Полимер-коллоидные смеси и их применение в горнодобывающих отраслях промышленности Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© С.П. Смирнов, Г.П. Жуков, Ю.Н Титов, Г.Н. Титов,

2005

УДК 622:678.7

С.П. Смирнов, Г.П. Жуков, Ю.Н. Титов, Г.Н. Титов

ПОЛИМЕР-КОЛЛОИДНЫЕ СМЕСИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ГОРНОДОБЫВАЮЩИХ ОТРАСЛЯХ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Семинар № 1

~П статье [1] отмечается, что ЗАО «Ро-

-О Бус» разработал и совместно с ЗАО НПО «Промсервис» изготавливает высокоэффективные импортозамещающие реагенты и сухие смеси для приготовления бурового раствора при раздельном бурении основного ствола под техническую колонну, вскрытии продуктивных нефтегазовых пластов и горизонтальном бурении. При этом состав сухих смесей компонуется по заданию самих буровых компаний по широкому спектру параметров и компонентов. Сухие смеси поставляются на буровые так, что для приготовления бурового раствора следует лишь развести их технической водой непосредственно на месте бурения скважины.

Сухая смесь представляет собой смесь веществ и реагентов, имеющих одинаковое физическое состояние (порошки), хорошо смешивающиеся между собой. Технология приготовления раствора из сухой смеси проста и состоит в смешивании ее в гидравлической мешалке с технологической водой плотности, заданной заказчиком. Расход сухой смеси на 1 м3 технологической воды составляет от 45 до 80 кг (2 мешка) при перемешивании в течение 2 часов. Технологический отстой раствора составляет 24 часа. Перед началом бурения следует выполнить «разгонку» готового бурового раствора.

Сухая смесь пожаро- и взрывобезопасна, не токсична, биологически безвредна, не выделяет вредных продуктов при хранении и использовании, относится к IV классу опасности.

Использование указанной смеси позволяет многократно снизить затраты при приготовлении буровых растворов, снизить на-

грузки на снабженческие службы нефтяных и газовых компаний, уменьшить транспортные расходы и т.д. Следует отметить также, что использование таких смесей для приготовления буровых растворов позволяет получить более высокие дебеты отдачи пластов.

Смеси разработаны на основе биополимера марки К.К «РОБУС» (ТУ 9172-003-3594437001) для вскрытия продуктивных отложений, а также при капитальном и профилактическом ремонте скважин. Биополимер изготавливается из сырья естественного происхождения и не оказывает токсического действия на организм людей. Отличается низкими добавками и работает как в пресных, так и в сильно агрессивных растворах. В табл. 1 приведены его технические характеристики (однопроцентный раствор на пресной основе).

Технические характеристики полимер-

коллоидного бурового раствора (ПКР), разработанного на основе биополимера марки К. К «РОБУС» в сравнении с глинистым буровым раствором, приведены в табл. 2.

Более чем трехлетний опыт применения полимер-коллоидного раствора на Оренбургском нефтегазовом конденсатном месторождении и других месторождениях Российской Федерации позволяют констатировать:

Таблица 1

Техническая характеристика Показатель

рн 9,3

Плотность г/см3 1,0

Пластическая вязкость 15

Условная вязкость, сек 172

СНС дПа 32,4/33,6

Фильтрация, см3 4,0

Псевдопластичность 0,37

Консистенция 2,6

Номер п/п Наименование показателей, параметров, свойств Глинистый буровой раствор Полимер-коллоидный буровой раствор

1. Наличие твердой фазы 7-10% Отсутствует

2. Наличие коллоидной глинистой фазы 2,5-5,0% 0-2,5%(при бурении по глинам)

3. Стойкость к минеральной агрес-си по: №01 Са Mg До 7,0% 0,2% 0,2% До 5,0% До 5,0%

4. Стойкость к цементной агрессии До 1,0% До 10,0%

5. Стойкость к шламовой наработке: карбонатной глинистой До 30,0% До 15,0% До 51,0% До 37,0%

6. Стойкость к сероводородной агрессии До 1,0% До 4,5%

7. Термостойкость Определяется термостойкостью вводимых стабилизаторов

8. Ингибирующие свойства для неустойчивых глин, К 0,89 0,50

9. Коэффициент трения контактной пары «сталь-сталь» в среде раствора 0,1-0,15 0,03-0,08

10. Поверхностное натяжение 70 дн/см 63 дн/см

11. Коэффициент восстановления эффективности проницаемости при обратной циркуляции через образец 0,19-0,22 0,7-0,9

12. Рекомендуемый рН 8,0-9,0 Не регламентируется

13. Стоимость бурового раствора 1 м3 стабилизированного до фильтрации 2x10 м/30мин По договорной цене

14. Стойкость к бактериальному разложению пресного бурового раствора 11 сут. 30-60 сут.

15. То же минерализованного (КаС1), стабилизированного КМЦ 30 сут. 90 сут.

• сухая смесь ПКР обладает высокой смазывающей способностью;

• сухая смесь обеспечивает стабильность параметров раствора как во время бурения, так и во время его хранения;

• полимер - коллоидный раствор может успешно использоваться в разведочном и эксплуатационном бурении твердых пород, а так-

же глинистых сланцев, аргиллитов, гипсов, ангидритов и карбонатных пород;

• буровой раствор на основе сухой смеси ПКР работоспособен в температурном интервале от -20 0С до +35 0С;

• буровой раствор на основе сухой смеси ПКР по сравнению с другими растворами обладает следующими преимуществами:

- отсутствует твердая фаза;

- имеет повышенную стойкость к цементу и нейтрален к солям;

- легко регулируется по параметрам обычными химреагентами;

- имеет низкий коэффициент трения

(0,3-0,4);

- легко утяжеляется серийно выпускаемыми утяжелителями;

- способствует коэффициенту сохранения проницаемости пород, усиливаемых добавкой ПАВ;

- инертен к сероводороду вследствие отсутствия глинистой коллоидной фазы;

- фильтрат быстро проникает в породу;

- снижает отрицательное воздействие на пласт;

• Использование бурового раствора

ПКР позволяет:

- сократить сроки освоения месторождения с 7 до 1-2 суток;

- повысить показатели работы долот;

- уменьшить выход шлама;

- повысить ресурсы работы забойного двигателя на отказ;

- максимально укрепить стенки скважины;

- уменьшить приток твердой фазы;

- повысить экономические показатели при бурении всякого рода скважин.

Кроме того, при использовании бурового раствора ПКР отпадает необходимость в трудоемких и большеобъемных (до 100 м3) кислотных обработках скважин при их освоении, а также позволяет экономить расход раствора за счет его повторного использования при бурении других скважин. Расход бурового раствора ПКР более чем в три раза ниже по сравнению с другими растворами, а экономический эффект на бурение скважины глубиной 2012 м на Оренбургском нефтегазовом конденсатном месторождении составил 1429 тыс. руб.

Для ликвидации водопроявлений, глушения скважин, кольмотации продуктивных пластов нефти и газа и ликвидации межколонных перетоков ЗАО разработаны высокоэффективные технологические жидкости. Они представляют собой двухкомпонентную смесь высокомолекулярных полимеров, быстро растворимых в воде. Промышленно изготавливается четыре вида технологических жидкостей:

Робус -К - для кольмотации продуктивных пластов;

Робус -В - для ликвидации водопроявле-ний (не реагирует на кислотную обработку);

Робус -Г - для глушения скважин (вымывается водой и реагирует на кислотную обработку);

Робус -М - для ликвидации межколонных перетоков.

Поставка реагентов потребителям осуществляется в полипропиленовых мешках, в которых находятся два пакета: основной - полимерная составляющая и малый пакет - сшиватель. Технология приготовления рабочих жидкостей сводится к получению однородной консистенции из основного пакета и ввод в нее сшивателя из малого пакета. В зависимости от марки реагента количество сшивателя может быть различным. Поставки во всех случаях сопровождаются техническим регламентом на применение реагентов и приготовление жидкости.

Разработанные технологические жидкости успешно используются на Оренбургском нефтегазовом конденсатном месторождении. Уместно заметить здесь, что существовавшая ранее технология, например, ликвидации поступления пластовой воды в эксплуатационные скважины методом цементных мостов имеет ряд существенных недостатков. Главные из них:

- цементный раствор практически не фильтруется в призабойную зону пласта из-за специфических реологических свойств цементной суспензии, что не позволяет получить достаточно протяженный изоляционный экран по радиусу дренирования скважины;

- из-за достаточно продолжительных сроков схватывания цемента при взаимодействии с пластовой водой цементный камень получается низкого качества в связи с изменением водоцементного отношения и наличия ионов магния в пластовой воде.

Новая технология водоизоляционных работ, созданная ЗАО «РОБУС», предусматривает установку водоизолирующего экрана как в стволе скважины, так и непосредственно в проницаемой зоне пласта, являющейся каналом водопритока. Эта технология обеспечивает повышение эффективности изоляционных работ за счет избирательной (селективной) способности состава при контакте с нефтью и пластовой водой, повышенных фильтрационных характеристик неотвержденного состава и высоких прочностных свойств получаемого изолирующего экрана, исключает коррозионное воздействие закачиваемых материалов на подземное оборудование из-за отсутствия в рабочих ком-

позициях коррозионно агрессивных компонентов.

Механизм блокирования водопритоков прост и надежен. ?еагент «?обус -В», попадая в проницаемый интервал (трещину) пласта при контакте с пластовой водой полимеризуется, его вязкость резко возрастает и проникающая способность в этом направлении снижается, в результате реакции объем материала увеличивается. С увеличением объема материала перераспределяются фильтрационные потоки по контуру фильтрации. Получается замкнутый изоляционный экран.

Потенциальная опасность межколонных давлений связана в первую очередь с проникновением пластового флюида за пределы обсадной колонны, с насыщением водоносных горизонтов, выходящих на дневную поверхность, и с образованием техногенных залежей. Проведенными исследованиями и работами по ликвидации межколонных проявлений позволили установить основные пути, по которым пластовый флюид проникает в межколонное пространство скважин. Такими путями являются:

- не герметичность колонных головок;

- пропуски в резьбовых соединениях, обусловленные не достижением регламентированного крутящего момента при свинчивании обсадных труб;

- наличие каналов в зацементированном пространстве, связанное с нарушением технологии цементирования, термобарическими воздействиями на колонну при опрессовке, перфорации, освоении и эксплуатации скважин и т. д.

Технология ликвидации межколонных давлений с использованием реагента «?обус - М» включает:

- при наличии в зацементированном пространстве проницаемых каналов -закачку изоляционного материала в межколонное пространство;

- при не герметичности в эксплуатационной колонне (пропуски резьбовых соединений, нарушение целостности трубы и т.п.) -прокачку изоляционного материала через выделенные не герметичности в цементное кольцо с последующей опрессовкой колонны;

- в случае цементирования эксплуатационной колонны до устья - вытеснение методом «гравитации» находящейся в межколон-ном пространстве жидкости до изолирующего реагента «?обус - М»:

В ряде случаев в кровле продуктивных отложений встречаются газоносные пропластки, которые необходимо перекрывать обсадной колонной. Разработанный ЗАО «РОБУС» реагент кольматант «Робус - К» позволяет успешно провести кольматацию газоносного интервала без изоляции газоносного участка обсадной колонной.

Для проведения капитального ремонта скважин, а также при зарезке боковых стволов необходимо проводить «задавку» скважин. Операция эта и трудоемка и сложна. Существующая практика «задавки» скважин рассолом или полимер - коллоидным раствором характеризуется большими объемами закачиваемых жидкостей, достигающие порой 150-200 м3. Разработанная ЗАО «РОБУС» специальная жидкость для глушения скважин «Робус - Г» позволяет значительно сократить затраты и время глушения скважины и характеризуется малыми объемами закачиваемой жидкости - всего 9-12 м3.

При этом важно отметить, что вся продукция, выпускаемая ЗАО «РоБус», имеет гигиенический сертификат и паспорт безопасности, согласованный с Госгорэпиднадзором Российской Федерации. Имеются инструкции по приготовлению и применению всех видов смесей, растворов и жидкостей, а также производится обучение специалистов по использованию продукции. Работы по совершенствованию и разработке смесей и растворов продолжаются. Успешно прошли промышленные испытания разработанных ЗАО «РоБус» низкоплотные растворы (плотностью менее 1 г/см3).

Высокая эффективность и технологичность, малый расход, дешевизна и экологичность новых растворов и жидкостей по сравнению, например, с полиуретановыми смолами [2] позволяют надеяться на их применении при добыче других полезных ископаемых как открытым, так и подземным способами. Растворы соответствующих консистенций и жидкости могут быть успешно использованы в следующих работах:

1. Закрепление стенок горных выработок.

2. Упрочнение массива горных пород, в том числе водонасыщенных (алевролитов, аргиллитов, песков и др.).

3. Противооползневые работы.

4. Укрепление бортов карьеров и откосов отвалов.

5. Полная и частичная закладка вырабо- эксперименты. Сухие смеси для этих целей

тайного пространства и т.д. имеются.

Для составления технических заданий заказчиков необходимы лишь соответствующие

------------------------------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Титов Г.Н., Титов Ю.Н., Жуков Г.П. Новые буро- 2. Герасимов ВМ., Синельников В.В., Златицкий

вые растворы и технологии их применения. / Бурение и А.Н. Совместное Российско-Германское предприятие

нефть, 2004, № 7-8. -С. 30-33. Карбо-Цак. Проспект.

— Коротко об авторах ----------------------------------------------------

Смирнов С.П. - кандидат технических наук, зам. генерального директора ВНИМИ, Жуков Г.П. - кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник ВНИМИ, Титов Ю.Н. - инженер, генеральный директор ЗАО НПО «Промсервис»,

Титов Г.Н. - инженер, генеральный директор ЗАО «РоБус», г. Санкт-Петербург.

----------------------------------- © Ю.В. Посыльный, Е.А. Тетерин,

2005

УДК 622.834.1

Ю.В. Посыльный, Е.А. Тетерин

ПОКАЗАТЕЛЬ ПОДРАБАТЫВАЕМОЙ ТОЛЩИ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ПРОЦЕССА СДВИЖЕНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Семинар № 1

ТЪ работе приводится методика выбора .О математического выражения показателя толщи горных пород, который предполагается использовать в расчете сдвижений и деформаций земной поверхности с применением типовых кривых.

Существующий метод расчета сдвижений и деформаций земной поверхности, основанный на типовых кривых и изложенный в правилах охраны [1], не учитывает характеристики подрабатываемой толщи горных пород. Рекомен-

дуемые параметры процесса сдвижения относятся к определенным регионам, для которых установлены усредненные распределения оседаний, средние значения граничных углов и других параметров процесса сдвижения.

Шахтинский угольный район относится к Восточному Донбассу, для которого в правилах охраны (табл. 1) приводятся распределения оседаний земной поверхности в зависимости от коэффициента подработанности