Файл: Отчет по научноисследовательской работе направление подготовки 21. 04. 01 Нефтегазовое дело профиль Строительство нефтяных и газовых скважин в сложных горногеологических условиях.docx
Добавлен: 26.10.2023
Просмотров: 70
Скачиваний: 13
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«УДМУРТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт нефти и газа им. М.С. Гуцериева
Кафедра «Бурение нефтяных и газовых скважин»
ОТЧЕТ ПО
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ
Направление подготовки 21.04.01 Нефтегазовое дело
профиль «Строительство нефтяных и газовых скважин в сложных горно-геологических условиях»
Студент группы ВМ-21.04.01.02-19С
Руководитель практики: зав. каф. БНГС, к.н., доцент Кузьмин В.Н.
Отчет проверил «___»___________2021 г. _______________
Отчет защищен «___»___________2021 г.
с оценкой ________________ ________________
Ижевск
2021 г.
Содержание
Введение……………………………………………………………………….…… 1
1. Обзор исследования в области стабилизации буровых промывочных жидкостей ……………………………………………………………………....… 2
2. Возможные осложнения и аварии, встречающиеся при строительстве скважин …………………………………………………………………….......... 9
3. Особенности составов и свойств промывочных жидкостей,
применяемых при бурении неустойчивых пород …………………………….. 14
4. Экологичность составов буровых промывочных жидкостей…………….... 17
Заключение ……………………………………………………………………… 19
Список используемых источников……………………………………………… 20
ВВЕДЕНИЕ
Увеличение темпов развития нефтяной промышленности, подразумевает поиск новых месторождений. В связи с ростом глубин бурения, происходит рост требований к буровой промывочной жидкости, в частности увеличение термостойкости и устойчивости к солям жесткости. Главная роль в решении данных проблем заключается в исследовании и разработке химических реагентов удовлетворяющих современным требованиям.
Правильный подбор реагента для обработки промывочной жидкости позволяет снизить вероятность возникновения осложнений, в разы понижая себестоимость строительства скважины.
В наши дни востребованными и широко применяемыми стабилизаторами буровых промывочных жидкостей являются химические реагенты на основе лигносульфонатов.
Однако применение в составе реагентов оксидов поливалентных металлов, таких как хром, отрицательно сказывается на экологичности при использовании в промышленных масштабах.
1 Обзор исследования в области стабилизации буровых промывочных жидкостей
История буровых растворов, их появления, создания разных типов, совершенствование рецептур применительно к различным горизонтам, месторождениям и условиям бурения насчитывает ряд десятилетий активных поисков, исследований и практических испытаний. Развитие практики создания рецептур промывочных жидкостей. связано исключительно с бурением скважин на нефть и газ, поскольку сведения о бурении, известном по архивным материалам, касалось, как правило, добычи воды и рассолов [1-3].
Характерной особенностью бурения первых нефтяных скважин являлось отсутствие промывочной жидкости (бурового раствора), выбуренную породу удаляли с помощью специальных устройств - желонок. Только в 1846 году французским инженером М. Фовеллем был предложил способ непрерывной очистки скважин, т.е. промывка. Данный способ предусматривает циркуляцию жидкости насосами по полым трубам в скважину с последующим выносом выбуренной породы на поверхность. Преимуществом предложенного метода является непрерывность процесса бурения, что обусловило его широкое внедрение в практику. Из исторических источников [3] известно, что в первых скважинах, бурившихся вращательным способом, раствором являлась жидкая грязь, образующаяся при бурении. Однако в указанный период отсутствовали теоретические научные представления о промывочных жидкостях, в том числе о регулировании свойств буровых растворов. Практическим препятствием являлся процесс самозагущения буровой грязи, что влекло за собой снижение скорости бурения, вплоть до прекращения работ. Технология промывки была предельно простой: загущенную грязь разжижали водой, а в случае избыточного разжижения использовали грязь из земляного амбара. Было отмечено [1],[3] нежелательное появление на стенках скважины толстой корки, способствующей налипанию глинистых частиц на рабочие части бурильного инструмента (сальникообразование).
Другим осложняющим фактором являлось недостаточное противодавление грязевого раствора при бурении газовых пластов, что вело к появлению выбросов и открытых фонтанов. Только в 1914 г. [3-4] были предложены рекомендации по заливке ствола скважины глинистым раствором до устья.
Специалистами и учеными было установлено, что глинистый раствор -это гетерогенная смесь, в которой твердые частицы находятся значительное время во взвешенном состоянии, т.е. свойства бурового раствора максимально приближены к понятиям дисперсных систем. Данные представления стали опорными для создания теоретических основ учения о свойствах промывочных жидкостей [1],[4].
В свете представлений о промывочных буровых жидкостях, как дисперсных системах, необходимо отметить, что различные системы буровых растворов можно классифицировать по ряду признаков и направлений: технологическим свойствам, назначению и др. В этой связи, обоснованным является выделение различных типов промывочных жидкостей. Основой наиболее распространенного типа буровых жидкостей является пресная (техническая) вода, но неблагоприятное воздействие загрязнителей и сложности сохранения параметров и свойств утяжеленных растворов для некоторых условий бурения привели к созданию особых видов или видоизмененных типов растворов. Это положило начало созданию растворов специального назначения.
Первым раствором специального назначения был силикатно-натриевый, который применялся для разбуривания обваливающихся глинистых сланцев и отложений с высоким пластовым давлением, насыщенных соленой водой в районах Техаса и в Луизиане (на побережье Мексиканского залива). Этот раствор стал широко применяться с середины 1930 года и, как и многие другие, относится к классу растворов на водной основе (РВО)
Другим раствором специального назначения стал раствор на нефтяной основе. Этот раствор применяется для вскрытия пластов и лучшего освоения скважин, а также при разбуривании обваливающихся глинистых сланцев. П. Рельхаузен и Т. Бишкин в 1945 году [5] разработали рецептуру раствора на нефтяной основе на базе водонефтяной эмульсии (РНО), успешно примененную при разбуривании неустойчивых пород. Содержание воды в этом растворе регулировалось добавками бентонита или других материалов, обладающих свойствами гидратации. Такие растворы имели высокую фильтрацию, поэтому для снижения фильтрации и создания структуры раствор на нефтяной основе стали обрабатывать окисленным битумом и мылами [6].
В 1936 году была испытана в качестве бурового раствора расплавленная сера, но промышленного применения она не получила. В СССР в 1934 году В.С. Барановым и З.П. Буксом для обработки буровых растворов был предложен углещелочной реагент (УЩР), основой которого являются натриевые соли гуминовых кислот. УЩР обладает многофункциональными свойствами: является интенсивным пептизатором твердой фазы, особенно глинистой и эффективным понизителем водоотдачи.
Также с 1937 года для снижения водоотдачи растворов начали применять органические вещества, такие, как крахмал. Крахмал на буровой установке предварительно подвергался пептизации раствором каустика и только после этого добавлялся в глинистый раствор Довольно быстро были созданы различные сорта модифицированного крахмала, которые широко применяются и в настоящее время [4].
В результате изысканий в 1933 году К.Ф. Жигачом, И.М. Тимохиным, В.Д. Городновым была синтезирована и применена в бурении карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) как реагент для регулирования водоотдачи (в США этот реагент синтезировали в 1944 году). С этого времени наиболее широко применяемыми добавками при обработке растворов из числа органических реагентов являются крахмал и карбоксиметилцеллюлоза.
После 1945 года широко стали внедряться кальций-лигносульфонат, лигнин и ряд материалов, выделяющихся в виде побочного продукта при производстве целлюлозы из древесины. Суть вовлечения продукта переработки древесины заключалась в эффективности использования его при бурении интервалов, сложенных гипсовыми породами. Особенностью гипсовых растворов являются высокие предельные статические и динамические напряжения сдвига, что снижает их экслуатационные возможности. В 1953 году К. Гаррисом применены гипсовые растворы на месторождениях в районе Уиллистона (США), вязкость которых не увеличивалась (при температуре свыше 120 °С) по причине обработки их феррохром-лигносульфанатом (Q-Броксин) в качестве разжижителя. Феррохромлигно-сульфонат позволяет поддерживать в растворе на нормальном уровне параметры - вязкость и предельное динамическое напряжение сдвига, не допуская загустевания в условиях высокой температуры и низкой водоотдачи. В результате, после 1955 года гипсовые растворы, обработанные феррохром-лигносульфонатом, получают широкое распространение, вытесняя известковые растворы.
В дальнейшем эти растворы улучшились в результате повышения качества хромлигносульфоната, который при добавках в растворы на технической воде повышает их устойчивость к воздействию повышенного содержания глины, минеральных солей, гипса, цемента, а также высоких температур.
В 1955 году была разработана рецептура феррохромлигносульфонат (ФХЛС) и начался активный выпуск реагентов на основе лигносульфоната - Окзила, феррохромлигносульфоната (ФХЛС), разновидностей конденсированной сульфит-спиртовой барды (КССБ), большинство производств которых находилось на территориях нынешней Украины
, Чечни, Прибалтики .
Подъем отмечался в 50-70-е годы, когда начался период применения поверхностно-активных веществ (ПАВ) в нефтедобыче и их производства для получения растворов со специальными свойствами ПАВ применяются для борьбы с вспениванием раствора, загрязнением воды маслом, при бурении с использованием воздуха в качестве промывочной жидкости, смазочного материала для повышения работоспособности подшипников шарошечных долот, предотвращения прихватов и т.д.
Важным вкладом в совершенствование буровых растворов было внедрение полимера ХС (ксантановая смола), которая образуется в процессе воздействия микроорганизмов ксантомонаскампестрис на сахар, находящийся в подходящей среде. Полимер ХС является эффективным реагентом, обеспечивающим высокую несущую способность раствора на пресной или минерализованной воде. При низких скоростях сдвига этот полимер обладает исключительной способностью (псевдопластичностью) удерживать во взвешенном состоянии твердую фазу, но его вязкость заметно снижается с увеличением скорости сдвига [6],[3].
Известковые растворы как растворы специального назначения внедрялись постепенно, поэтому установить начало их применения очень трудно. Создание их является результатом опыта, полученным при разбуривании цемента или ангидрита разжиженными растворами с добавками каустика (раствора NaOH) и экстракта южно-американского растения квебрахо, в составе которого отмечается повышенное содержание дубильных веществ (таннидов). При этом впервые было установлено, что совместное присутствие указанных реагентов позволяет сохранять благоприятные технологические свойства бурового раствора [6].
Известковистые растворы начали эффективно использоваться с 1943 года в Восточном Техасе при разбуривании мощных пластов ангидрита, когда были использованы растворы с добавками крахмала для регулирования водоотдачи и каустика с доведением рН до 13 для предотвращения его ферментации. Раствор при этом имел низкое предельно статическое напряжение сдвига и высокую стабильность. Раствор, содержащий в больших количествах кальций, который предотвращал гидратацию частиц глинистого сланца, широко применялся на площадях Техаса и Луизианы, где разбуривание обломочных (кластических) глинистых сланцев было сопряжено с большими затратами ввиду сложности регулирования вязкости. Рецептура раствора совершенствовалась от скважины к скважине; в результате были установлены необходимые количества добавок каустика, определяемые значения рН, которое устанавливалось по содержанию кальция в растворе и разжижите-ля, используемого для регулирования вязкости. Кроме того, были получены другие данные, необходимые для лучшего регулирования качества раствора.