Назначение реагентов

Бентонит - структурообразователь, регулятор водоотдачи.

NaOH - регулятор рН.

KCl - ингибитор глин.

ИКЛИГ-2 - регулятор водоотдачи, умеренный разжижитель.

ИКДЕФОМ - пеногаситель.

ИКЛУБ - смазывающая добавка.

ЭКОПАК-R(SL) - регулятор водоотдачи.

Технология приготовления

К воде затворения добавляют NaOH и бентонит, перемешивают 1 час, затем вводят остальные реагенты. Через 15-20 минут перемешивания раствор готов.

5.7 Высокоингибирующий калиевый раствор на основе

гуматов (ВИКР)

Этот раствор обладает тройным ингибирующим действием.

Во-первых, хлорид калия как электролит при концентрации более 2% подавляет процессы набухания глин.

Во-вторых, ионы калия, проникая в кристаллическую решетку, меняют природу глин, делая их водонечувствительными.

В-третьих, особое ингибирующее действие в этой системе осуществляют гуматы, растворимость которых зависит от величины рН среды. Существуют критические значения рН (рН_кр), выше которых гуматы растворимы даже в минерализованном буровом растворе и активно действуют как в регулировании водоотдачи, так и структурно-механических свойств. При значениях рН ниже критического уровня, гуматы высаливаются и полностью теряют активность, раствор загустевает, водоотдача повышается. В калиевом растворе величина рН_кр колеблется от 8, 5 до 9, 5, поэтому для поддержания свойств этого раствора на заданном уровне величину рН в системе регулируют на 1-1, 5 единицы выше, чем рН_кр.

Процесс ингибирования глин гуматами происходит следующим образом. Фильтрат калиевого раствора, содержащий большое количество растворимых гуматов, проникает в микротрещины глинистой породы. Процесс гидратации глин сопровождается поглощением каустической соды, и величина рН снижается до 7-7, 4, что значительно ниже критического значения. В такой среде гуматы высаливаются из фильтрата (выпадают в осадок) и существенно повышают прочность сформированных ионами калия коагуляционных контактов между активными плоскостями в микротрещинах глин. В результате такого действия гуматов устойчивость глин существенно повышается.

По некоторым данным ингибирующий эффект гуматов (индекс устойчивости) составляет 60-70% от общего ингибирующего действия данной системы ВИКР.

Регулировать величину рН_кр можно известью и KCl. С повышением концентрации этих электролитов повышается рН_кр.

Методика определения рН_кр

К исходному раствору малыми порциями (по 0, 2 - 0, 3 см³) добавляют 10%-ную серную кислоту. После каждой добавки раствор 5 минут перемешивают и замеряют рН и любую вязкость или СНС. Когда раствор сильно загустеет построить график AV(СНС) = ¦(рН) (рисунок 5.1.) рН_кр определяют по кривой как начало резкого изменения AV(СНС).

Рисунок 5.1

Знание рН_кр необходимо для регулирования величины рН бурового раствора на безопасном требуемом уровне, то есть на 1 - 1, 5 единицы выше чем рН_кр.

Состав раствора ВИКР, кг/м³

Бентонит 20 - 30

NaOH 2 - 3

ИКГУМ 40

KCl 50

ИКЛИГ-1 10

ИКДЕФОМ 0, 3

ИКЛУБ 3 - 5

Свойства раствора

Плотность, г/см³ 1, 06

Условная вязкость, сек 25 - 30

Пластическая вязкость, сПз 10 - 15

ДНС, дПа 40 - 80

СНС_0/10, дПа 15 - 30/30 - 60

Водоотдача, см³/30мин (API) 6 - 8

рН 10 - 11

рН_кр 8, 5 - 9, 5

Назначение реагентов

Бентонит - структурообразователь

ИКГУМ - регулятор водоотдачи, разжижитель, ингибитор глин.

ИКЛИК - 1 - разжижитель, регулятор свойств корки.

NaOH - регулятор рН.

KCl - ингибитор глин.

ИКЛУБ - смазывающая добавка.

ИКДЕФОМ - пеногоситель.

Технология приготовления ВИКР.

К воде добавляют бентонит, ИКГУМ, NaOH и ИКДЕФОМ, перемешивают 1 час, затем вводят KCl и все остальные реагенты, через 15 - 20 минут перемешивания раствор готов.

Основным недостатком системы ВИКР является отрицательное влияние фильтрата этого раствора на продуктивные пласты. Гуматы высаливаются из фильтрата в пласте также как в глинах за счет снижения величины рН вследствие адсорбционных и ионообменных реакций. Осажденные гуматы кольматируют продуктивный пласт, и проницаемость снижается в 2-4 раза.

Однако, в последнее время в бурении развивается тенденция применять для первичного вскрытия продуктивных пластов специальные жидкости типа ИКАРБ с полной заменой ранее применяемого раствора.

В связи с этим система ВИКР представляется весьма перспективной для бурения в неустойчивых глинах. Помимо высокой эффективности этот раствор отличается доступностью и низкой стоимостью основных реагентов и материалов.

5.8 Ингибирующий калиевый буровой раствор ИКСИЛ

Система ИКСИЛ является ингибирующим калиевым раствором повышенной активности. Этот раствор содержит два ингибитора глин - хлористый калий и органический ингибитор ИКМАК, который усиливает ингибирующее действие калиевого раствора на 20-40%. Кроме того, ИКМАК обладает универсальным действием: являясь активным ПАВ, этот реагент гидрофобизирует стенки каналов пласта и, следовательно, повышает качество вскрытия продуктивных пластов.

ИКМАК является хорошей смазывающей добавкой.

ИКМАК обладает умеренным разжижающим действием и частично снижает водоотдачу буровых растворов. Эти свойства особенно проявляются при высоких температурах, поэтому большинство рецептур термостойких растворов содержат реагент ИКМАК.

В растворе, содержащем ИКМАК, значительно снижается наработка раствора при разбуривании глинистых пород.

В целом по эффективности воздействия на неустойчивые глины система ИКСИЛ приближается к растворам на нефтяной основе. При содержании реагента ИКМАК в калиевом растворе на уровне 10-20кг/м³ можно получить ствол в неустойчивых глинах, диаметром близкий к номинальному.

Состав раствора, кг/м³

Бентонит 30 - 40

NaOH 1

Na₂CO₃ 1

KCl 50

ИКМАК* 10 - 20

ЭКОПАК R 2

ЭКОПАК SL 8

ИКДЕФОМ 0, 3

ИККАРБ-75/150 50

Свойства раствора

Плотность, г/см³ 1, 08 – 1, 10

Условная вязкость, сек 30 - 40

Пластическая вязкость, сПз 10 - 18

ДНС, дПа 60 - 100

СНС_0/10, дПа 10 - 30/20 - 60

Водоотдача, см³/30мин (API) 6 - 8

рН 9, 5 – 10

Этот раствор может быть приготовлен и с применением других основных реагентов, например на основе комбинации лигносульфонатного реагента ИКЛИГ-2 (30-40 кг/м³) с ЭКОПАКом (3-5 кг/м³).

Вместо бентонита в этой системе можно использовать ХВ-Полимер в количестве 2-3кг/м³.

Назначение реагентов:

Бентонит - структорообразователь, регулятор водоотдачи.

Na₂CO₃ - реагент для связывания ионов Ca Mg.

NaOH – регулятор рН.

KCl – ингибитор глин.

ИКМАК – органический ингибитор глин, смазывающая добавка..

ЭКОПАК-R -регулятор водоотдачи и вязкости.

ЭКОПАК-SL – регулятор водоотдачи.

ИКДЕФОМ - пеногаситель.

ИККАРБ- 75/150– карбонатный утяжелитель из мрамора фракций 75 и 150мкм.

Технология приготовления

К воде добавляются каустическая и кальцинированная соды и бентонит. После одного часа перемешивания добавляют KCl, через 10 минут ЭКОПАК-R(SL) со скоростью 8-10 минут/мешок. Перемешивают раствор в течение одного часа, затем вводят пеногаситель и все остальные компоненты.

5.9 Высокоингибирующий буровой раствор ИКГЛИК

Буровой раствор ИКГЛИК - это новый, современный раствор на водной основе, который решает большинство проблем, возникающих при бурении и связанных с буровыми растворами.

В состав данного раствора входят гликоли, которые при сравнительно невысокой стоимости существенно меняют технологические свойства буровых растворов на водной основе.

Гликоли представляют собой вязкую, незамерзающую и нетоксичную жидкость с температурой вспышки более 100^ОС.

Наименование раствора и реагента одинаково - ИКГЛИК.

Система ИКГЛИК предназначена

¨ для бурения в неустойчивых глинах,

¨ качественного вскрытия продуктивных пластов,

¨ для бурения наклонных и горизонтальных стволов большой протяженности.

Система ИКГЛИК обладает высокой степенью ингибирования водочувствительных неустойчивых глин. По эффективности эта система приближается к растворам на нефтяной основе со сбалансированной активностью водной фазы.

Благодаря применению раствора ИКГЛИК в неустойчивых глинах можно получать ствол скважины практически номинального диаметра. Для этих целей используются специально модифицированные гликоли. В обычных условиях эти соединения полностью растворимы в водной фазе любых растворов. Обладая особой химической структурой, молекулы модифицированных гликолей адсорбируются на активных участках поверхности глин. В результате особого экранирования этих участков происходит подавление процессов гидратации и набухания глинистых минералов.

Особенно эффективно ингибирующее действие гликолей в сочетании с ионами калия, когда происходит и электростатическая нейтрализация глин. При таком комбинированном воздействии активные поверхности глины слипаются, образуя устойчивые коагуляционные структуры. Вот почему гликоли чаще всего используются в системе KCl/ИКСТАБ, в которой капсулирующий агент ИКСТАБ замедляет проникновение фильтрата в микротрещины глин.

В итоге система ИКГЛИК позволяет полностью предупредить осыпи и обвалы неустойчивых глин.

Указанные процессы в одинаковой степени происходят как в стенке скважины, так и на частицах шлама. Последние слипаются в более крупные по размерам частицы и затем легко удаляются из раствора механическими средствами очистки. Следовательно, наработка раствора в системе ИКГЛИК минимальна.

Состав раствора ИКГЛИГ, кг/м³

ХВ - полимер 2 - 4

ИКГЛИК 20 - 50

KCl 50 -100

КОН (NаОН) 1 - 2

ИКСТАБ 0, 2 - 2

ИКР 10 - 15

ЭКОПАК - R(SL) 2 - 4

ИКФАК 1

ИКБАК 1

ИКДЕФОМ 0, 2

ИККАРБ - 75/150 50

Свойства раствора

Плотность, г/см³ 1, 03 - 1, 10 и более

Условная вязкость, сек 30 - 50

Пластическая вязкость, сПз 10 - 20

ДНС, дПа 40 - 100

СНС_0/10, дПа 10 - 20/30 - 60

Водоотдача, см³/30мин (API) 4 - 6

рН 9 - 10

Содержание гликоля в растворе зависит от физико-химической активности разбуриваемых глин и темпа углубления скважины в этих отложениях.

Система ИКГЛИК совместима с большинством реагентов и материалов, применяемых в буровых растворах на водной основе.

Гликоли несколько улучшают контроль водоотдачи.

Практические достоинства системы ИКГЛИК

В отличие от растворов на нефтяной основе, ИКГЛИК является экологически чистой системой. Входящие в состав раствора гликоли и другие компоненты нетоксичны.

Добавки гликолей к раствору на водной основе повышают качество вскрытия продуктивных пластов. Загрязнение пласта уменьшается за счет подавления процессов набухания глинистых частиц в пласте и уменьшения толщины гидратной оболочки на стенках каналов пласта вследствие адсорбции на них молекул гликоля.

По имеющимся данным система ИКГЛИК может обезвоживать увлажненные глины, например, межсолевые галопилиты и сократить, или предупредить осложнения, связанные с пластическим течением этих пород.

Установлено, что ингибирующее действие системы ИКГЛИК усиливается с повышением температуры в скважине.

Адсорбируясь на поверхности металла, молекулы гликоля предупреждают сальникообразование и повышают смазывающие свойства бурового раствора.

С применением системы ИКГЛИК снижаются затраты времени и средств на решение следующих проблем:

¨ проработки, затяжки и прихваты из-за осыпей и обвалов глинистых пород;

¨ предупреждение сальникообразований, затяжек и репрессий при подъеме инструмента;

¨ приготовление и обработка раствора;

¨ технологические промывки скважины;

¨ при высокой степени очистки снижается темп разбавления раствора, а, следовательно, сокращается расход реагентов и материалов;

¨ при эффективной очистке и низком содержании твердой фазы повышаются показатели работы долот;

¨ в стволе номинального диаметра сокращается расход цемента;

¨ при отсутствии каверн повышается качество разобщения пластов;

¨ значительно сокращаются затраты времени на освоение скважины

¨ по сравнению с растворами на нефтяной основе значительно снижаются затраты на решение экологических проблем

Назначение реагентов:

ХВ-Полимер – структурообразователь.

KCl – ингибитор глин.

ИКГЛИК - органический ингибитор глин, смазывающая добавка.

KOH (NaOH) – регуляторы рН.

ИКСТАБ - флокулянт, частично гидролизованный полиакриламид.

ИКР – эффективный регулятор водоотдачи на основе крахмала.

ЭКОПАК-R(SL) – регуляторы водоотдачи и вязкости.

ИКФАК - специальный ПАВ – гидрофобизатор стенок каналов продуктивного пласта.

ИКБАК – биоцид.

ИКДЕФОМ – пеногаситель.

ИККАРБ-75/150 – карбонатный утяжелитель на основе мраморной крошки фракций 75 и 150мкм.

Технология приготовления

К воде добавляются KOH (NaOH) и ХВ-Полимер. Через 1 час вводятся все остальные компоненты.

ИКФАК добавляется к раствору перед вскрытием продуктивного пласта.

Пеногаситель применяется по мере необходимости.

§. 2. Буровые растворы для вскрытия продуктивных пластов

Технология первичного вскрытия продуктивных пластов существенно влияет на последующую продуктивность скважин. В первую очередь, это связано с составом и свойствами бурового раствора, все компоненты которого активно участвуют в этом процессе.

ОАО «ИКФ» создана специальная система бурового раствора ИКАРБ, обеспечивающая качественное вскрытие продуктивных пластов и предупреждение основных осложнений, возникающих при бурении.

Этот раствор принципиально отличается от традиционных глинистых растворов по составу твёрдой фазы, составу фильтрата и реагентами - регуляторами свойств бурового раствора.

Система ИКАРБ - это безглинистый полимерный раствор. Ключевой компонент системы - ХВ-Полимер, который представляет собой высокоразветвленный биополимер с очень высоким молекулярным весом. ХВ-Полимер обеспечивает требуемую структуру и необходимые реологические свойства раствора как на пресной, так и на солёной воде независимо от степени минерализации. Уникальность свойств ХВ-Полимера заключается в том, что вязкость растворов на его основе значительно изменяется в зависимости от скорости потока. Так, полимерная система ИКАРБ при нормальных стандартных реологических константах обладает высокой вязкостью при низких скоростях сдвига(0, 1-0, 05с^-1), что обеспечивает надёжную очистку скважины в застойных зонах наклонного и горизонтального участков ствола.

Твёрдая фаза раствора представлена мраморной крошкой с заданным размером частиц в зависимости от физических параметров продуктивного пласта (пористость, проницаемость, размер каналов). Высокопрочные частички мрамора в сочетании с полисахаридными реагентами (ХВ-Полимер, крахмальный реагент ИКР и ЭКОПАК) обеспечивают надёжную кольматацию приствольной зоны пласта. Глубина проникновения фильтрата в проницаемый пласт составляет 40-60см.

Фильтрат раствора содержит хлористый калий, который необратимо подавляет процесс набухания глинистых частиц, находящихся в порах пласта.

Полисахаридные полимеры, находящиеся в фильтрате раствора, проникшего в пласт, довольно быстро деструктируют (2-3 недели), и в результате этого вязкость фильтрата снижается практически до вязкости воды. Кроме того, в фильтрате раствора ИКАРБ содержится фторсодержащий ПАВ - ИКФАК, который эффективно гидрофобизирует стенки каналов пласта, повышая их проводимость по нефти.

В результате указанных процессов система ИКАРБ в минимальной степени загрязняет продуктивный пласт. Многочисленный промысловый опыт (более 100 скважин только в Западной Сибири) свидетельствует о том, что с применением растворов семейства ИКАРБ достигается сохранение естественной проницаемости пластов на 70-90%. При этом, резко снижаются затраты времени и средств на освоение скважин.

Одним из существенных технологических достоинств системы ИКАРБ является предупреждение аварий и осложнений при бурении.

Являясь наилучшей модификацией ингибирующих систем - полимеркалиевым раствором, стандартный ИКАРБ способен практически полностью предупредить осыпи и обвалы неустойчивых глин. При необходимости ингибирующая активность системы может быть усилена полигликолями и реагентом ИКМАК.

Раствор ИКАРБ представляет собой безглинистую полимерную систему с низким содержанием твердой фазы (2-4об.%), что в сочетании с нормальными свойствами (низкая водоотдача, наличие смазывающей добавки) обеспечивает практически полное предупреждение дифференциальных прихватов в наклонных и горизонтальных стволах.

Кроме того, при применении раствора с низким содержанием твердой фазы на 20-30% снижаются гидравлические потери в системе промывки, и на 20-40% повышаются показатели работы долот. Снижается также коэффициент трения, что очень важно в наклонной и горизонтальной части ствола.

Система ИКАРБ специально разработана как экологически чистый буровой раствор, который позволительно сбрасывать на землю и в море. Все реагенты этого раствора биологически разлагаемы.

Технология приготовления раствора ИКАРБ отличается простотой, а время приготовления практически ограничивается временем ввода основных реагентов и материалов в систему.

Содержание карбонатного утяжелителя в буровом растворе имеет важное значение для систем семейства ИКАРБ, особенно при повторном использовании этих растворов для вскрытия продуктивных отложений.

При бурении происходит загрязнение этих растворов и важно знать содержание карбонатной части твердой фазы с целью определения необходимости дополнительных обработок раствора этим материалом или частичного освежения системы.

Желательно в твердой фазе загрязненной системы ИКАРБ иметь не менее 50-60% карбонатной твердой фазы. Содержание карбонатного утяжелителя в твердой фазе свежеприготовленного раствора ИКАРБ колеблется от 92 до 95% от общего содержания твердой фазы.

Независимо от степени загрязнения раствора ИКАРБ выбуренной породой абсолютная концентрация карбоната кальция в этом растворе должна быть не ниже 40–50кг/м³ (методы контроля см. в Главе VI).

Существенной особенностью является то, что характер и степень минерализации воды затворения не оказывают влияния ни на качество получаемого раствора, ни на технологию его приготовления, в которой очередность ввода компонентов также несущественна.

Стоимость системы ИКАРБ выше по сравнению с обычными буровыми растворами. Однако, в силу указанных достоинств, система ИКАРБ становится эффективной. В сочетании с известными экономическими достоинствами в определенных условиях система ИКАРБ не имеет альтернативы.

5.10. Калиевый буровой раствор ИКАРБ