• Виктор
  • Статьи
  • 7 мин. чтения

Снижение энергоемкости строительства скважин путем применения растворов с улучшенными триботехническими характеристиками

При строительстве наклонно-направленных скважин на пространственно-искривленных участках ствола имеют место большие контактные нагрузки и огромные сопротивления движению бурильной колонны при подъеме. Одно из направлений повышения энергооэффективности бурения таких скважин – снижение трения на границах «металл – металл», «металл – горная порода» и «металл – фильтрационная корка», обеспечить которое можно при использовании буровых растворов с улучшенными триботехническими характеристиками.






Потребление энергии является серьёзным фактором, оказывающим влияние на эксплуатационные расходы на бурение, поскольку на него приходится от 10 до 30% эксплуатационных расходов, поэтому снижение энергозатрат является актуальным направлением исследований и разработок. Особенно это важно при освоении и разработке крупных месторождений, особенно – с трудноизвлекаемыми запасами, к которым относятся проекты бурения скважин с большими отходами от вертикали, в том числе на шельфе Арктики.

При строительстве наклонно направленных скважин, в том числе с горизонтальным окончанием, является одним из направлений повышения нефтеотдачи пласта за счет увеличения зоны дренирования. Данная проблема особенно остро встаёт при бурении с использованием роторных управляемых систем (РУС). Применение РУС подразумевает вращение бурильной колонны по всей её длине, что повышает износ бурового инструмента. А применение смазывающих агентов значительно повышает технико-экономические характеристики данных систем [1-3, 6, 7].

Помимо этого трудности, обусловленные большим крутящим моментом и силами натяжения, также наблюдаются в подобных скважинах. Бурильная колонна лежит на нижней стенке скважины и имеет большую площадь контакта с породой и обсадной колонной. В таких условиях значительно возрастают силы трения между контактирующими поверхностями. Большое трение инструмента о стенки скважины и (или) обсадной колонны приводит к увеличению вероятности возникновения различных осложнений (прихваты колонны обвалившимися породами, заклинивание колонны в желобной выработке, дифференциальные прихваты) обуславливает повышенный износ бурового оборудования [1, 2, 8].

Для снижения силы трения между бурильной колонной и стенкой скважины в настоящее время чаще всего применяют буровые растворы с улучшенными смазочными свойствами. Улучшение смазочных (триботехнических) свойств буровых растворов, как правило, достигается путем введения в них специальных смазочных добавок [3, 7].

Состав и свойства промывочных жидкостей способны обеспечить более успешный процесс бурения скважин, так, например, при снижении коэффициента трения с 0,34 до 0,2, при зенитных углах от 30 до 90° обеспечивается снижение энергозатрат на трение бурильной колонны об обсадную от 7 до 40%.

Снизить энергоёмкость процесса бурения можно различными способами, так например:

  1. Использование попутного нефтяного газа (ПНГ) для повышения энергоэффективности процессов добычи и подготовки нефти. Позволяет решить две задачи: использовать ПНГ для производства электроэнергии; обеспечить экономию электроэнергии. [4]

  2. Снижение количества затрачиваемых реагентов за счет совершенствования технологий бурения скважин и очистки буровых растворов (снижение энергозатрат на транспорт и хранение материалов для буровых растворов, вывоз и утилизацию отходов бурения)

  3. Снижение трения бурильной колонны о стенки скважины и обсадной колонны за счет использования современных эффективных составов растворов.

Третий путь является минимально затратным с точки зрения проведения исследований и разработок, а также внедрения в производственный процесс, при этом одними из наиболее простых путей являются:

  • использование растворов на углеводородной основе [5];

  • введение смазывающих добавок [2, 36]

Методология

Исследования, проведенные на кафедре бурения скважин показали, что включение в состав промывочных жидкостей смазывающих добавок или замена раствора на углеводородный может привести к снижению коэффициента трения на 35-75%, что приведет к минимизации количества осложнений, связанных с износом труб, уменьшению крутящего момента при вращении колонны, а также увеличению срока службы бурильных и обсадных труб [1, 2].

Методика исследования смазывающей способности раствора складывается из нескольких этапов:

  1. приготовление водного и глинистого (плотностью 1,03 г/см3) растворов (концентрация добавки 1%);

  2. оценка качества приготовления;

  3. определение коэффициента трения на приборе КТК-2;

  4. замер реологических параметров на приборе Fann 35SA;

  5. фильтрация раствора на приборе ВМ-6 для оценки pH фильтрата на приборе Crison GLP 21 и коэффициента трения на границе «металл – глинистая корка» на приборе Fann EP/Lubricity Tester Model 212.

Для оценки оптимальной концентрации вводимых добавок – тот же комплекс исследований с разными концентрациями.

Лабораторные исследования и обсуждение результатов

В настоящее время на рынке представлен значительный ассортимент смазывающих добавок, большинство из которых – зарубежные, поэтому актуальны и экономически целесообразны разработка и исследование новых эффективных реагентов.

Авторами проведено исследование смазочных добавок к буровым растворам (таблица 1).

Таблица 1 – Смазочные добавки к буровым растворам

Реагент

Описание

Особенности приготовления

pH фильтрата раствора

Lubristeel

темно-коричневого цвета со специфическим запахом

Хорошо взаимодействует с водой, раствор приобретает темно-коричневый оттенок. Со временем, на поверхности выделяется маслянистая пленка.

8,83

FRW A

Однородная жидкость темно-коричневого цвета запах специфический

Удовлетворительная диспергируемость, наблюдается осадок на стенках оборудования, иногда образуются частицы крупной фракции. Появляется пленка на поверхности воды.

9,06

FRW B

9,75

FRW

9,61

Lubrital

Однородная жидкость темно-коричневого цвета запах специфический

Хорошо растворяется, равномерная масса, сохраняет устойчивость со временем, почти без выделений осадка.

9,3

PolyMudLiquid

Беловато-мутная гомогенная жидкость

Хорошо взаимодействует с водой, раствор приобретает вязкую (как кисель) структуру с беловатым оттенком. Однородный.

9,57

ASP 820

9,54

Проведено исследование водных и глинистых (на основе бентонита ПБМА плотностью 1,03 г/см3) растворов с концентрацией добавок 1 % (PolyMudLiquid и ASP 820 – концентрацией 0,1 %, так как при концентрации добавки 1 % образуются вязкоупругие составы, определить коэффициент трения и реологические свойства которых не представляется возможным). В таблице приведены характеристики получаемых водных растворов и pH фильтрата глинистых растворов (при pH фильтрата чистого глинистого раствора 9,46).

На рис. 1 показаны результаты исследования смазочной способности, основанной на определении коэффициента трения пары металл – металл в жидкой среде, характеризующей вращение колонны бурильных труб в обсаженном участке ствола скважины, и пары металл – глинистая корка, характеризующей «прилипание» колонны бурильных труб к глинистой корке на стенке скважины.


Рисунок 1 – Коэффициент трения в растворах со смазывающими добавками


Исходя из практики бурения скважин наиболее рационально применение добавок к буровым растворам, позволяющих поддерживать коэффициент трения пары металл – металл в пределах до 0,18–0,20 [7, 8]. Из рис. 1 видно, что смазывающая способность реагента FRW различных модификаций находится в тех же пределах, что и смазывающая способность других применяемых в настоящее время добавок. Глинистые растворы с добавками 0,1 % PolyMudLiquid и ASP 820 обусловливают повышенные значения коэффициента трения пары металл – металл за счет более высокой вязкости получаемого состава, поскольку эти добавки являются комплексными и влияют не только на смазывающие свойства, но и на вязкость раствора.

На рисунке 2 приведён результат замеров вязкости глинистых растворов со смазывающими добавками. На рисунках 3-4 представлены результаты расчета значений пластической вязкости и динамического напряжения сдвига соответственно.


Рисунок 2 – Нормальная вязкость глинистых растворов со смазывающими добавками в момент приготовления



Рисунок 3 – Пластическая вязкость глинистых растворов со смазывающими добавками



Рисунок 4 – Динамическое напряжение сдвига глинистых растворов со смазывающими добавками


Видно, что добавки PolyMudLiquid и, особенно, ASP 820 значительно увеличивают показания пластической вязкости, а последняя – и динамического напряжения сдвига. Увеличение этих показателей приводит к росту гидравлических сопротивлений, что оказывает негативное влияние на гидродинамику процесса бурения скважины.

Рисунок 5 показывает влияние концентрации смазывающих добавок группы FRW на коэффициент трения пары «металл-металл». Видно, что эти добавки позволяют снизить коэффициент трения до 0,12 при концентрации в пределах 1,5-2%, что соответствует относительному снижению коэффициента трения по сравнению с необработанным глинистым раствором на 75%.

Рисунок 5 – Коэффициент трения пары «металл-металл» в глинистом растворе с различной концентрацией FRW


На рисунке 6 представлена зависимость снижения коэффициента трения глинистой корки раствора, обработанного реагентом FRW, и его относительное снижение по сравнению с необработанным раствором. Коэффициент трения корки обработанного глинистого раствора варьируется в пределах 0,1-0,06, при этом относительное снижение коэффициента трения достигает 37%. При увеличении концентрации смазывающей добавки более 2% снижение коэффициента трения корки затухает, что характеризуется уменьшением угла наклона кривой.

На основе анализа полученных данных смазывающая добавка FRW различных модификаций показала результаты, сопоставимые с применяемыми в настоящее время реагентами: снижение коэффициента трения пары «металл – металл» в глинистом растворе составило 70-75%, в водном растворе 70%.

Рисунок 6 – Влияние концентрации смазывающей добавки FRW на коэффициент трения глинистой корки


Выводы и рекомендации

Дальнейшие исследования направлены на оценку смазывающей способности сред на границе трения «металл – горная пород» на образцах кернового материала.

На основе анализа полученных данных смазывающая добавка FRW различных модификаций показала результаты, сопоставимые с применяемыми в настоящее время реагентами: снижение коэффициента трения пары «металл – металл» в глинистом растворе составило 70-75%, в водном растворе 70%.

Тестирование большого количества смазывающих добавок в условиях глинисто-полимерного и безглинистого полимерного буровых растворов показало, что смазочные добавки могут являться активными компонентами раствора, т.е могут заметно влиять на структурно-механические и реологические (в т.ч. тиксотропные) свойства буровых растворов, а также на водоотдачу, что объясняется их адсорбцией на поверхности твердых частиц в растворе. Основной акцент при сопоставлении образцов сделан на первичные свойства – смазывающую способность. Смазочные добавки являются необходимым компонентом промывочного раствора для бурения глубоких и горизонтальных скважин.

Литература

  1. Закиров А.Я. Разработка составов промывочных жидкостей с высокой смазывающей способностью для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин: дисс. … канд. техн. наук. Санкт-Петербург: СПГГУ, 2012.

  2. Мелехин А.А., Чернышов С.Е., Блинов П.А., Нуцкова М.В. Исследование смазывающих добавок к буровым растворам для снижения коэффициента трения при строительстве скважин роторными управляемыми системами // Нефтяное хозяйство. – 2016. – № 10. – С. 52-55.

  3. Мойса Ю.Н., Фролова Н.В., Бармотин К.С. Современные тенденции развития смазочных добавок в бурении. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2007. – № 3. – С. 10–14.

  4. Моренов В.А. Применение попутного нефтяного газа в качестве энергоносителя// Научно-технические ведомости СПбГПУ, 2012. № 154 (2). С. 61-65

  5. Нуцкова М.В., Сидоров Д.А., Тсикплону Д.Э., Сергеев Г.М., Васильев Н.И. Исследования буровых растворов на углеводородной основе для первичного вскрытия продуктивных пластов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. – 2019. – Т. 19. – № 2. – С. 138-149.

  6. Паньков И.Л., Морозов И.А. Изучение влияния коэффициента трения на механические показатели соляных пород при сжатии образцов различной высоты//Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. – 2013. – № 7. – С. 57–67.

  7. Рязанов Я.А. Энциклопедия по буровым растворам. Оренбург: Летопись, 2005. – 664 с.

  8. Шерстнев Н.М., Расидзе Я.М., Ширинзаде С.А. Предупреждение и ликвидация осложнений в бурении. – М.: Недра, 1979. – 304 с.

Keywords: drilling wells, drilling fluids, energy efficiency



Source: https://oaoo.ru/ptps/snijenie-energoemkosti-stroitelstva-skvajin-pytem-primeneniia-rastvorov-s-ylychshennymi-tribotehnicheskimi-harakteristikami.html

Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
guest

Продукт для эффективной фильтрации

Снижение финансовых потерь, вызванных простоем скважины и заменой или ремонтом оборудования, обеспечивающего добычу нефти, невозможно без эффективной фильтрации...

Технологии ГРП ачимовских отложений Уренгойского НГКМ. Сравнительный анализ подходов

УДК: 622.279.6 В данной работе проведен сравнительный анализ подходов по проведению ГРП на ачимовских отложениях Уренгойского месторождения с...

Бурение в Арктике

В конце сентября 2016 г. в режиме телемоста В. Путин дал старт крупнейшему арктическому проекту – промышленной эксплуатации...

Интенсификация добычи высоковязкой нефти

УДК: 622.276 Ввод в разработку залежей высоковязкой нефти и обеспечение рентабельных уровней добычи является актуальной задачей для нефтегазодобывающих...

Цемент особого назначения

ТАМПОНАЖНЫЕ СМЕСИ КОМПАНИИ «ВОСТОКЦЕМЕНТ» Нефтегазовая промышленность – ведущая отрасль российской экономики, и ее развитие – приоритетная задача. «Востокцемент»...

Механизм образования солей в проточных каналах центробежного насоса при откачке многофазных сред

УДК: 622.248 Приводится анализ причин и последствий процесса солеотложения на элементах добывающей системы месторождений нефти и газа. На...

Новый рекорд по скорости бурения скважин установили сотрудники Нефтеюганского филиала ССК

УДК: 622.24 19 марта 2021 года команда эксплуатационного бурения «Орехи» под руководством бурового мастера Александра Дударя установила рекорд...

В АЛРОСА введен современный комплекс для исследования алмазоносных руд

 © ysia.ru 24 апреля в Мирном состоялась торжественная церемония открытия единого обогатительного комплекса Вилюйской геологоразведочной экспедиции АЛРОСА. Инвестиции в проект составили...

Горно-металлургический комбинат «Удокан» выпустил первый медный концентрат

 © cdnstatic.rg.ru В Забайкальском крае 11 сентября запущено оборудование обогатительной фабрики горно-металлургического комбината «Удокан». В результате на предприятии получили первый медный концентрат....

Нефтесервис по «Плану А»

УДК: 622.24 Решение ОПЕК+ по сокращению добычи и санкции серьезно повлияли на нефтегазовый комплекс России. С какими сложностями...

Возможности для роста: где их находят нефтесервисные компании

Эффективность нефтедобычи, особенно на месторождениях с трудноизвлекаемыми запасами и находящихся в сложных горно-геологических условиях, во многом определяется своевременной...

Термоизолированные трубы для увеличения нефтеотдачи

УДК: 622.276 В статье представлена новая термошахтная технология для повышения эффективности вовлечения запасов высоковязкой нефти, сосредоточенной в сложных...

Механизированная добыча нефти: новые вызовы – новые решения

УДК: 622.276 Весной этого года Экспертный совет по механизированной добыче нефти и Центр профессионального развития при поддержке Союза...

Развитие потенциала молодых специалистов – одно из приоритетных направлений работы с персоналом в Сибирской Сервисной Компании

УДК: 622.06 Молодые специалисты ССК принимают участие в научно-технических конференциях, которые традиционно проходят в два этапа. Первый –...

Горно-обогатительный комбинат на месторождении «Тэутэджак» запустили на Колыме

 © primamediamts.servicecdn.ru Магадан. 16 мая. ИНТЕРФАКС — ООО «Рудник Тэутэджак» (входит в концерн «Арбат») приступило к добыче и переработке драгметаллов на одноименном месторождении в Магаданской области....

Блокирование техногенных трещин

Целью работы является моделирование блокирования техногенных трещин (трещин авто ГРП) с использованием водонабухающих гранулированных гелей. Целью работы является...

«Распадская» запустила лаву с 1,2 млн т коксующегося угля

 © metalinfo.ru Добычной участок шахты «Осинниковская» Распадской угольной компании (РУК) приступил к работе в новой лаве 1-1-5-8 бис. Запасы угля составляют...

«Полиметалл» за год увеличил производство золота на 10%

 © gold.1prime.ru Вторая по добыче золота компания в России АО «Полиметалл» сообщила об увеличении производства золота до 31,3 тонны (+10% к 2022 году). В течение 2023...

В Красноярском крае начинается бурение Байкаловского месторождения

Крупнейшее нефтедобывающее предприятие Красноярского края, «РН-Ванкор», приступает к бурению на Байкаловском месторождении проекта «Восток Ойл». На данный момент на кустовой площадке № 4...

«РН-Юганскнефтегаз» в 2,5 раза увеличил дебит горизонтальной скважины благодаря технологии «фишбон»

Компания «РН-Юганскнефтегаз», крупнейшее добывающее предприятие НК «Роснефть», в 2,5 раза увеличила дебит горизонтальной скважины.  © www.rosneft.ru Высокие показатели достигнуты благодаря применению...