Методы и средства регулирования свойств буровых промывочных жидкостей

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 6Следующая ⇒

Методы регулирования свойств БПЖ. Важнейшей инженерной задачей при строительстве нефтегазовых скважин является регулирование свойств БПЖ, поддержание их агрегативной и кинетической устойчивости в различных условиях бурения. Рост объемной температуры и давления промывочной жидкости с увеличением глубины скважины, поступление в нее солей и шлама приводят к дестабилизации раствора, сопровождающейся, прежде всего, повышением вязкости и показателя фильтрации. Эти два критерия стабилизации и являются предметом повышенного внимания специалистов по бурению скважин. Поскольку формы и причины дестабилизации БПЖ могут быть разнообразны, то и методы ее предупреждения достаточно разнообразны, но в общем виде они сводятся к трем:

1) снижение концентрации поступивших в раствор в процессе бурения частиц твердой фазы и ионов солей – метод разбавления, очистка;

2) повышение концентрации частиц дисперсной фазы – метод загущения;

3) воздействие на свойства дисперсионной среды, дисперсной фазы и на характер их взаимодействия между собой средствами реагентной обработки – метод химической обработки.

Метод химической обработки является основным в регулировании свойств БПЖ.

Химобработка и ее задачи. Химическая обработка БПЖ в современной буровой технологии решает следующие самостоятельные задачи:

1) стабилизация и регулирование параметров стабилизации;

2) структурообразование и регулирование показателей структурно-механических свойств;

3) ингибирование и гидрофобизация;

4) улучшение смазочной способности и регулирование показателей антифрикционных, противоизносных и противозадирных свойств;

5) регулирование специальных свойств, таких как пенообразующих и пеногасящих, эмульгирующих и деэмульгирующих, антикоррозионных, кольматационных, поверхностно-активных, антисероводородных, комплексообразующих, термостойких и др. Для решения указанных задач химические реагенты должны отвечать следующим основным группам требований.

1. Экологическая и промышленная безопасность:

1) не загрязнять почву, воду, атмосферу непосредственно или в результате взаимодействия с окружающей средой;

2) не наносить вреда растительному и животному миру, в том числе человеку;

3) не накапливаться в природе, быть биоразлагаемыми.

2. Технико-технологические требования:

1) эффективно выполнять целевое назначение;

2) технологичность применения, т.е. легкость обслуживания, хранения, совместимость с исходным раствором и другими реагентами;

3) минимальный расход;

4) термо- и морозостойкость;

5) солестойкость;

6) общее облагораживающее действие на промывочную жидкость.

3. Технико-экономические требования:

1) невысокая стоимость;

2) доступность;

3) длительные сроки хранения и стабильность свойств;

4) минимальные адсорбционные потери.

Классификация химических реагентов. Классификационные признаки. Строительство современных нефтегазовых скважин характеризуется ростом объемов бурения стволов сложного профиля, с дальними отходами от вертикали, с проводкой горизонтальных участков в продуктивных пластах. Для управления свойствами БПЖ созданы сотни химических реагентов различного целевого назначения. Рынок химических реагентов в России в настоящее время представлен примерно на 70% продукцией отечественного производства и на 30% продукцией зарубежных фирм.

Существуют различные классификации химических реагентов, призванные облегчить выбор их для конкретных условий бурения. Рассмотрим классификацию реагентов, выполненную на основе следующих наиболее распространенных признаков:

1. Химический состав и строение молекул;

2. Солестойкость;

3. Термостойкость;

4. Назначение.

По химическому составу и строению молекул выделяют четыре группы реагентов:

1. Неорганические низкомолекулярные – вспомогательное назначение.

2. Органические высокомолекулярные с глобулярной формой макромолекул – понизители вязкости;

3. Органические высокомолекулярные с волокнистой (цепеобразной) формой макромолекул – понизители фильтрации;

4. Органические низкомолекулярные – ПАВ, спирты, кислоты и их соли, простые и сложные эфиры.

По солестойкости выделяют четыре группы реагентов:

1) солестойкие при содержании NaCl до 3%; 2) солестойкие при содержании NaCl от 3 до 10%; 3) солестойкие при содержании NaCl более 10% вплоть до насыщения; 4) солестойкие к солям жесткости (Ca²⁺ и Mg²⁺).

По термостойкости выделяют три группы реагентов:

1) термостойкие при температуре до 130 °С; 2) термостойкие при температуре 130 – 160 °С; 3) термостойкие при температуре выше 160 °С.

По назначению выделяют следующие группы реагентов:

1) понизители фильтрации; 2) регуляторы вязкости; 3) структурообразователи; 4) смазочные добавки; 5) ингибиторы; 6) гидрофобизаторы; 7) специального назначения: пенообразователи; пеногасители; эмульгаторы; деэмульгаторы; ингибиторы коррозии; антисероводородные добавки; бактерициды; связывающие Ca²⁺ и Mg²⁺; поставляющие Ca²⁺, K⁺, Al³⁺; повышающие термостойкость; улучшающие проницаемость коллекторов; улучшающие буримость горных пород; комплексообразователи; флокулянты; коагулянты; наполнители; утяжелители.

Следует отметить некоторую условность разделения реагентов, поскольку многие из них многофункциональны и могут соответствовать одновременно нескольким признакам, группам.

Неорганические низкомолекулярные реагенты. Реагенты этой группы, как правило, многофункциональны, относительно недороги и достаточно широко распространены в связи с тем, что с их помощью в комплексе с реагентами других групп можно решать многие вопросы регулирования свойств БПЖ. Поэтому часто их относят к группе реагентов вспомогательного назначения.

В целом неорганические низкомолекулярные реагенты делят на четыре подгруппы:

1) щелочные: гидроокиси калия (KOH), натрия (NaOH) и кальция (Ca(OH)₂); карбонаты натрия(Na₂CO₃) и калия(K₂CO₃), гидрокарбонат натрия (NaHCO₃) – их часто называют кальцинированная сода, поташ и питьевая (пищевая) сода соответственно.

2) природные водорастворимые и практически нерастворимые соли: галит (NaCl), сильвин (KCl), бишофит (MgCl₂·6H₂0), карналлит (KMgCl₃·6H₂0), ангидрит, мел, известняк, доломит, барит и др. Используются в основном при получении минерализованных растворов для предупреждения кавернообразования в соленосных породах в разрезах скважин, для утяжеления растворов.

3) ионные ингибиторы – реагенты, поставляющие в промывочные жидкости катионы K, Ca²⁺, Al³⁺, Si⁴⁺, Cr⁶⁺: хлористый калий и содержащие его отходы промышленности типа хлор-калий электролит (ХКЭ), шламо-электролитная смесь (ШЭС) и МИН-1; кальцийсодержащие реагенты типа гашеной извести, гипса, ангидрита, алебастра, хлористого кальция; алюмокалиевые квасцы (K₂SO₄· Al₂(SO₄)₃), сернокислый алюминий (Al₂(SO₄)₃), алюминат натрия (NaAlO₂); силикаты натрия (Na₂SiO₃) и калия (Na₂SiO₃), хроматы и бихроматы калия и натрия.

4) полимероподобные неорганические реагенты. К ним относятся конденсированные фосфаты ( полифосфаты ), полисиликаты и полихроматы.

Полифосфаты являются хорошими понизителями вязкости БПЖ, однако их термостойкость не превышает 90 – 100 °С. Другое назначение полифосфатов обусловлено их способностью связывать поливалентные катионы солей.

Полисиликаты в буровой технологии представлены метилсиликатом натрия (жидкое стекло) и боросиликатом. Последний хорошо себя зарекомендовал как понизитель вязкости глинистых и полимерглинистых растворов. Жидкое стекло в БПЖ применяется совместно с другими реагентами и улучшает термостойкость карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ), способствует структурообразованию в глинистых и безглинистых промывочных жидкостях и, главное, проявляет ингибирующий эффект при одновременном снижении вязкости раствора при условии недопущения избытка реагента (0, 5 – 1%).

Полихроматы представлены хроматами и бихроматами натрия и калия и являются соответствующими солями хромовой и бихромовой кислоты, являются токсичными, относятся к веществам первого класса опасности. Хроматы (Na₂CrO₄, K₂CrO₄) и бихроматы (Na₂Cr₂O₇, K₂Cr₂O₇) являются сильными окислителями, могут ускорять термоокислительную деструкцию КМЦ и ее производных. Поэтому при использовании последних для стабилизации промывочных жидкостей содержание хроматов должно быть не более сотых долей процента.

Полихроматы предназначены для повышения стабилизирующей способности защитных коллоидов, снижения рН, вязкости и повышения термостойкости промывочных растворов.

Органические высокомолекулярные реагенты с глобулярной формой макромолекул. Группу высокомолекулярных органических реагентов с глобулярной формой макромолекул делят на следующие подгруппы:

1) реагенты на основе гуматов; 2) реагенты на основе фенолов; 3) реагенты на основе лигнина.

Реагенты на основе гуматов. Применяются, в основном, углещелочной (УЩР) и торфощелочной (ТЩР) реагенты, благодаря их невысокой стоимости и доступности сырья. Натриевые формы реагентов УЩР и ТЩР проявляют сильное пептизирующее действие на глинистые породы, хорошо снижают вязкость и показатель фильтрации глинистых растворов, повышают рН среды и проявляют эмульгирующее воздействие на углеводороды.

Реагенты на основе фенолов включают в себя распространенные и высокоэффективные понизители вязкости растительного и синтетического происхождения. К ним относятся южно-американское квебрахо и другие природные танниды, продукты их сульфирования, а также конденсированные фенолы и близкие к ним по природе и действию конденсированные нафтолы (кортаны).

Реагенты на основе лигнина наиболее широко распространены как в зарубежной, так и в отечественной буровой технологии. Применяются реагенты на основе окисленного лигнина и лигносульфонатов.

К реагентам на основе окисленного лигнина относятся нитролигнин, хлорлигнин, сунил (сульфированный лигнин).

Реагенты на основе лигносульфонатов наиболее широко используются в буровой технологии в качестве понизителей вязкости, а зачастую и как понизители фильтрации. К ним относятся сульфит-спиртовая барда (ССБ), конденсированные формы (КССБ, КССБ-2М и др.), феррохромлигносульфонат, (ФХЛС), хромлигносульфонат (окзил).

Наибольшее распространение при бурении скважин имеют конденсированные формы лигносульфонатных реагентов.

Органические высокомолекулярные реагенты с волокнистой формой макромолекул. Волокнистая (цепеобразная) форма макромолекул характерна для полимеров – органических соединений с большой молекулярной массой, макромолекулы которых построены в виде связанных в цепочку одинаковых атомов, молекул или звеньев (мономер). Основное назначение этих реагентов – снижение показателя фильтрации промывочных жидкостей на водной основе.

В буровой технологии получили широкое распространение полимерные реагенты на основе полисахаридов и акрилатов. Углерод–углеродная связь более прочная, чем углеводная, поэтому реагенты акрилаты более термостойки, чем реагенты полисахариды.

Реагенты на основе полисахаридов представлены:

а) карбоксиметилцеллюлозой (КМЦ) и ее аналогами – карбоксиметилоксиэтилцеллюлозой (КМОЭЦ), полианионной целлюлозой (ПАЦ) и др.;

б) крахмальными реагентами: МК, ЭКР, КМК, ФИТО-РК и др.;

в) микробными полисахаридами (биополимерами): БП-92, Робус КК, Flo‑ Vis, Kem‑ X, Duo‑ Vis и др.

Реагенты на основе акрилатов относятся к синтетическим полимерам, продуктам нефтехимии, первичным сырьем для производства которых является окись этилена. Широкое распространение получили полиакриламид (ПАА), гидролизованный полиакриламид (ГПАА), гидролизованный полиакрилонитрил (ГИПАН), метас, метакрил-14 (М-14) и др.

Органические низкомолекулярные реагенты. К ним относятся в основном соединения с дифильной структурой молекул – поверхностно-активные вещества (ПАВ). ПАВ находят широкое применение для регулирования различных целевых, специальных свойств промывочных жидкостей, например: 1) эмульгаторы и стабилизаторы для получения эмульсионных растворов – СЭТ-1, СМАД-1, Нефтенол НЗ, ОП-10 и др.; 2) пенообразователи – ОП-7, УФЭ₈, КЧНР, ССБ, ТЭАС, МЛ-80 и др.; 3) смазочные добавки – ФК-2000, Сонбур-1011, СМАД-1М, глитал, САБ-1 и др.; 4) ингибиторы коррозии – ИКБ-2, Т-80, ИВВ-1, ФД-1 и др.; 5) пеногасители – оксали Т-66, Т-80, Т-92, ТЖЖ-50, ТБФ, Стеарокс-6 и др.

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 Следующая ⇒