• 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

Умные композиции для увеличения нефтеотдачи. Наноструктурированные нефтевытесняющие композиции пролонгированного действия

УДК: 622.276.6 В статье приводятся результаты лабораторных исследований, промысловых испытаний и промышленного использования технологий увеличения нефтеотдачи с применением...

Методы ВПГ на керогеносодержащих пластах

УДК: 532.546 В данной работе описана математическая модель, позволяющая моделировать процесс ВПГ, применяемый на пластах, содержащих кероген. Путем...

На чукотском месторождении Совиное подтверждены разведанные запасы в 100 тонн золота

В конце декабря прошлого года Государственная комиссия по запасам твердых полезных ископаемых Федерального агентства по недропользованию утвердила заключение по подсчету запасов золоторудного...

Бурить скважины безопасно и качественно

Сразу две высшие награды вручены буровому мастеру Нефтеюганского филиала АО «Сибирская Сервисная Компания» Александру Дударю в окружном ежегодном...

Возрождая страну. «Русолово»

К 2010 году оловянная промышленность в стране была окончательно разгромлена. Все 9 могучих оловодобывающих ГОКов Советского Союза, дававшие 18 тыс....

Новые шары производства Северстали позволяют сократить расход мелющих тел на 11%

 © metalinfo.ru «Северсталь» представила новый продукт — шары пятой группы твёрдости. Данный тип мелющих тел обладает твёрдостью поверхности 56 — 61...

Ремонт скважин: конкурентоспособный сервис

С момента основания АО «ССК» работы по ремонту скважин осуществлялись Нефтеюганским филиалом компании. В 2017 году филиал «Ремонт...

Нефтеюганский филиал АО «ССК» достиг высоких показателей на проекте ООО «Газпромнефть-Хантос»

УДК: 622.24 «Оценка эффективности деятельности контрагента» ООО «Газпромнефть-Хантос» по итогам второго квартала 2021 года показала для коллектива Нефтеюганского...

Расчет показателей разработки слоисто-неоднородного пласта полимерным заводнением на основе модели линейного вытеснения

УДК: 622.276; 004 Полимерное заводнение широко применяется в неоднородном пласте для выравнивания профиля приемистости. В данной работе рассчитаны...

«РН-Уватнефтегаз» запустил в промышленную эксплуатацию Северо-Немчиновское месторождение

 © www.rosneft.ru Компания «РН-Уватнефтегаз» (входит в нефтедобывающий комплекс НК «Роснефть») запустила в промышленную эксплуатацию Северо-Немчиновское месторождение Уватского проекта. Дебит первой эксплуатационной скважины...

Принципы диагностирования ресурсного обеспечения в процессе строительства и ремонта объектов добычи и транспорта углеводородов

УДК: 620+656(075.8) В статье дается определение подвижности мобильных наземных машин и технологических комплексов. Она рассматривается как интегральная характеристика...

Гайский ГОК запустил в тестовом режиме шахту «Скиповая»

 © metalinfo.ru Гайский горно-обогатительный комбинат (ГОК) запустил после реконструкцию шахту «Скиповая» в Оренбургской области. Промышленный объект предназначен для добычи медной...

Под покрытием: антикоррозионная защита для нефтегазового комплекса

Проблема эффективной антикоррозионной защиты является очень актуальной для современных предприятий нефтегазового комплекса.   Фирма  «Индустриальные покрытия»  предлагает широкий ассортимент ЛКМ, позволяющий...

Глобальный рост или локальная подстройка? Какие пути выбирают российские нефтесервисные компании в новых условиях

Для российского нефтесервиса настали золотые времена? Формально это действительно так, глобальные конкуренты покинули рынок, а заказчики и проекты...

Классификация МНГС по функциональному назначению верхнего строения

УДК: 629.563 В статье приводится анализ существующих классификаций морских нефтегазопромысловых сооружений, определяются основные направления для совершенствования. На основании...

Расширяя сервисные компетенции

УДК: 622.276.05 В мае 2023 года ТМК Нефтегазсервис (ТМК НГС), входящей в ТМК, исполнилось 15 лет. Все эти...

Легендарный генератор

УДК: 539.152; 550.839 В этом году исполнилось 55 лет с первого полевого испытания легендарного прибора ТНГ-Групп — генератора...

Оптимизация добычи Кустовая сепарация скважиной продукции и утилизации попутно добываемой воды

УДК: 622.276 Внедрение энергоэффективных технологий, обеспечивающих сокращение капитальных и операционных затрат в процессе добычи нефти, газа и воды,...

Минишахты

УДК: 622.276 В статье описаны технические требования, которыми должна обладать конструкция подземных скважин, для обеспечения запланированных технологических показателей....

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....