ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВСКРЫТИЯ ПРОДУКТИВНЫХ ГОРИЗОНТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ АЭРИРОВАННЫХ ПРОМЫВОЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ И ПАВ

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются вопросы повышения эффективности бурения при вскрытии продуктивных горизонтов в сложных геолого-технических условиях. Целью исследования является сравнительная оценка технических показателей применения аэрированных промывочных жидкостей с добавлением ПАВ (сульфанола НП-3) и стандартных глинистых растворов. Методология основывается на анализе данных опытных работ, включающих замеры скоростей чистого бурения и проходки на долото. Результаты показали, что использование аэрированных растворов позволяет увеличить скорость чистого бурения в 2,1 раза, а проходку на долото — в 3-4 раза по сравнению с традиционными методами. Выявлены также основные технологические ограничения, связанные с дефицитностью оборудования и коррозионным износом.

ABSTRACT

The article discusses the issues of increasing drilling efficiency when penetrating productive horizons in difficult geological and technical conditions. The aim of the study is a comparative evaluation of the technical performance of using aerated drilling fluids with the addition of surfactants (Sulfanol NP-3) and standard clay solutions. The methodology is based on the analysis of experimental data, including measurements of net drilling rates and drilling bit performance. The results showed that the use of aerated solutions allows for a 2.1-fold increase in the net drilling rate and a 3-4-fold increase in drilling bit performance compared to traditional methods. Main technological limitations related to equipment scarcity and corrosion wear are also identified.

Ключевые слова: бурение, аэрированные растворы, ПАВ, сульфанол НП-3, продуктивный горизонт, скорость бурения, проходка на долото.

Keywords: drilling, aerated solutions, surfactants, Sulfanol NP-3, productive horizon, drilling rate, drilling bit performance.

Введение

В современной практике буровых работ одной из наиболее актуальных и сложных задач является качественное вскрытие продуктивных горизонтов, а также безаварийная проходка зон поглощений промывочной жидкости [1-3]. Для эффективного решения этих технологических проблем все чаще применяются аэрированные растворы — промывочные жидкости, в которые введен газовый компонент, придающий им принципиально новые свойства. Использование технологии аэрации позволяет в широких пределах регулировать плотность циркулирующей жидкости (от 0,1 до 1 г/см³). Это, в свою очередь, дает возможность целенаправленно снижать или увеличивать гидростатическое давление на забой скважины в зависимости от горно-геологических условий [4]. Кроме того, при использовании аэрированных растворов значительно эффективнее происходит очистка забоя от разбуриваемой породы и обеспечивается качественное охлаждение породоразрушающего инструмента (долота). Целью данного исследования является анализ результатов опытных работ по бурению с применением аэрированных растворов на основе поверхностно-активных веществ (ПАВ). В качестве основного реагента рассматривается синтетическое ПАВ анионогенного класса — сульфонал марки НП-3.

Материалы и методы исследования

Для проведения опытных работ по вскрытию продуктивного горизонта использовалась технология бурения с применением аэрированных промывочных жидкостей [5-6]. В качестве основного поверхностно-активного вещества (ПАВ) применялся сульфонал марки НП-3. Данный химический реагент представляет собой синтетическое ПАВ, относящееся к классу анионогенных веществ, с показателем водородного показателя (рН) среды в диапазоне 7,5–8,5. В процессе бурения поддерживались следующие технологические параметры: расход технической воды составлял 3–4 л/с при степени аэрации промывочной жидкости 25–30 % и рабочей концентрации сульфонала 0,7 %. Технологическая схема бурения аэрированными растворами требует применения специализированного комплекса дополнительного оборудования, включающего пеногенератор, превентор, обратный клапан и компрессорные установки [7-9]. Для надежной герметизации устья и оборудования скважины превентором технологией предусмотрено обязательное бурение под кондуктор длиной не менее 10 м. Изначально базовая технология бурения аэрированными растворами разрабатывалась с учетом процесса пеногашения с помощью жидкого азота. Однако в ходе проведения опытных работ ввиду отсутствия жидкого азота возникла технологическая необходимость изменения системы очистки и циркуляции: был задействован дополнительный зумпф большой ёмкости (720 м³) в дополнение к стандартному зумпфу объемом 50 м³. Отсутствие химического пеногашения жидким азотом несколько осложняет ведение процесса бурения, так как требует значительного увеличения объема подготовительных земляных работ и длительного времени естественного отстоя жидкости. Кроме того, в методологии учитывались и технико-экономические ограничения используемого оборудования [10-12]: применяемые компрессоры высокого давления обладают ограниченным ресурсом рабочего времени, а их эксплуатация ведет к дополнительным затратам.

Результаты и обсуждение

Анализ данных по скоростям бурения на трудной толще с применением аэрированных растворов и обычным методом (на глинистом растворе) продемонстрировал значительное технологическое преимущество аэрации. В ходе исследования было установлено, что скорость чистого бурения в аэрированных растворах составляет в среднем 11,7 м/ч (варьируясь в пределах от 9,4 до 14,2 м/ч), тогда как при обычном методе этот показатель равен 5,6 м/ч (от 5,1 до 5,9 м/ч). Таким образом, применение ПАВ и аэрации позволяет увеличить скорость чистого бурения в 2,1 раза. Средняя скорость бурения, рассчитанная с учетом сопутствующих работ и неизбежных простоев по техническим причинам, на аэрированных растворах составила 4,9 м/ч (от 4,8 до 5,7 м/ч) против 3,4 м/ч (от 0,8 до 5 м/ч) при использовании стандартного глинистого раствора, что показывает рост эффективности в 1,4 раза. Наглядное сравнение скоростей бурения представлено на Рисунке 1.

Рисунок 1. Наглядное сравнение скоростей бурения

Важнейшим технологическим достижением является то, что проходка на долото увеличивается в 3-4 раза по сравнению с обычными методами бурения. Сравнительные технические показатели при вскрытии продуктивного горизонта раствором К-9 (аэрированным) и глинистым раствором представлены в Таблице 1.

Таблица 1.

Сравнительные технические показатели при вскрытии продуктивного горизонта раствором К-9 (аэрированным) и глинистым раствором

Несмотря на очевидные преимущества, практическое применение данного метода выявило и ряд существенных недостатков, связанных в первую очередь с усложнением технологии работ и острой потребностью в дополнительном дефицитном оборудовании. Использование компрессоров высокого давления, помимо их дефицитности и высоких эксплуатационных расходов, ограничено ресурсом рабочего времени, что ведет к большим дополнительным затратам. Как уже отмечалось, отсутствие системы пеногашения жидким азотом дополнительно осложняет ведение буровых работ из-за необходимости обустройства масштабных земляных сооружений (зумпфов) и длительного времени отстоя промывочной жидкости.

Заключение

Проведенные опытные работы подтверждают высокую эффективность применения аэрированных растворов с добавлением сульфанола НП-3 при вскрытии продуктивных горизонтов. Данная технология позволяет не только регулировать гидростатическое давление на забой, но и значительно повысить технические показатели: скорость бурения и проходку на породоразрушающий инструмент. Вместе с тем, практическое применение метода выявило ряд существенных недостатков, выражающихся в усложнении технологии работ и потребности в дополнительном дефицитном оборудовании. Использование компрессоров высокого давления влечет за собой большие дополнительные затраты из-за их высоких эксплуатационных расходов и ограниченного ресурса рабочего времени. Отсутствие возможности химического пеногашения жидким азотом дополнительно осложняет ведение бурения из-за большого объема земляных работ по обустройству зумпфов и длительного времени отстоя промывочной жидкости. Кроме того, следует учитывать повышение коррозионного износа оборудования вследствие окислительного действия воздушной фазы. Таким образом, для повсеместного внедрения технологии требуется дальнейшая оптимизация процессов пеногашения и подбор решений по снижению износа оборудования.

Список литературы:

1. Ермолаева Л. В. Промывочные растворы в бурении. // Самара: Самар. гос. техн. ун-т. – 2020. – 51 с.
2. Petukhov O.F., Khalimov I.U., Istomin V.P., Karimov N.М. The effect of clay minerals on in-situ leaching of uranium. Mining Science and Technology (Russia). 2023;8(1):39–46. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2022-10-20
3. Крысин Н. И. Повышения скоростей бурения и дебитов нефтегазовых скважин. Разработка и совершенствование составов буровых растворов, технологий и технологических средств первичного и вторичного вскрытия продуктивных пластов. // Москва: Инфра-Инженерия. – 2018. – 340 с.
4. Лежлумов Л. О. Использование аэрированных жидкостей при проводке скважин. // Москва: Недра. – 1976. – 231 с.
5. Khalimov I.U., Karimov N.M. Research on increasing extraction and reducing costs in the production of ree oxides from solutions of underground leaching of uranium ores. Tsvetnye Metally (Russia). 2025; 11 (995): 63–69. https://doi.org/10.17580/tsm.2025.11.06
6. I.U. Halimov, N.M. Karimov, S.B. Khamidov, Sh.Sh. Sunnatullayev, and Q.R. Sharopov. Electrosorption of uranium from aqueous solutions: mechanisms, electrode materials, and applications in in-situ leaching. VI International Conference on Geotechnology, Mining and Rational Use of Natural Resources. E3S Web Conf. Volume 627, 2025. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202562703009
7. Овчинников В. П. Буровые промывочные жидкости. // Тюмень: Изд-во «Нефтегазовый университет». – 2008. – 309 с.
8. Поликарпов А. Д. Влияние буровых растворов на продуктивность скважин / А. Д. Поликарпов // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2010. – № 4. – С. 39-44.
9. Рязанов Я. А. Справочник по буровым растворам. // Москва: Недра. – 1979. – 215 с.
10. Sh.Sh. Alikulov; S.B. Khamidov; N.M. Karimov Experience in improving the technology of uranium processing from technological solutions of in-situ leaching. Proceedings of the IV International Conference on Advances in Science, Engineering, and Digital Education AIP Conf. Proc. 3268, 020031-1–020031-5; https://doi.org/10.1063/5.0259476
11. Sharafutdinov U.Z., Khalimov I.U., Khamidov S.B., Karimov N.M. Use of carbon adsorbents for rhenium sorption from uranium re-extracts. Tsvetnye Metally (Russia). 2023; 12(972): 51–56. https://doi.org/10.17580/tsm.2023.12.04
12. I.U. Khalimov; S.B. Khamidov; N.M. Karimov The behavior of uranium in the system: Ore clay – Barren clay - Ore sand. Proceedings of the IV International Conference on Advances in Science, Engineering, and Digital Education AIP Conf. Proc. 3268, 030028-1–030028-5; https://doi.org/10.1063/5.0257105