Арктика — всемирная кладовая энергетических запасов. Главной целью освоения богатств арктического шельфа является разработка и внедрение эффективных технологий, применимых для работ в условиях Арктики. Все технологии должны быть экологически безопасными и экономически рациональными в связи с дорогостоящей логистикой.
Важным звеном в технологической цепочке современного строительства скважин являются буровые растворы, выполняющие множество функций при выполнении буровых операций. От свойств буровых растворов зависит сохранение устойчивости ствола скважины до перекрытия интервала обсадной колонной, предупреждение осложнений. Параметры раствора влияют на механическую скорость бурения скважины, сохранение коллекторских свойств призабойной зоны пласта. В тоже время, проблема отходов от использования бурового раствора заслуживает особого внимания.
Объем утилизации может составлять до 5000 кубических метров при бурении одной скважины, включая выбуренный шлам, пропитанный или смоченный буровым раствором.
Для бурения на шельфе в практике применяются растворы на водной и углеводородной основе; или же на основе эстеров, олефинов, полиальфаолефинов и других менее опасных для окружающей среды субстанций.
Особую токсичность представляют реагенты, используемые в буровых растворах, такие как: эмульгаторы, амины, биоциды, смазочные добавки, различные соли.
Воздействие на буровой раствор внешних агрессивных сред таких как: пластовая вода, тампонажный раствор, сероводород, углекислый газ, соли жесткости и других, в ряде случаев приводит к замене части или всего объема бурового раствора на буровой платформе, где в среднем циркуляционный объем может быть от 100 до 500 м3. Это приводит к необходимости утилизировать непригодный буровой раствор к использованию, переработке и закачке в депонирующую скважину, сбросу разбавленной водной фазы с допустимой концентрацией веществ за борт или дополнительному вывозу на материк для утилизации.
Для снижения объема сброса от воздействия внешних агрессивных сред необходимо при бурении использовать буровые растворы, для которых используются химические реагенты, устойчивые к воздействию различных загрязнителей. Это особенно актуально для растворов на водной основе.
Компания «ПСК «Буртехнологии» разработала и провела промышленные и лабораторные испытания бурового раствора «Брукс» на водной основе, предназначенного для решения выше обозначенной проблемы. Основные преимущества бурового раствора «Брукс», это применение реагентов дружественных к окружающей среде, устойчивость к агрессивному загрязнению и возможность использования в различных геолого-технических условиях.
Буровой раствор «Брукс» является гидрофобной микроэмульсионной системой, где глобулы органических веществ заключены в тонкую оболочку водной дисперсионной среды. Применение реагентов на базе производных полисахаридов позволило повысить устойчивость к различным загрязнителям.
Такой подход решает следующие практические задачи:
- Устойчивость к практически всем техническим и природным загрязнителям, с которыми раствор контактирует в процессе бурения: различные типы пластовых вод, гипсы, ангидриты, цемент, сульфаты и другие.
- Не требует дополнительной химической обработки после воздействия агрессивных загрязнителей.
- Не требует сброса и разбавления для обработки после воздействия агрессивных загрязнителей.
- Все характеристики и параметры бурового раствора аналогичны водным полимер-солевым системам.
- Раствор дружествен ко всем видам ингибиторов глинистых сланцев. В случае воздействия агрессивных загрязнителей, когда ряд ингибиторов может в системе нейтрализоваться, база раствора в любых случаях сохраняет свою стабильность.
В лабораторных условиях были проведены экспериментальные исследования с целью определить устойчивость базового образца бурового раствора «Брукс» при воздействии на него различных концентраций загрязнителей. В качестве примесей использовались основные вещества, которые встречаются при бурении скважины: цемент, гипс, глина, карбонатный утяжелитель CaCO3, а также соли NaCl, KCl, CaCl2, MgCl2. Для оценки влияния в раствор добавляли различные концентрации сухого вещества 3, 5, 10, 15 и 20%. Замер параметров проводился при температуре 22 и 85°С.
По результатам экспериментов были составлены графики, которые характеризуют реологические (пластическая и динамическая вязкость) и фильтрационные характеристики бурового раствора «Брукс». Первая точка на графике является величиной параметра базового раствора. Все параметры замерялись без дообработки после воздействия загрязнителей.
Для экспериментальных исследований использовался следующий комплекс оборудования:
- Фильтрация при температуре 22°С — полноразмерный фильтрпресс;
- Фильтрация при температуре 85°С — полуплощадной фильтрпресс HTHP;
- Прогрев при температуре 85°С — консистометр ZM1002, в течении одного часа;
- Замер реологии при температуре 22°С и 85°С — консистометр OFITE-800.
Рецептура базового раствора «Брукс»:
- Реоксан В, регулятор реологии — 4,0 кг/м3 ;
- Аквагель, регулятор фильтрации — 2,0 кг/м3 ;
- Гидропласт, регулятор реологии — 4,0 кг/м3 ;
- КCl, ингибитор глин — 30,0 кг/м3 ;
- Бурфлюб М, смазочная микроэмульсионная гидрофобизирующая добавка — 20,0 кг/м3 ;
- ККУ-М, карбонатный утяжелитель — 140 кг/м3
На основании лабораторных экспериментов получены следующие результаты. Влияние увеличения содержания цемента или гипса в буровом растворе (на графике 1 под буквами А и В) схожие. При увеличении концентрации примеси до 10% реологические показатели увеличиваются не более, чем на 5-10%, фильтрация при комнатной температуре – до 10%, а при 85°С – до 40%.
При моделировании наработки коллоидной фазы (на графике 1 под буквой C) и определения глиноёмкости базового раствора было добавлено до 20% бентонита (200 кг/м3). Плотность увеличилась с 1,09 до 1,19 г/см3. Реология раствора увеличилась на 27%, а фильтрация выросла соответственно при 22°С с 5,2 до 8,5 мл/30 мин и при 85°С с 12,4 до 19,8 мл/30 мин. Даже при такой концентрации коллоидной фазы образец раствора остался стабильным и корректировка параметров может быть осуществлена путем минимальной дообработки.
Влияние роста солей жесткости (на графике 1 под буквами D и E) смоделированы добавлением CаCl2 или MgCl2 до 20% (200 кг/м3). Все параметры раствора сохранились в рамках базового раствора. Соответственно влияния на свойства бурового раствора электролитов солей Mg++ и Ca++ не отмечается.
В случае увеличения концентрации в буровом растворе KCl дополнительно до 20% (на графике 1 под буквой F) значительное отклонение наблюдается только при падении динамической вязкости при 85ºС на 30% от базовой величины. На основании этого можно утверждать, что применение ингибитора KCl допустимо в широком диапазоне концентраций.
Анализ лабораторных исследований подтвердил, что буровой раствор «Брукс» способен эффективно сохранять свои технологические характеристики при попадании в него различных агрессивных примесей, особенно до 10%, при строительстве скважин и не требовать значительного объема материалов для дообработки до базовых значений параметров. Применяемые в системе бурового раствора химические реагенты устойчивы к добавленным примесям.
Рецептура раствора минимизирована по количеству используемых реагентов. Все это позволяет говорить о гибкости системы бурового раствора для различных геолого-технологических условий без замены типа промывочной жидкости с водной дисперсной средой. Буровой раствор допустимо использовать в условиях АНПД и АВПД при забойных статических температурах до 100–120ºС. На основании вышеуказанного, применение бурового раствора «Брукс», однозначно позволит заметно снизить объем утилизации промывочной жидкости после установки и бурения цементных мостов, разбавления пластовой водой, бурения интервалов, сложенных ангидритами или гипсом.
