Буровые растворы

Вскрытие продуктивных пластов является важнейшим этапом строительства нефтегазовых скважин. От качественного выполнения работ данного этапа в значительной степени зависят коллекторские свойства продуктивного пласта, а, следовательно, и основной показатель качества новой скважины — ее дебит.

Освоение на отечественных предприятиях промышленного производства органобентонита — эффективного структурообразователя буровых растворов на углеводородной основе (РУО), позволяет поновому взглянуть на проблему вскрытия продуктивных пластов.

Очевидно, что буровые растворы для вскрытия продуктивных пластов должны оказывать минимальное отрицательное воздействие на продуктивный пласт, иметь высокую взвешивающую и несущую способность для предотвращения накопления шлама в скважине, обладать повышенными смазочными свойствами.

Буровые растворы на водной основе, применяемые для проходки основного ствола скважины, не удовлетворяют указанным требованиям. При контакте таких растворов с углеводородными пластовыми флюидами и содержащей их пористой средой происходит необратимое снижение естественной проницаемости призабойной зоны скважины. Данное обстоятельство влечет за собой уменьшение, нередко кратное, фактической продуктивности скважины в сравнении с ее потенциальной продуктивностью и увеличение сроков освоения скважин. Кроме того, буровые растворы на водной основе вызывают коррозию промыслового оборудования, повышают его абразивный износ и развивают нежелательные микробиологические процессы.

Требованиям, обеспечивающим высокое качество вскрытия продуктивных пластов, удовлетворяют растворы на углеводородной основе (РУО). Использование РУО позволяет практически полностью исключить снижение нефтепроницаемости призабойной зоны скважины. Несущей средой этих растворов является углеводородная, по физико-химическим свойствам родственная углеводородному флюиду, насыщающему продуктивный пласт, и, следовательно, не образующая при их взаимодействии малоподвижных смесей, блокирующих поровое пространство призабойной зоны скважины. Помимо качественного вскрытия продуктивных пластов РУО с успехом могут использоваться в разведочном бурении для отбора керна с сохранением его естественной водонасыщенности и проницаемости, а также при бурении скважин в осложненных условиях и для подземного (капитального) ремонта нефтяных и газовых скважин. Первые РУО изготавливались на основе нефти с использованием известково-битумных компонентов. Их эксплуатация характеризовалась высокой пожароопасностью, неудовлетворительными реологическими характеристиками, высокой стоимостью, негативным воздействием на окружающую среду. Впервые растворы на углеводородной основе в бурении были применены за рубежом, причем в качестве структурообразователя для них использовался «Бентон-34», разработанный в США в конце 40-х годов. Однако этот материал очень дорог и не нашел применения в отечественном производстве. Качественный скачок произошел, когда впервые были разработаны и применены инвертные эмульсионные буровые растворы (ИЭР). В их состав входили дисперсионная среда (дизтопливо или нефть), дисперсная фаза (минерализованная вода), эмульгатор и, в качестве структурообразователя, окисленный петролатум. Однако и этот РУО имел существенные недостатки: низкую термостойкость (до 90°С), невысокие структурообразующие свойства. Существенный прогресс в использовании ИЭР в России связан с разработкой отечественного органобентонита. Использование в составе РУО отечественного органобентонита (аналога «Бентона-34), производство которого освоило предприятие 000 «КОНСИТ-А» по принципиально новой технологии и являющегося эффективным структурообразователем для этих растворов, позволяет регулировать

Таблица 1 Материалы, используемые для приготовления 1 м3 раствора при соотношениях вода/масло 65/35 и 25/75

реологические свойства ИЭР в широком диапазоне. Для решения проблем качественного вскрытия продуктивных пластов, обеспечивающего сохранение их исходных коллекторских свойств, предлагается применять РУО с использованием органобентонита, который, в отличие от зарубежных аналогов, имеет меньшую стоимость. Кроме того, предлагаемые растворы имеют малокомпонентный состав, что, соответственно, также снижает их стоимость. Раствор быстро готовится в условиях буровой, легко прокачивается и очищается от выбуренной породы. Реологические параметры раствора хорошо регулируются в процессе бурения скважины. Применение органобентонита в составе РУО, кроме структурообразующих свойств, обеспечивает раствору необходимую вязкость, высокую термостойкость и электростабильность, неограниченную солестойкость, большую глиноемкость, устойчивость к С0₂ и H₂S, полную коррозионную устойчивость, возможность утяжеления раствора до удельного веса 2,2 г/см , высокие смазочные свойства. Состав раствора (табл. 1) должен уточняться лабораторной проверкой на конкретных материалах и для конкретных горно-геологических условий. Плотность неутяжеленного раствора зависит от плотности водной фазы и соотношения водной фазы с углеводородной и может изменяться в пределах от 0,95 до 1,15 г/см³.

Исходная плотность раствора выбирается заранее и регулируется минерализацией водной фазы при необходимости утяжелителями (солями, мелом, баритом и т.д.), а также с помощью дизельного топлива. В случае значительного утяжеления РУО с помощью модифицированного барита последний обрабатывают гидрофобизатором, например имидазолинами. При использовании немодифицированного барита гидрофобизатор не требуется.

Вязкость РУО регулируется соотношением фаз и при необходимости количеством органобентонита. Увеличение вязкости достигается добавлением водной фазы, снижение вязкости — добавлением дизтоплива.

Структурообразующие свойства и термостойкость обеспечиваются наличием в составе раствора органобентонита. РУО с применением органобентонита могут работать при температурах до 200°С и выше.

Электростабильность, термодинамическая устойчивость всей системы РУО и низкий уровень фильтрации (причем, обязательным условием является отсутствие водной фазы в фильтрате) обеспечиваются эмульгатором и органобентонитом. Солестойкость РУО практически неограничена по любым солям и их смесям.

Глиноемкость РУО достигает 20%, что обеспечивается наличием в составе раствора органобентонита и эмульгатора. Устойчивость к H₂S достигается добавкой ЖС7. Устойчивость РУО к С0₂ практически неограничена.

Смазочные свойства РУО очень высокие, что обусловлено компонентным составом раствора.

Коррозионная устойчивость РУО полная, в т.ч. и в отношении алюминиевых труб, что также обусловлено компонентным составом РУО. Возможно многократное повторное использование РУО при условии его удовлетворительной очистки. Минерализация водной фазы достигается с помощью СаС1₂ (до плотности 1,39 г/см³} или с помощью NaCI (вплоть до насыщения водной фазы раствора) или с помощью смеси этих или других солей. При требовании очень высокой плотности водной фазы (-1,96 г/см ) она может быть достигнута с помощью ZnCI₂.

В промысловых условиях раствор готовят на серийном оборудовании для приготовления обычных буровых растворов непосредственно на буровых или в централизованных растворных узлах приготовлений. Однако специфические особенности РУО требуют специальной подготовки бурового оборудования, направленной, главным образом, на предохранение раствора от попадания инородных веществ, предотвращения его потерь и загрязнения окружающей среды, создания благоприятных условий работы буровой бригады. Замене бурового раствора на водной основе в скважине на

Таблица 1 Формирование стоимости 1 м³ РУО

РУО должна предшествовать тщательная подготовка ствола скважины, заключающаяся в азрушении застойных зон, удалении адгезионной корки раствора со стенок обсадных колонн и снижения в допустимых пределах вязкости и статического напряжения сдвига ытесняемого раствора.

Замена раствора в скважине должна производиться непрерывной закачкой с обязательным использованием буферной жидкости. Состав буферной жидкости подбирается с учетом свойств вытесняемого раствора и закачиваемого, при этом буферная жидкость не должна вызывать ухудшения реологических свойств раствора. В качестве буферной жидкости может быть использован 0,5%-ный раствор эмульгатора в дизельном топливе. Оптимальной является замена глинистого раствора на воду с последующим переходом на РУО. Очистка раствора от выбуренной породы производится вибрационными ситами с мелкоячеистыми сетками (0,16—0,25 мм).

В 2001 г. была проведена адаптация бурового раствора РУО на нескольких опытных скважинах различных месторождений Западной и Восточной Сибири, которая на практике доказала его высокую эффективность, технологичность и экологическую безопасность.

Безусловно, одним из принципиальных моментов применения РУО являются вопросы, связанные с ихутилизацией.

После окончания процесса бурения и регенерации РУО может длительное время храниться или использоваться следующим образом:

• повторно на других скважинах;
• в качестве жидкости для консервации скважин (изоляции меж- и за-колонного пространства скважин};
• в качестве пакерной жидкости;
• для обработки и приготовлениябуровых растворов на водной основе в качестве эффективной смазывающей и антикоррозионной добавки;
• в капитальном ремонте скважин в качестве жидкости глушения, для, обработки призабойной зоны продуктивных пластов, для перфорации скважин, гидроразрыва пластов, приготовления эмульсий при кислотной обработке карбонатных коллекторов.

Кроме того, возможно разложение РУО на компоненты с помощью специальных доступных промышленных деэмульгаторов отечественного производства с последующим повторным использованием выделенной из отработанного РУО углеводородной среды. Подобные деэмульгаторы используются в настоящее время при очистке добытой нефти от воды.

Существует еще один эффективный способ использования отработанного РУО. После тщательной очистки и его доработки {добавления в определенных пропорциях дизельного топлива) РУО может использоваться в котельных как экологически чистое топливо. Дело в том, что эмульсия дизельного топлива с водой (при содержании воды до 10-20%) обеспечивает наиболее полное сгорание дизельного топлива, т.к. при этом образуется множество микроскопических частиц воды, окруженных оболочкой из дизельного топлива, благодаря чему существенно повышается поверхность сгорания [3]. Полнота сгорания приводит к резкому сокращению вредных выбросов в атмосферу, экономии дизельного топлива, за счет уменьшения выброса несгоревших частиц топлива в окружающую среду и за счет значительного разбавления его водой.

Безусловно, стоимость РУО превышает стоимость обычного бурового глинистого раствора (табл. 2.)- Но первоначальные затраты с лихвой окупаются, т.к. возможно многократное по- вторное использование РУО. Кроме того, при использовании РУО значительно увеличивается дебит скважин за счет сохранения естественной проницаемости коллектора, уменьшается время на освоение скважин по сравнению с другими видами буровых растворов и практически отсутствуют осложнения при бурении скважин, затяжки и прихваты бурового инструмента. Опыт использования буровых растворов на углеводородной основе с применением органобентонита показал, что существует еще целый ряд дополнительных факторов, повышающих экономико-технологические показатели строительства скважин. Такие, например, как повышение устойчивости стенок скважины, обуславливающей сокращение времени на проработку ствола скважины в 2-4 раза, улучшение качества керна. Все сказанное свидетельствует о высокой эффективности РУО при бурении скважин в различных геолого-технических условиях, как при эксплуатационном, так и разведочном бурении. Бурение разведочных скважин на РУО способствует открытию нефтяных залежей и получению притоков нефти на объектах, ранее считавшихся непродуктивными.

Литература: