Добавки в буровые растворы

FLODRILL - новые буровые реагенты

Добавки в буровой раствор

Успешное завершение нефтяной скважины для промышленной эксплуатации при разумно оправданных затратах существенно зависит от характеристик буровых растворов. К этим жидким растворам, как рассматривается далее, предъявляются разнообразные особые требования для решения целого ряда задач.

• Обеспечение выноса бурового шлама со дна скважины на поверхность и упрощение его сепарации
• Охлаждение и очистка долота бура
• Снижение трения между колонной бурильных труб и боковыми стенками скважины Предотвращение притока пластовых флюидов, таких как нефтяные, газовые и водные массы
• Поддержание устойчивости необсаженных интервалов ствола скважины

• Формирование тонкого проницаемого слоя, именуемого "фильтровальной лепешкой", который закупоривает отверстия в пласте и предотвращает утечки жидких масс

• Упрощение сбора данных и интерпретации каротажных диаграмм Компания SNF разработала целый ряд полимеров для систем буровых растворов на водной основе. Каждая из серий полимеров SNF охватывает одно или несколько требований к буровым растворам, в том числе контроль утечки жидких масс, повышение вязкости, ингибитор глинистых сланцев и т. д.

Синтетические полимеры выпускаются в широком разнообразии физических форм, молекулярных весов и химических составов в зависимости от конкретных применений. Например, один и тот же частично гидролизованный полиакриламид (PHPA) может повышать вязкость или обладать тиксотропными свойствами, обеспечивать снижение гидравлического сопротивления или утечки жидких масс для флюида.

Улучшение вязкости

Далее перечислены три основных состава, которые используются для повышения вязкости бурового раствора, обеспечивающего, в частности, эффективный вынос бурового шлама на поверхность: бентонит, частично гидролизованный полиакриламид (PHPA) и ксантановая смола.

Бентонит представляет собой филлосиликат, состоящий главным образом из монтмориллонита (бентонитовой глины). Незначительное процентное содержание воды ведет к увеличению вязкости, вызванному поглощением влаги микрокристаллическими частицами с последующим разбуханием минералов. Бентонит применяется главным образом для пресной воды.

Частично гидролизованный полиакриламид (PHPA) представляет собой растворимый в воде полимер. Взаимодействия между молекулами полимера увеличивают вязкость бурового раствора прямо пропорционально молекулярному весу состава. Полиакриламид PHPA может применяться для пресной воды, морской воды или систем NaCl и KCl. PHPA не совместим с высоким содержанием двухвалентных веществ в воде и с применениями для высоких температур. Однако термостойкость можно повысить с помощью сульфонатных сополимеров наряду с улучшением реологического профиля, причем можно использовать эти составы совместно или вместе с защитными группами для тех применений, где полиакриламид PHPA не работает.

Характеристики состава ЕМ 533 в буровом растворе на основе пресной воды

Буровой раствор на водной основе - 125 частей на грамм (ppg)

Бентонит - 13 частей на млрд (ppb)

В качестве утяжелительного агента использован барит

Агент, предотвращающий набухание глин (ингибитор глинистых сланцев)

Полимер абсорбируется на поверхности бурового шлама и на стенках ствола скважины. Герметизация полимером твердых частиц бурового шлама усиливает флокуляцию и сводит к минимуму расслоение и диспергирование твердых фаз в суспензии. Такие укрупненные массы бурового шлама выносятся затем на поверхность, где с высокой эффективностью сепарируются на специальном оборудовании по контролю твердой фазы. Поглощение полимеров на стенках ствола скважины также усиливает стабильность чувствительных к воде пластов, таких как глинистые сланцы, позволяя избежать обрушения и уширения ствола скважины.

Анионные полимеры могут посредством длинной цепочки с отрицательными ионами взаимодействовать и притягиваться к положительным ионам частиц глины или к гидратной поверхности глины с помощью водородной связи. Поверхностная гидратация падает по мере того, как полимер покрывает всю поверхность глинистого слоя.

Низкокатионные полимеры также могут применяться в качестве ингибиторов глинистых сланцев. Высококатионные полимеры могут взаимодействовать с другими химикатами, используемыми в буровом растворе, поэтому их применение связано с вопросами совместимости.

Полиакриламид PHPA с высоким MW используется с солью KCl как агент, предотвращающий набухание глин

Бентонитовый модифицирующий агент

В буровых системах с низким содержанием твердой фазы типовым образом применяется полимерная добавка в качестве загустителя или, как его часто именуют, бентонитового модифицирующего агента. Эти составы применяются для увеличения вязкости бездисперсных систем буровых растворов на основе пресной воды. Внесение добавок возможно как в систему бурового раствора на площадке, так и непосредственно в бентонит на заводе – изготовителе.

Частицы полимера и бентонита взаимодействуют друг с другом благодаря их соответственным электростатическим зарядам; созданные связи между таким частицами затем приводят к увеличению общей вязкости. Компания SNF производит целый ряд полиакриламидов для таких применений. Полимеры с низким молекулярным весом и очень высокой зарядовой анионностью применяются в качестве бентонитовых модифицирующих агентов.

Агент для контроля утечки жидких масс Назначение добавок для контроля утечки жидких масс заключается в сокращении утечки воды из жидкого цементного раствора в буровую скважину. При этом осуществляется защита чувствительных структур от повреждений и предотвращается преждевременная дегидратация жидкого цементного раствора. Если утечки жидких масс в структуры пласта имеют особую важность, на стенках скважины образуют слой фильтрата, что вызывает сокращение расхода потока и повышенные величины давления вследствие трения как в результате сокращения проходного сечения, так и в результате повышенной вязкости жидкого цементного раствора.

Полиэлектролиты добавляются к системам бетонитных буровых растворов на водной основе с низким содержанием твердой фазы с целью улучшить контроль утечки жидких масс и таким образом избежать повреждения структур пласта. Кроме того, при этом увеличивается и скорость бурения.

В качестве агентов для контроля утечки жидких масс применяются анионные или амфотерные полимеры с очень низким молекулярным весом (MW). Применение полиакрилатных гомо- и сополимеров ограничено в системах с высоким содержанием двухвалентных веществ при высокой температуре вследствие осаждения полимера.

Агенты контроля утечки жидких масс для систем буровых растворов при средних температурах

Высокие эксплуатационные характеристики требуются в том случае, когда бурение осуществляется при высокой температуре и в условиях высокого давления, особенно при работе с жёсткими солевыми растворами. Применяемые составы должны в таких ситуациях обладать хорошей стабильностью и эффективностью даже при высоких температурах, поэтому именно для таких условий Компания SNF разработала ряд узкоспециальных полимеров.

Как известно, сульфонатные со- и тер-полимеры создают прочные связи с компонентами бурового раствора, причем эти мономеры являются солями и обладают термической стабильностью. Именно по этим причинам они применяются для контроля утечки жидких масс при высоких температурах. Кроме того, они могут содержать дополнительные термически стабильные со-мономеры для повышения стойкости HT – HP (высокие температуры – высокие давления), например диметилакриламид, N –винил – пирролидон или производные акриламида. В их состав на этапе производства могут дополнительно включаться гумат или лигносульфонат с целью оптимизации вязкости бурового раствора и цемента.

Агенты контроля утечки жидких масс для систем буровых растворов при высоких температурах

При более высоких температурах до 500 °F эксплуатационные характеристики полимерных добавок зависят от типового состава бурового раствора и в каждом конкретном случае требуют отдельного изучения.

Диспергирующие агенты Диспергирующие агенты используются для снижения вязкости и прочности геля. Наряду с лигносульфонатами и полифосфатами для применений такого типа широко используются полиакрилаты с низким молекулярным весом.

Кроме того, для высоких температур и буровых растворов на водной основе с высокой засоленностью предлагаются модифицированные диспергирующие агенты на основе сульфонатных полимеров.

Узкоспециальная тонкая регулировка этих составов может осуществляться путем изменения молекулярного веса, физической формы (твердое вещество, жидкость), структуры и состава с целью повысить стойкость к жёстким солевым растворам и высоким температурам (внедрение сульфонатных и фосфатных мономеров).

Агенты контроля утечки жидких масс для цемента

Добавки для контроля фильтрации цемента используются в составах для цементирования скважин с целью сократить утечки жидких масс в водопроницаемые пласты или зоны, в которые закачиваются цементные составы, а также предотвратить их преждевременное загустевание в гель.

Добавки для контроля фильтрации вносятся в цемент по тем же причинам, по которым они используются в буровых растворах. Однако для необработанного цементного шлама характерны гораздо более высокие скорости фильтрации, чем для необработанного бурового раствора, поэтому в силу указанных ниже причин первостепенную важность имеет ограничение утечки жидких масс.

• Свести к минимуму гидратацию для чувствительных к воде структур пластов
• Избежать накапливания достаточных объемов воды для гидратации цемента
• Избежать изменения свойств шлама
• Избежать закупоривания кольцевого зазора
• Сократить потери предела прочности при сжатии
• Сократить перенос затрубного газа

Загуститель соляного раствора

Вязкость является ключевым фактором при ограничении просачивания флюида в горные породы, прилегающие к стволу скважины, а также в суспензии твердых фаз и отводимую жидкость. Для повышения вязкости флюидов на нефтяных месторождениях обычно применяют различные полимеры. Компания SNF производит полимеры, которые позволяют повышать вязкость при уменьшении скорости сдвига и характеризуются сохранением этих реологических свойств вплоть до высоких температур. Эти полимеры также обладают стойкостью с сильно засоленным солевым растворам.

FLODRILL DB 45 CR представляет собой запатентованный полимер на основе ДАДМАКа, обладающий высокой степенью катионности и сильно разветвленной цепочкой. Этот полимер производится с помощью техпроцесса обратного суспензирования и может применяться как в состоянии поставки, так и после частичного или полного измельчения с целью повышения интенсивности растворения.