магистрант Каракалпакского государственного университета им. Бердаха, Республика Каракалпакстан, г. Нукус
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ, ПРОДУВАНИЯ ВОЗДУХА И КОНЦЕНТРАЦИИ ВОПР НА ПАРАМЕТРЫ АЭРИРОВАННЫХ БЕЗ ГЛИНИСТЫХ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ
АННОТАЦИЯ
В данной статье исследуется влияние температуры, продувки воздухом и концентрации вермикулитового облегченного полимерного реагента (ВОПР) на параметры аэрированных безглинистых буровых растворов. Аэрированные жидкости на основе полимеров обеспечивают высокую степень очистки скважины и минимизируют воздействие на продуктивные пласты. Исследуются реологические характеристики и устойчивость растворов в условиях различных температур, а также их эффективность при бурении. Результаты показывают, что добавление ВОПР снижает плотность раствора, улучшает его фильтрационные свойства и в значительной степени зависит от температурного режима. Данные результаты способствуют оптимизации условий применения аэрированных буровых растворов.
ABSTRACT
This article investigates the influence of temperature, air blasting, and the concentration of vermiculite lightweight polymeric reagent (VLPR) on the parameters of aerated non-clay drilling fluids. Aerated polymer-based fluids provide a high degree of wellbore cleaning and minimize impact on productive formations. The study examines the rheological characteristics and stability of the fluids under various temperature conditions, as well as their effectiveness in drilling operations. The results demonstrate that the addition of VLPR reduces fluid density, improves filtration properties, and is significantly influenced by the temperature regime. These findings contribute to the optimization of the application conditions for aerated drilling fluids.
Ключевые слова: ВОПР, буровые растворы, аэрация, температура, реологические свойства, плотность, фильтрационные характеристики
Keywords: VLPR, drilling fluids, aeration, temperature, rheological properties, density, filtration properties
Введение
Аэрированные безглинистые буровые растворы на основе водорастворимых полимеров (ВОПР) представляют собой современное решение для повышения эффективности бурения. Их использование позволяет добиться высокой степени очистки скважины, минимизировать воздействие на продуктивные пласты и улучшить условия для добычи углеводородов. Однако температурные условия в процессе бурения играют критическую роль в определении их физико-химических и реологических характеристик. Важно понимать, как температурные изменения и концентрация ВОПР влияют на свойства буровых растворов, чтобы адаптировать их к различным условиям бурения. Данная статья посвящена исследованию влияния температуры и концентрации ВОПР на ключевые параметры аэрированных буровых растворов, с целью оптимизации их применения в современных буровых операциях [1, c. 128; 2, c. 256].
В современной буровой индустрии применение аэрированных без глинистых промывочных жидкостей на основе водорастворимых полимеров представляет собой один из ключевых подходов к повышению эффективности бурения. Эти жидкости обеспечивают высокую степень очистки скважины, минимизируют воздействие на продуктивные пласты и улучшают условия для добычи углеводородов. Однако температурный режим в процессе бурения играет решающую роль, влияя на физико-химические и реологические свойства промывочных жидкостей. В связи с этим, адаптация промывочных жидкостей к изменяющимся температурным условиям является критически важной для обеспечения их высокой производительности и стабильности [3, c. 112].
Данная статья посвящен анализу влияния температурных изменений на ключевые параметры, аэрированных без глинистых промывочных жидкостей, содержащих ВОПР, включая их реологические характеристики, устойчивость и эффективность при различных температурных режимах. Цель статьи — выявить особенности поведения данных промывочных жидкостей в условиях повышенных температур и определить оптимальные условия их применения для обеспечения максимальной эффективности буровых операций. Рассматриваются как теоретические аспекты, так и результаты экспериментальных исследований, что позволяет сформировать комплексное понимание влияния температуры на работоспособность и свойства без глинистых промывочных жидкостей с добавлением ВОПР [4, c. 17; 5, c. 347].
Методология исследования
Для получения безглинистого бурового раствора, предназначенного для эффективного бурения и стабилизации стенок скважин, используется следующий метод. Основой раствора служит 1000 граммов дистиллированной воды. В водную основу последовательно вводятся 3 грамма гидроксида натрия (NaOH) и 3 грамма карбоната натрия (Na2CO3), которые служат для корректировки pH раствора до необходимого уровня. Далее, для обеспечения требуемых реологических и стабилизационных свойств, добавляют 20 граммов гипана и 20 граммов стабелла. Эти компоненты способствуют повышению вязкости раствора и улучшению его удерживающей способности, что важно для эффективного удаления бурового шлама из скважины и предотвращения обрушения стенок.
Кроме того, в раствор вводят 10 граммов гидроксида кальция (Ca(OH)2), который способствует формированию конденсированной фазы, улучшая тем самым устойчивость раствора к высаливанию и повышая его эффективность в условиях высоких температур и давлений.
Приготовление раствора начинается с растворения NaOH и Na2CO3 в дистиллированной воде при постоянном перемешивании, до полного растворения данных компонентов. Затем, при продолжении интенсивного перемешивания, постепенно добавляют гипан и стабелл, обеспечивая их полное взаимодействие с водной основой. После равномерного распределения гипана и стабелла в растворе, вводят гидроксид кальция, продолжая перемешивание для достижения полной гомогенности раствора.
В завершение, полученный раствор оставляют на короткое время для стабилизации перед его применением в буровых операциях. Этот метод приготовления позволяет создать безглинистый буровой раствор, отличающийся высокой степенью стабильности и эффективностью при использовании в сложных геологических условиях. Важно отметить, что введение гипана способствует увеличению вязкости раствора и улучшению его фильтрационных свойств, что обеспечивает эффективную очистку скважины и предотвращает потерю циркулирующей жидкости. Стабелл, в свою очередь, используется для улучшения стабильности бурового раствора, способствуя сохранению его реологических характеристик в широком диапазоне температур.
Таблица 1.
Влияние температуры и концентрации ВОПР на параметры аэрированных без глинистых
№ |
ВОПР, г |
t, ºС |
ρ, г/см3 |
Т, сек |
В, см3/30мин |
Тк, мм |
1 |
- |
30 |
1,02 |
50 |
7 |
0 |
2 |
- |
60 |
1,01 |
46 |
11 |
|
3 |
30 |
30 |
1,00 |
54 |
6 |
1,09 |
4 |
30 |
60 |
0,98 |
49 |
9 |
0,95 |
5 |
40 |
30 |
0,94 |
60 |
6 |
0,80 |
6 |
40 |
60 |
0,92 |
55 |
7 |
0,70 |
7 |
50 |
30 |
0,89 |
66 |
4 |
0,65 |
8 |
50 |
60 |
0,86 |
62 |
6 |
0,60 |
Анализ табл. 1. позволяет выявить влияние температуры и концентрации ВОПР на ключевые параметры аэрированных безглинистых буровых растворов. Добавление ВОПР значительно снижает плотность раствора, что демонстрирует его эффективность как уменьшителя плотности. При увеличении температуры наблюдается дальнейшее уменьшение плотности, что может быть связано с усилением термически индуцированного расширения частиц ВОПР и снижением вязкости воды.
Итак, добавление ВОПР в безглинистые буровые растворы значительно улучшает их реологические и фильтрационные свойства, снижая плотность и объем потерь фильтрата, а также улучшая вязкость. Эти улучшения особенно заметны при низких температурах, что делает ВОПР особенно полезным в условиях, где необходимо контролировать термические эффекты на свойства бурового раствора.
На рис. 1. представлено изменение плотности буровых растворов с различным содержанием ВОПР (выраженное в граммах) в зависимости от времени аэрации при температуре 30ºС.
Рисунок 1. Изменение плотности безглинистых буровых раствора в зависимости от концентрации ВОПР при 30ºС
Плотность раствора без добавки ВОПР остается относительно стабильной в течение всего периода аэрации, начиная с 1,02 г/см3 и плавно снижаясь до 0,99 г/см3 через 20 минут аэрации. Это указывает на то, что введение воздуха в раствор без добавок не приводит к значительному уменьшению его плотности.
При добавлении 30 г ВОПР наблюдается более заметное снижение плотности с 1,00 до 0,75 г/см3 за тот же период времени. Снижение плотности происходит более интенсивно, особенно в первые 5 минут аэрации. Повышение содержания ВОПР приведет еще большему снижению плотности, начиная с 0,94 г/см3 и достигая 0,72 г/см3 через 20 минут. Снижение плотности в этом растворе идет еще быстрее, что говорит о более сильном воздействии ВОПР на аэрационные характеристики раствора.
Наблюдается наибольшее снижение плотности с 0,89 до 0,67 г/см3 при повышении ВОПР до 100 г. Падение плотности является наиболее резким в начальные 5 минут и продолжается вплоть до 20 минут.
Результаты
Согласно представленным данным, добавление ВОПР в буровой раствор ведет к более значительному изменению плотности при аэрации. Это связано с несколькими факторами. Первым из них является, то, что ВОПР, как уменьшитель плотности на основе вермикулита, может обладать свойствами, которые способствуют удержанию воздушных пузырьков в растворе. Это приводит к уменьшению общей плотности смеси.
При введении воздуха вермикулит, который является базой для ВОПР, может расширяться или набухать, увеличивая свой объем и тем самым уменьшая плотность раствора за счет увеличения его общего объема без существенного увеличения массы.
Также необходимо отметить то факт, что ВОПР может взаимодействовать с компонентами бурового раствора, изменяя его структуру и свойства. Это может приводить к образованию более рыхлых структур в растворе, которые обеспечивают дополнительные пространства для удержания воздуха.
ВОПР может изменять поверхностное натяжение бурового раствора, что способствует лучшему удержанию воздушных пузырьков и приводит к снижению плотности.
В совокупности эти факторы приводят к тому, что при аэрации бурового раствора с добавлением ВОПР наблюдается более значительное уменьшение плотности, чем в растворе без ВОПР. Это явление особенно важно для буровых операций, где необходимо снижение плотности раствора для предотвращения потенциального ущерба пластам с низким давлением.
Выводы:
Таким образом, исследование влияния добавления ВОПР на плотность буровых растворов при аэрации показало значительные изменения в реологических свойствах. Введение ВОПР в буровой раствор приводит к уменьшению плотности, что особенно заметно при увеличении его концентрации. Эффект уменьшения плотности усиливается с прогрессирующей аэрацией, что подчеркивает эффективность ВОПР как средства для управления плотностными характеристиками буровых растворов.
Такая способность ВОПР снижать плотность раствора может быть связана с удержанием воздушных пузырьков, расширением материала, изменением физико-химического состояния раствора, а также с другими термодинамическими и поверхностно-активными эффектами. Эти свойства делают ВОПР ценным добавлением к буровым растворам, особенно в условиях необходимости снижения гидростатического давления для предотвращения возможных ущербов при бурении.
Список литературы:
- Смагин А.С., Новицкий К.Ю., Табашников А.Р., Агзамов Ф.А. Повышение эффективности ликвидации зон катастрофических поглощений при строительстве скважин // «Бурение и нефть» специализированный журнал. 2020. С. 125-132.
- Крысин Н.И., Крапивина Т.Н. Повышения скоростей бурения и дебитов нефтегазовых скважин. Разработка и совершенствование составов буровых растворов, технологий и технологических средств первичного и вторичного вскрытия продуктивных пластов: Монография / М.: Инфра-Инженерия, 2018. – 340 с.
- Умедов Ш.Х. Разработка эффективных составов промывочных жидкостей для борьбы с осложнениями при бурении нефтяных и газовых скважин // дис. д.т.н. Ташкент 2017. 198 с.
- Гафуров Д.Д., Тумасов К.В., Гараян К.А. Буровой реагент – ГИПАН-УМ // Узбекский журнал нефти и газа. - Ташкент, 2009, - № 2, –17-18 с.
- Ёдгоров Н. Химические реагенты и материалы в нефтегазовом комплексе. – Ташкент: Voris, 2009, –520 с.