CC BY
24УДК 622.24.063.2
МЕТОДИКА ОБОСНОВАНИЯ ВЫБОРА ЭФФЕКТИВНЫХ РЕАГЕНТОВ ДЛЯ БУРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ
THE METHODS OF JUSTIFICATION OF SELECTION OF EFFICIENT REAGENTS FOR THE DRILLING PROCESS FLUID
В. П. Овчинников, А. Ф. Семененко, П. В. Овчинников
V. P. Ovchinnikov, A.F. Semenenko, P. V. Ovchinnikov
Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень
ОАО НПО «Буровая техника» (ВНИИБТ), г. Москва
Ключевые слова: промывочная жидкость, биополимеры; стабилизаторы; смазывающие реагенты Key words: flushing liquid; biopolymers; stabilizers; lubricating agents
Известно, что основная проблема, которая требует своего решения это обеспечение сохранности фильтрационно-емкостных свойств, вскрываемых в процессе бурения коллекторов нефти и газа. Она, в основном, решается подбором состава промывочной жидкости с требуемыми для этих целей физико-механическими свойствами. В последнее время, с учетом изложенного, нашли и находят широкое применение буровые растворы с использованием полимеров, более эффективны биополимеры. Следует отметить, что последние чаще всего используются для регулирования отдельных свойств раствора. Так в составе бурового раствора «Polyxan-H1» биополимер Polyxan для повышения его термостойкости, для снижения показателя фильтратоотдачи вводят низковязкий модифицированный крахмал Flo-Xan или Bohramyl, не исключено применение кольматирующего материала, например мраморной крошки. В составе бурового раствора Polyxan-H2 используют высоко и низковязкую полианионную целлюлозу (ПАЦ-ВВ, ПАЦ-НВ), для регулирования щелочности - кальцинированную соду. В составах полимерглинистых буровых растворов Floxan-L, PolybEnt, Bentoflocx-L и другие, рекомендованы НПО «Полибент» — полимеры стабилизаторы ПАЦ-НВ, ПАЦ-ВВ, DF-Flock, биополимеры Polyxan, разжижители, смазывающие реагенты и т. д. [1]. То же самое отмечается и в других, используемых составах промывочных жидкостях [2]. При этом необходимо отметить, что используемые высокомолекулярные соединения, в силу своего химического состава оказывают влияние не только на один показатель, а, как правило, на несколько. Например, на показатель фильтрации, эффективную вязкость, статическое и динамическое напряжение сдвига, стабильность и т. д. Естественно число показателей для каждого полимера и интенсивность воздействия будет различным. Наиболее эффективным и перспективным полимером будет тот, который оказывает свое воздействие на большее число параметров и это воздействие более интенсивно, обеспечивается меньшее содержание реагентов и их количество. Все это требует разработки определенной методики направленной на решение поставлено задачи.
Учитывая изложенное, предлагается следующее:
• осуществляется сбор имеющихся сведений по используемым наиболее часто реагентам (добавкам, материалам);
• по результатам экспериментальных исследований определяется зависимость влияния реагента на каждый из изучаемых параметров раствора. В этом случае можно воспользоваться методом регрессионного анализа;
• на полученную зависимость (уравнения регрессии) накладываются граничные (нормируемые) показатели, которым последний должен соответствовать. Это или результаты требований ГОСТа, ОСТа или результаты опроса специалистов и т. д.;
• в рамках установленных границ определяют оптимальную концентрацию реагента;
• проводится анализ полученных сведений с целью выявления количества регулируемых реагентом параметров в пределах принятых границ и их содержание;
• осуществляется выбор наиболее эффективного реагента и его оптимального содержания с учетом наибольшего числа регулируемых параметров в пределах данной концентрации.
№ 6, 2016
Нефть и газ
93
Данную процедуру более наглядно можно представить на следующем примере, взяв сведения из работы [3-5]. В данной работе приведены результаты лабораторных исследований по изучению порядка восемнадцати полимерных реагентов на физико-механические параметры растворов с их применением — условную вязкость (Т); показатель фильтрации (ф30); статическое напряжение сдвига после одной минуты, десяти минут покоя (Ото); эффективную вязкость раствора динамическое напряжение сдвига (т0); по реологическим показателям рассчитан коэффициент нелинейности модели движения потока (п). Обоснование по наиболее эффективному реагенту отсутствует или представлено в неявной форме.
В соответствии с предложенным алгоритмом решение для каждого параметра, каждого реагента построены зависимости влияния содержания реагента на величину параметра. На рис. 1 представлен один из графиков данной зависимости. По результатам опроса ряда известных специалистов в области буровых растворов установлены следующие области допустимых величин изучаемых параметров, при которых достигаются высокие показатели сохранности фильтрационно-емкостных свойств продуктивного пласта.
Это для Т — 30...50 с; ф30 — 6...8 см3/30 мин; 01 — 15...60 дПа; 01о — 20...65 дПа; г| — 10...20 МПа; т0 —80... 100 дПа; п — 0,3...0,5; рН — 6... 9.
16
15
14
га 13
1=
12
С" 11
л*
н о 10
о
м 9
ш
и: 8
го
т. ш 7
t 6
ф
-9- 5
-8-
0 4
3
2
t 2
/
=11 1 . / у/Т П= > / У
-К / S
V /} е // ■л fc'ri
/ /
1 Tn=f frt Л / -1 Н г
/ 4
■1 И г /
S _п= п:
/ у т„=8 tm 00
7
- тл= Гс)
300
?яп го
260 С ч -1
240 о 2
??п го
-3
200 ч
180 о ф - 4
160 X ф й --5
140 о. __g
120 го
100 ф о 7
80 ф т --8
60 S го
40 X S
20 с:
0
0.1
0,2
0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Содержание полимера. % масс.
0,8
0.9
1,0
Рис. 1. Зависимости значений параметров (эффективная вязкость, г/; динамическое напряжение сдвига Т0) от содержания полимеров; сплошная — эффективная вязкость г/ =f(c), пунктирная — динамическое напряжение сдвига r0 =f(c)
Указанные «нормированные» их значения наносятся на графические зависимости, по которым определяются требуемые концентрации полимеров. В частности на рисунке представлены зависимости значений параметров эффективной вязкости и динамического напряжения сдвига для ряда полимеров: 1 — Биоксан (производства ООО НТП «Тетра»); 2 — Гаммаксан (производства ЗАО «Гамма-Хим»); 3 — Biovis (производства SKW «Polymep», Германия); 4 — Xanthan Gum IV (производства CNPC, Китай). Всего проанализировано 18 видов полимеров различных заводов производителей (российских и зарубежных). Как видно из представленных зависимостей содержание полимера и его вид влияет на рассмотренные показатели. При этом также меняется и их концентрации, при которых достигаются требуемые параметры раствора. Исходя, из этого аналогично были построены зависимости других параметров от вида и содержания реагента. Результаты их совместного анализа позволяет выявить области значений концентраций полимеров, при которых можно обеспечить три, четыре, пять параметров раствора с требуемыми значениями, что позволяет обосновать вид наиболее эффективных реагентов и их «оптимальное» содержание (табл. 1).
94
Нефть и газ
№ 6, 2016
Таблица 1
Результаты анализа влияния полимеров на основные параметры растворов
Назва- Параметр Оптимальное содержание полимера для Параметры, регулируемые Общее
ние обеспечения нормируемого значения в пределах нормируемых количество
параметра значении регулируемых
параметров
Т о,.:| 0,5 о,75-1,о рН 1
п о,5 1 >_75 >о,85-о,75 рн. п 2
То о,: 5 о,42 о,5о-о,65 рН, п, п :
Н я рН п о,25 1 ,65 0,35-0,42 рН,п, Т, СНС 5
и СНС о, |о,5о о,:о-о,:5 рН, Т, п :
я и* о,25-о,: рН,п 2
о,1-о,25 рН 1
Т о,: 1 1 ,65 о,76-1,о п .рн 2
п То о,41|| -гог- о,55-о,65 Т, п, рН, п 4
РН о 7, о,5о-о,55 Т,рН, п :
X Л СНС о,: о,5 К76 о,::-о,41 Т, рН,п, СНС 4
Л о,:о-о,:: Т,рН, п :
о,18-о,: рН,п 2
о,1-о,18 рН 1
Т о 68| о,81-1,о Т,п 2
п |о,15 о,71-о,81 Т, То,п :
То рН I о,71|Цо,81 о,68-о,7 о,65-о,68 Т,п п 2 1
ё т СНС 0,42^ ¡0,65 о,42-о,48 о,15,о,42 СНС рН 1 1
о,1-о,15 п. рн 2
Т 0,48^ о,52 о,8-1,о рН 1
о,75-о,8 п. рн 2
п о,: 0,8
То рН о,25| о,:о о,6-о,75 о,52-о,6 п, рН, п п, рН, п, СНС : 4
а, 43 п СНС о,25 ъ. |о,75 о,48-о,52 о,:о-о,48 Т, п, рН, п, СНС п, рН, п, СНС 5 4
о,25-о,: То, рН, п, СНС 4
о,1-о,25 рН 1
Т о, 6 |о,66 о,66-1,о рН 1
а п >о,6-о,66 Т, рН 2
То о,46 о 52 о,52-о,6 рН 1
£ рН п 0,42 о,42-о,46 рН, СНС 2
§ СНС о, 1 0,52 0,31-0,42 рН, п, СНС :
:1 1
о 1-о 31 рН п 2
Т о, 7...................1о, 85 о 85-1 о рН 1
п >о.7-о.85 Т. рН 2
3 £ То о 46 о 52 о 52-о 7 рН 1
рН о 391 0 52 о 39-0 46 рн п СНС :
СНС о..:1 0 52 о,:-о,:9 рН. СНС 2
о 1-о: рН 1
Т 0.72И076 о,8-1,о п. п 2
п То о,6 о 81 о 72 0.72-0.76 п Т. п 1 2
1 а рН о 4 о 65-о 72 То п 2
СНС о,:511 Ио,65 о,4-о,6 п. СНС 2
т о :5-о 4 рН п СНС :
о,1-о,:5 рН. п 2
Т о,6 ..........................0,8 о 85-1 о 1
0 и x п о 5 0.8-0.85 п. СНС :
о 5 |о 6 о 6-0 8 Т п СНС :
рН ..................................................о :5 0 5-0 6 2
В о 18! Л. 45 0 45-0 5
СНС 0.35-0.45
о 6С |о, 85 п 1
т 0 18-0 35 рН п 2
1 0.1-0.18 рН 1
^ о бо |о,8 0 60-0 8 п Т п СНС :
£ и т X То о.49| о.6о 0.55-0.60 То. СНС 2
рН о,4 0 49-0 55 т СНС 2
п СНС 14 о, 55|* |о,8 0.4-0.49 0.1-0.4 рН. п 2
№ 6, 2016
Нефть и газ
95
Естественно при использовании предложенного метода анализа сокращается число ингредиентов в составе раствора, снижаются затраты на приготовление, улучшаются условия контроля и управления его параметров. В конечном итоге обеспечивается максимально возможная сохранность коллекторских свойств пласта. Учитывая несложность алгоритма изложенного процесса, не представляет особой трудности создания программного продукта и использование последнего в отраслевых проектных институтах и образовательных учреждениях.
Таблица 2
Рекомендуемые виды полимеров
Порядковый номер полимера Наименование полимера (заводское) Содержание Рекомендуемые параметры для регулирования Порядковый номер полимера Наименование полимера (заводское) Содержание Регулируемые параметры
1 Ксантановая смола 0,49...0,55 T, т0, рН, n 7 Biolam 0,45.0,65 T, т0,рН, п, n, СНС
2 Биоксан-Т 0,35...0,50 рН, п, Т, СНС, Т0 8 IDVIS 0,7.0,82 0,59.0,62 Т, п, рН, СНС, т0
3 Гаммаксан 0,55.0,65 0,33.0,50 Т, п, рН, n, СНС 9 KEM-XD 0,31.0,35 п, n, СНС, рН
4 К.К. «Ро- бус» 0,6.0,69 0,4.0,58 п, рН, n, СНС, Т0 10 KEM-X 0,75.0,82 0,43.0,65 Т, п, рН, СНС т0,рН, n, СНС
5 Polydis-DM 0,25.0,6 П, рН, n, СНС, Т0 11 VALBTOP 0,46.0,6 Т, п, рН, СНС, т0
6 Xanthan Gum 0,46.0,52 т0,рН, n, СНС 12 XCD 0,2.0,35 Т, рН, n, СНС, т0
Таким образом, из 18 рассмотренных полимеров рекомендуется к внедрению 12, представленных в табл. 2.
Список литературы
1. Сенюшкин С. В. Исследования и разработка составов полисахаридных буровых растворов с нелинейными реологическими характеристиками: диссертация ... кандидата технических наук: 25.00.15 / Сенюшкин Сергей Валерьевич; [Место защиты: Тюмен. гос. нефтегаз. ун-т]. - Тюмень, 2012. - 120 с.: ил. РГБ ОД, 61 13-5/471.
2. Экспериментальная оценка эффективности полимерных компонентов буровых растворов для строительства скважин на Крайнем Севере / Р. В. Плаксин [и др.] // Газовая промышленность. - 2012. - № 6 (677). - С. 80-83.
3. Совершенствование буровых растворов высокой плотности / Р. В. Плаксин [и др.] // Бурение и нефть, 2013. -№ 2. - С. 39-43.
4. Овчинников В. П. Особенности применения биополимерных ингибированных растворов для вскрытия продуктивных пластов, содержащих различные по химической активности глины (на примере месторождений Красноярского края) / В. П. Овчинников, И. Г. Яковлев, А. В. Сирин // Бурение и нефть. - 2014. - № 1. - С. 44-46.
5. К методу оценки эффективности применения буровых растворов для вскрытия продуктивных пластов / В. П. Овчинников, И. Г. Яковлев, Я. М. Курбанов // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - 2014. -№ 9. - С. 40-44.
Сведения об авторах
Овчинников Василий Павлович, д. т. н.,
профессор кафедры «Геотех», Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень, тел. 8(3452)390363, e-mail: geoteh@tgasu.ru
Семененко Анастасия Федоровна, ассистент кафедры «Бурение нефтяных и газовых скважин» Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень, тел. 8(3452)390363, e-mail: semenenko.83@mail. ru
Овчинников Павел Васильевич, д. т. н., профессор Российского геологоразведочного университета, г. Москва, тел. 89150504525, e-mail: ovchinnikovpv@mail. ru
Information about the authors Ovchinnikov V. P., Doctor of Engineering Sciences, Professor, Head of Department «Geotech», Industrial University of Tyumen, Tyumen, tel.8(3452)390363, e-mail: geoteh@tgasu.ru
Semenenko A. F. ,assistant of department «Drilling of oil and gas wells» Industrial University of Tyumen, Tyumen, tel.8(3452)390363, e-mail: semenenko.83@mail. ru
Ovchinnikov P. V., Doctor of Engineering Sciences, Professor of Russian State Geological Prospecting University, Moscow, tel. 89150504525, e-mail: ovchinnikovpv@mail. ru
96
Нефть и газ
№ 6, 2016
