

Тк,

мм

pH

КХР-УР-1

1000 мл рабочий раствор Чулькувар 39 на основе КХР-1

1,92

52,0

10,0

1,2

9,0

КХР-УР-2

№1 раствор + 10 % NaCl

2,11

64,0

12,0

1,5

7,0

КХР-УР-3

№2 раствор + 6 % КХР-УР

2,18

69,0

8,0

1,0

9,0

КХР-УР-4

№3 раствор + 10 % нефти

2,33

72,0

8,0

1,0

9,0

 

Из данных таблицы 2 следует, что на основе разработанного композиционного химического реагента КХР-УР возможно получать эффективные утяжеленные буровые растворы высокой плотности.

Заключение. На основе результатов комплексных исследований разработан научно-обоснованный подход к созданию эффективных композиционных составов химических реагентов с использованием органоминеральных ингредиентов из местного и вторичного сырья для получения утяжеленных буровых растворов плотностью до 2,30 г/см3;

Разработаны оптимальные составы композиционных химических реагентов КХР-УР, обеспечивающих сохранение регламентированных реологических и фильтрационных свойств буровых растворов и рекомендованы для бурения нефтегазовых скважин в сложно геолого-технических условиях.

 

Список литературы:

  1. Булатов А.И., Макаренко П.П., Проселков Ю.М. Буровые промывочные и тампонажные растворы: учебное пособие для вузов. М.: Недра, 1999. с. 424.
  2. Грей Дж. Состав и свойства буровых агентов (промывочных жидкостей) / Дж. Грей, Г. Дарли // М.: Недра, 1985. с. 509.
  3. Негматова К.С., Маманов Б.Ф., Ражабов А.Р. и др. / Химические реагенты для стабилизации буровых растворов и методики определения их физико-химических и структурно-механических свойств // Ташкент: ГУП «Фан ва тараккиёт». 2012. с. 10.
  4. Негматова К.С., Негматов С.С., Икрамова М.Э. Исследование физико-химических свойств отхода металлургических производств применительно к буровым растворам в качестве утяжелителя // «Композицые материалы”. Ташкент, 2018. №4. С. 54-56.
  5. Negmatov S.S., Negmatova K.S., Salimsakov Y.A., Negmatov J.N., Isakov Sh.S. Composite Powder Materials for Stabilization of Drilling Fluids Which Provides High Durability of Cutting Instruments Dolot Used in Process of Drilling Oil Veils// Advanced Materials Research, Trans Tech Publications, Switzerland, 2013. - vol. 616-618. - pp. 1762-1765.
  6. Негматов С.С., Тухтаев К.Т., Негматова К.С., Икрамова М.Э., Абед Н.С. и др. Композиционные высоконаполненные полимерные реагенты для буровых реагентов, способствующие повышению работоспособности породоразрушающего инструмента в процессе бурения нефтегазовых скважин // Пластические массы, 2020, №5-6, с. 55-59. DOI: 10.35164/0554-2901-2020-5-6-55-59.
Информация об авторах

д-р. техн. наук, с.н.с., ГУП “Фан ва тараққиёт”, Ташкентский государственный технический университет,  Республика Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of Technical Sciences, Senior Researcher, SUE "Fan va tarakkiyot”, Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent

академик АН РУз, д-р. техн. наук, профессор, научный руководитель ГУП «Фан ва тараккиёт» (Наука и прогресс) Заслуженный деятель науки Республики Узбекистан, Академик Международной Академии Высший школы, почетный доктор наук института Механики Металлополимерных систем НАН Белоруссии, Узбекистан, г. Ташкент

Academician of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Doctor of Technical Sciences, Professor, Scientific Director of the State Unitary Enterprise "Fan va Tarakkiyot" (Science and Progress) Honored Scientist of the Republic of Uzbekistan, Academician of the International Academy of Higher School, Honorary Doctor of Sciences of the Institute of Mechanics of Metal-Polymer Systems of the National Academy of Sciences Belarus, Uzbekistan, Tashkent

д-р техн. наук, профессор, главный научный сотрудник ГУП «Фан ва тараккиёт», Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of Technical Sciences, Professor, Chief Researcher of the State Unitary Enterprise "Fan va Tarakkiyot", Uzbekistan, Tashkent

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top