автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Разработка и использование комбинированных силикатных реагентов при бурении скважин

Р Г Б ОЛ

V I ' 11 :

ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКА/ШМИЯ ПКФТИ И ГАЗА ИМ. И.М. ГУБКИНА

На правах рукописи УДК 622.244.443:622.2483

ЗАХАРОВ АЛЕКСАНДР ПАВЛОВИЧ

РАЗРАБОТКА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМБИНИРОВАННЫХ СИЛИКАТНЫХ РЕАГЕНТОВ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН

Специальность 05.15.10 - Бурение нефтяных и газовых скважин

автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА - 1995

Работа выполнена на кафедре технологии и исследования буровых процессов Государственной Академии нефти и газа им. И.М. Губкина и в Апрелевском отделении Всероссийского научно-исследовательского геолого-разведочного нефтяного института

Научный руководитель - Кандидат технических наук

доцент В.М.Подгорнов

Официальные оппоненты - Доктор технических наук,

профессор А.М.Ясапшн

Кандидат технических наук, доцент B.C. Рыбальчеико

Ведущее предприятие - Государственное геологические предприятие

"У хтанефтегаз геология"

Зашита состоится в "йчас. на заседании специализированного

Совета К.053.27.08 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук при Государственной Академии нефти и газа имени ИЛ5.Губкина (ГАНГ им. И.М. Губкина) по адресу: 117917, Москва ГСП-1, Ленинский просп., 65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГАНГ им. И.М Губкина. Автореферат разослан " "_1995г.

Ученый секретарь Совета. К.053.27.08

Палий

иыцля ХАРАКТЕРИСТИКА РЛЬОТЫ

Актуальность проблемы. При бурении глубоких скважин на нефть и газ в различных регионах России и СНГ часто возникают затруднения, связанные с осыпями и обвалами неустойки выхтерригенных пород, интенсивной наработкой тонкодисперсной глинистой фазы и переходом ее в буровой раствор. Это приводит к снижению механической скорости бурения, созданию прнхватоопасных ситуаций, необходимости обработки бурового раствора химическими реагентами и, в конечном счете, удорожанию и замедлению процесса бурения скважин.

Значительным резервом повышения технико-экономнческих показателей бурения и качества строительства скважин является совершенствование технологии химической обработки глинистых растворов путем применения комбинированных реагентов многофункционального действия, в том числе на базе водорастворимых силикатных материалов, имеющих высокую степень экологической чистоты.

Разработка рациональных рецептур комбинированных химических реагентов позволяет свести к минимуму их расход и обеспечивает сохранение устойчивости ствола скважины.

Цель работы. Разработка комбинированных водорастворимых силикатных реагентов, добавок и концентратов буровых растворов многофункционального действия, обеспечивающих высокую технологическую эффективность при минимальном расходе материалов и приемлимом уровне экологической чистоты.

Осш>ш>це палачи исследования В диссертационной работе вили поставлены следующие основные задачи:

1. Исследовать особенности гелеобраэовамия сводных растворах силиката натрия при взаимодействии с различными минералами, органическими кислотами и модифицирующими добавками, оценить возможность регулирования кинетики гелеобразования и прочности структуры гелей, формирующихся с их участием.

2. Исследовать модифицирующие добавки с целью получения комбинированных водорастворимых силикатные реагентов широкого технологического спектра действия, максимально используя при этом отходы промышленных производств, заменяющих дорогостоящие и дефицитные компонента.

3. Исследовать влияние разработанных реагентов на основные технологические свойства буровых растворов, изучит их разжижающее, пластифицирующее, кнгибирующее действие, смазочные свойства.

4. Организоватьь централизованное производство опытных партий разработанных реагентов для промысловых испытаний, провести их промысловые испытания.

Научная новизна: 1. Экспериментально установлено, что наиболее эффективными структурообразующими компонентами безглинистых буровых растворов на основе жидкого стекла являются продукты конденсации силикат-ионов с борной кислотой, или борсиликатные гели.

2. Созданы комбинированные водорастворимые силикатные реагенты многофункционального действия на основе борсиликатного геля.

3. Докапана возможность регулирования кинетики гелеибразовапия, прочностных характеристик борсиликатпых гелей за смет применения модифицирующих добавок и, в частности, натриевых солей фосфора и бора.

- Подобраны и апробированы на практике эффективные рецептуры комбинированных водорастворимых силикатных реагентов, добавок и концентратов для приготовления и обработки буровых растворов.

Разработана технология промышленного производства модифицированного силикатного реагента (жидкого стекла) с улучшенными адгезионными свойствами.

- Организовано централизованное производство опытных партий комбинированных водорастворимых силикатных реагентов я поставки их в буровые производственные предприятия.

- Установлепа область рационального применения разработайте: реагентов.

Реализация работы в промышлеппостя: В период 1989-1994 годов прошли промысловые испытания и внедрены опытные партии комбинированных силикатных реагентов многофункционального действия в количестве более 1 тыс. т. Пробурено более 100 скважин в различных регионах России, в частности, в Тюменской области, республике Коми, Оренбургсколй, Мурманской, Иркутской, Сахалинской, Рязансхой, Московской областях, Красноярском и Краснодарском краях, в Республике Саха-Якутия, Чечне. Апробапия работы. Основные положения диссертационной работы доложены на совещаниях по распространению передового опыта и на научно-технических

Советах о ГГП Ухтанефтегазгеплогия (Ухта, 1989-1990 гг.), ЕнисеГшефтеплгеология (Красноярск, 1989 г.), Лпрелевском отделении ВНИГНИ (1990 г.), па семинаре «Золь-гель процессы получения неорганических материалов» (Пермь, 1991 г.), на 4-м Международном симпозиуме по горной химии (Киев, октябрь 1992 г.).

Публикапии: Основное содержание диссертации изложено в 17 статьях. Объем работы: Диссертация состоит из введения, 5 разделов, основных выводов и рекомендаций, приложений. Она паписана на е., включает рис., табл., список использованной литературы из наименований. Приложения даны на с.

Автор выражает особую признательность и благодарность Коновалову Евгению Алексеевичу за помощь и содействие в подготовке ряда материалов диссертации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первом разделе диссертации проанализированы научные и практические результаты применения существующих силикатных растворов и реагентов при бурении скважин.

В буровой практике из силикатных реагентов преимущественно используют натриевое жидкое стекло в качестве ингибитора разупрочнения терригенных пород, структурообразователя буровых растворов и ускорителя схватывания тампонажных смесей. К несомненным достоинствам этого реагента относятся доступность, относительная дешевизна, экологическая чистота.

Наибольшее распространение получили малосиликатные глинистые растворы (МСГР), с содержанием жидкого стекла в пределах 2-4% (объем.).

(Адель И.В., Никитин В.II., 1V56 г.). И некоторых случаях жидкое стекло используют в качестве основного структурообразователя при приготовлении силикатно-солевых растворов (Городнов В Л., Белов B.I1. и др., 1962 г.) и силикатных солегелен (Ангелопуло O.K., Подгорнов В.М., Белов В.11. и др_, • 1967 г.) с содержанием жидкого стекла до 20% (объем.) и более.

Для борьбы с обвалообразованием в неустойчивых терригенных породах разработан гуматно-силикатньга реагент (ГСР) на основе водорастворимого силиката натрия и бурого угля (Андресон Б.А., 1960 г.), а также торфо-силикатный реагент (Ангелопуло O.K., 1980) . Оптимальная добавка реагентов з малоглинистый раствор составляет 5-10% (объем.).

В качестве структурообразователя высокоминерализованных буровых растворов и непосредственных буровых растворов используются полимерные алюмосилнка-пше растворы (ПАСР, Коновалов Е.А. и др., 1978 г.) и полимеряо-солевые асбогелевые силикатные растворы (ПСАГР, Ангелопуло О JC, Коновалов Е.А. и др_, 1981 г.), которые готовятся в условиях буровой.

Жидкое стекло предложено применять также в сочетании со смолами, нитршггринитрофосфоной кислотой и другими соединениями (Шарапов А.М. и др., 1989, Бабушкина М.И., 1971, Бикчурин Т.Н. и др., 1985, Ахметшина И.З. и др., 1989, Шелдыбаев В.Ю. я др., 1989 г.). Как дополнительный структурообразователъ жидкое стекло применяют в торфяных, асбестовых (Ангелопуло O.K. и др.,1988) и сапропелевых (Косаревнч И.В. и др.,1987) системах.

Для обработки безглинистых минерализованных буровыхрастворов ГАНГ

- ьим. И.М.Губкина предложен реагент «Хромлигноскл», в состав которого входит ССЬ, асбест, жидкое стекло и хромпик (Калаба В.И. и др., 1987 ). Этот реагент рассматривается как микродобавка для повышения ингибирующей способности • буровых растворов.

Наряду с достоинствами рассмотренных выше силикатных систем для них характерен ряд недостатков, в частности трудности регулирования фильтрационных и структурно-реологических свойств, значительный расход жидкого стекла, довольно узкая область применения. Современный опыт показывает высокую эффективность комбинированных реагентов многофункционального действия (ингибирующего, разжижающего, пластифицирующего, смазочного). Основой для таких может быть широко распространенный силикат натрия, отличающийся способностью образовывать структуру и предрасположенностью к модифицирующим воздействиям со стороны большого количества химических материалов.

На основании проведенного анализа научных и практических результатов применения силикатных систем сформулированы указанные ранее цель п основные задачи исследований.

Второй раздел диссертации посгящен исследованию физико-химических процессов, приводящих к образованию гелей кремниевой кислоты. Предпочтение отдавалось борсиликатным гелям, как наиболее полно отвечающим технологическим требованиям, предъявляемым к обработке и применению буровых растворов. Это послужило основными предпосылками для более детальных исследований борсиликатных систем. Исследования проводились под руководством проф. Шабановой Н.А. на кафедре коллоидной химии РХТУ им.

ИЛ. Менделеева традиционными методами коллоидной химии (потенциометрическое титрование, электрофорез, кинетика электролитной коагуляции).

Сопоставление результатов исследований с различными кислотами показало специфический характер влияния борной кислоты на кинетику гелеобразования и прочность геля, особенно в шелочной области (рН > 8,8). Как видно из рнс.1 н 2, скорость гелеобразования, и упрочнения геля в случае применения борной кислоты выше, чем при использовании других кислот.

Вероятно, специфичность борсиликатных гелей определена особенностью образования борсиликатных комплексов в щелочной области по схеме:

В этой схеме одна силанольная группа кремниевой кислоты взаимодействует с одной ОН-группой борной кислоты.

Результаты исследований силикатных систем с различными модифицирующими добавками показали, что скорость гелеобразования и упрочнения гелей кремниевой кислоты зависят не только от показателя рН, но и от природы агента-гелеобразователя.

Так, при использовании совместно с борной кислотой триполифосфата натрия (ТПФН) и тетрабората натрия (буры) скорость гелеобразования и упрочнения геля в щелочной области возрастает на 20 - 2596 по сравнению с применением борной кислота. В результате расширяется рабочая область гелеобразования и сокращается расход весьма дорогостоящей борной кислоты.

ОН'

Рис.1 Зависимость относительного времени гелеобразования £"«

от показателя рН.

С*.0Г 1'6%: ^Ч^те^мГ + НС1

Рис.2

Влияние природы кислоты на кинетику \прочнения гелей: рН = 9 2-

Таким образом, были экспериментально подтверждены теоретические предпосылки о возможности использования борсиликатиых систем (гелей) в качестве структурообразующей основы для целей бурения скважин. Дальнейшими экспериментами установлена принципиальная возможность регулирования технолопгческих свойств борсиликатиых гелей с помощью модифицирующих добавок.

В третьем разделе диссертационной работы на основе результатов исследований, изложенных в предыдущих разделах, разработаны рецептуры борсщшкатных растворов и комбинированных реагентов на базе борсиликатиых систем для бурения скважин. Исследования конкретных рецептур комбинированных водорастворимых силихатных реагентов проводились на лабораторном оборудовании для исследования буровых растворов, в том числе на оригинальных экспериментальных установках, используемых специалистами отрасли.

Борсилнхатсгае растворы (БСР). Одними из первых разработок из серии комбинированных силикатных систем являются борси-тикатные растворы, стабилизированные полимерными реагентами (водорастворимые эфиры целлюлозы, крахмальные реагепты). Наибольший интерес с точки зрения возможности практического применения прдвставляет БСР, стабилизированный экстр узионньтм крахмальным реагентом и засолонеиный хлоридхми натрия и кальция. Основой этого раствора, хак и в других случаях, является борсиликатпый гель. Такие борсиликатные растворы хорошо поддаются утяжелению, термостабильны до 140° С Способ получения БСР защищен авторским свидетельством СССР ( 16999916). Высокой эффективностью

обладает применение БСР в качестве структурирующей и ипгибирующей добавки к высокоминерализованным буровым растворам (включая безглинистые).

При добавке БСР в количестве 2-3% (объем.) в пресные глинистые растворы повышается глипоемкость системы при сохранении в пределах приемлимых значений ее фильтрационных свойств.

С целью расширения диапазона применения комбинированных водорастворимых силикатных систем были проведены исследования по поиску и применению активных добавок для модификации исходного босиликатного геля и придания ему необходимых технологических свойств. При этом предпочтение отдавалось применению дешевы* материалов или использованию промышленных отходов, являющихся заменителями дорогостоящих и дефицитных компонентов, выпускаемых серийно. Наибольшую эффективность показали: Триполи фосфат натрия (гелеообразователь), УЩР (регулятор фильтрационных и реологических свойств), полиакриламнд (регулятор содержания твердой фазы), отходы кремнийорганического производства КДС-1, КДС-2 (регуляторы фильтрадионных и реологических свойств), отходы производства растительпых масел (смазка).

Б результате исследований астнвных добавок были разработаны, исследованы и успешно испытаны в промысловых условиях комбинированные силикатные реагенты, добавки и концентраты, наиболее эффективные из которых приведены в табл. 1. Рассмотрим более детально разработанные реагенты.

Силикатный углещелочпой фосфатный реагент - борный, СУФР-Б, получен за счет обработки борсиликатов УЩР и фосфатами натрия, введенными в определенный момент конденсации структурообразующей фазы (метод

Таблица I

Краткая характеристика разработанных комбинированных силикатных рсагонтоп, добавок и концентратов

Т

Щ ! п/п!

Наименование

Состав

Область применения; оптимальная концентрация и Суровом растшре, $

I. СнликатниН углещслочноК Досфатный реагент борный, СУФР-Б

Н3В03

товарное жидко а стекло-

5$:эксл,Т>узион1шй крахмальный реагент, ЭКР - 3$; Н90 - остальное

2. Концентрат бурового раствора, КДС-1 - 10-15$: У.ЦР - 15-20%; КОБРА-С ТПФН - 0-10%; ЙАА - 0,1-0,22:,

товарное жидкое стекло - 5-1(3%

.Силикатная комбинированная добавка, СКД-2М

товарное жидкое стекло - 45-50$; ТП<Ш - 1$; КДС-1 - 20-30?'; кубопые остатки олеиновой кислоты, КОК -3-5$,

1120 - остальное

Силикат натрия борный соле- товарное жидкое стекло - £30-85$; вой, СНЕС расплав солей, отход производства,

Ш1АВ-1 - 15$; бура - 2$; " " тальиое

Н20 - ос-

5. Комбинированная борскликатная Н3В03 - 0,3-0,4$; отработанное смазочная добавка. РАМЕС ПОДсолнсчноо масло, отход производства, ОГК - 55-60%; товарное жлдкое стекло - 0,2-0,3$; ^О-остальное

6. Комбинированная смазочная добавка, СДЭБ

отработанное подсолнечное масло, отход производства, ОПМ - 50-60$; кубовые остатки олеиновой кислоты, КОК - 2-3$; товарное жидкое стекло-

Уме ньше ни е сгруктурно-реологиче ских свойств бурового раствора, повышение устойчивости ствола скваашны;

0,1-0,6$, объем.

Структурообрпзователь, ингибируодая добавка для полимерно-солевых, асбо-гелешх и других шшсрплизованннх буровых растворов; 5-20$, объем.

Компонент для приготовления полиморно-солвшх, нсбогелевых и других минерализовании« буровых растворов; 15-30$, объем.

Уменьшение коэч>;лциента трения, липкости бурового раствора, повышение ингибнруюг.его действия;

0,2-1,5$, объем.

«I

3-5$;

Н20 - остальное

регулирования дисперсности использован В.М. Подгорновым нрк приготовлении гидро- и солегелевых растворов). Комбинированный реагент СУФР-Б эффективно разжижает и одновременно ингибирует глинистые растворы при минимальном расходе. С целью достижения максимального разжижающего эффекта концентрации ТПФН и УЩР соответствовали их предельной растворимости в воде. С целью уменьшения расхода борной кислоты (до 1,8-2,5%) и жидкого стекла (до 7-10%), повышения стабильности, разжижающей и иэтибирующей способности в составе СУФР-Б в качестве дополнительного компонента применялись кубовые остатки олеиновой кислоты в количестве 0,5-2,0% (объем.) (паг. СССР 1790591).

Как показали лабораторные, а затем и промысловые испытания, уже при добавке 0,1-0,2% (объем.) СУФР-Б к глинистым растворам обеспечивается существенное уменьшение структурно-реологических показателей при стабилизации фильтрациошшх хара}стеристик.

Ингибирушдзя способность СУФР-Б была исследоЕана на установке "КЕРН-5" по методике ЭЛ. Оголвхипа, позволяющей прегдазировать скорость пластической деформации и время устойчивого состояния пород в приствольной зоне скважины.

Сравнительные исследования проводились в среде дизельного топлива и глинистого раствора, обработанных битумным концентратом в качестве ингибитора разупрочнения в среде глинистого раствора, обработанного СУФР-Б, при температуре 120°С и всестороннем гидравлическом обжиме 20 МПа на искусственных образцах керна, моделирующих неустойчивые аргиллиты. Как показали исследования, СУФР-Б повышает деформационную устойчивость

аргиллитов в растворах на волной основе при концентрации реагента 0,2-0,6% (объем.) и по характеру действия приближается к углеводородной среде (рнс.З).

Рис.З Объемная деформация аргиллита вразлнчных средах в зависимости

концентрации ингибитора разупрочнения (Т=120°С; Робж=20 МПа):

1 - глинистый раствор с добавкой битумного концентрата

2 - глинистый раствор с добавкой СУФР-Б

3 - дизельное топливо с добавкой битумного концентрата

Борсиликатная смазочная добавка РАМБС (пат. СССР 4936494/03) представляет собой эмульсию, в которой в качестве водной фазы используется борсиликатный гель, а заменителем углеводородной фазы служит отработанное

подсолнечное масло (ОПМ). Исследования смазочной способности буровых »

растворов, обработанных РАМБС, проводились на 4-х шариковой машине "ШШНТ (США), машине трения МТ-1 конструкции Уфимского нефтяного

института и прибора для измерения липкости конструкции НВ НИШ' и МС.

Установлено, что при содержании РАМБС в глинистом растворе в пределах от 0,5 до 1,5% (объем.) повышается величина критической нагрузки (соответствующей переходу от нормального режима трения к механическому повреждению по контакут"металл-металл") в 5-8 раз, липкость глинистой корки уменьшается на 30-50%, коэффициент трения - в 1,5-3 раза. По эффективности действия добавка 0,8-1,0% (объем.) РАМБС равноценна введению в буровой раствор 5-7% нефти. При этом отмечается уменьшение вязкости и показателя фильтрации при практически неизменных значениях статического напряжения слвига и реологических показателей.

Исследования, проведенные вГГП Ухтанефтегазгеология и СевКавНИПИгаз, показали, что для промысловой практики с точки зрения смазочных свойств глинистых растворов вполне достаточна добавка 0,2-0,4% (объем.) РАМБС

Смазочная добавка СДЭБ отличается от РАМБС тем, что в ней борная кислота заменена на кубовые остатки олеиновой кислоты (КОК). Предполагалось, что жидкое стекло, способное омылять жирные кислоты, при взаимодействии с КОК, содержащими кроме олеиновой кислоты и ее ближайшие гомологи, в среде "ОПМ-вода" позволит получать однородную эмульсию. Последняя при высоком содержании ОПМ (более 60-70%), в свою очередь обеспечивает хорошую смазочную способность, а омыленные кислоты дополнительно повысят ивгибирующую способность обработанного СДЭБ глинистого раствора. '

Выбор олеиновой кислоты определился еще и тем, что она относится к числу весьма эффективных ингибиторов коррозии. Рациональные рецептуры СДЭБ

определили, как и в случае с РАМБС, по результатам испытаний на машинах трения и приборах липкости. Такая смазочная добавка при введении в глинистый раствор в количестве до 1,5% (объем.) обеспечивает 8-9-кратное повышение критической нагрузки, соответствующей переходу от нормального режима трения к механическому повреждению по контакту "металл-металл", значительное увеличение работоспособности узлов трения.

Прихватоопаснослъ фильтрационной корки оценивали ее липкостью по усилию отрыва стального образца на установке ГрозНИИ, а также на приборе НВ НИИГГ и МС. Опыты показали, что эффективность СДЭБ и РАМБС примерно одинакова. Промысловые испытания подтвердили результаты лабораторных и стендовых испытаний.

Концентрат бурового раствора КОБРА-С, как и СУФР-Б, предназначен для обработки глинистых растворов с целью снижения структурно-реологических свойств и повышению крегшцего действия при бурении в неустойчивых терригенных отложениях. Дополнительным требованием, предъявляемым к этому реагенту, являлось повышение глиноемскости бурового раствора. Для достижения поставленной дели в состав концентрата, наряду с УЩР и ТПФН, ввели ПАА и кремнийорганическую добавку КДС-1 (отход производства завода "КремнийполЕмер"), хорошо зарекомендовавшую себя ранее в качестве кольматируюшего реагента в полимерно-солевых растворах. Приготовление КОБРА-С заключается в последовательном растворении в воде КДС-1 (10-15%, масс.), ТПФН (8-10%, масс.), УЩР (9-10%, масс.), ПАА (0,1-0,2%, масс.) с последующей добавкой жидкого стекла (10-15%, объем.). Лабораторные исследования показали, что при добавке 0,2-0,5% (объем.) КОБРА-С

достигается существенное разжижение вязких глинистых растворов.

Отличительной чертой КОБРЛ-С является высокая глиноемкость обработанных этим реагентом глинистых растворов. Последнее обстоятельство позволяет рекомендовать КОБРЛ-С для обработки глинистых растворов при разбуривании легкодиспергирующихся глин.

КОБРА-С может использоваться, после 15-20-кратного разбавления технической водой, в качестве бурового раствора для бурения неглубоких скважин, когда к струхтурно-реолопгческим показателям растзора не предъявляются жесткие требования.

Сравнительные испытания бентонитовых растворов, обработанных КОБРА-С, СУФР-Б, а таюхе хлоркалышевого и чефтеэмульсионного растворов показали, что наименьшее увлажнение образцов керна имело место при воздействии на них раствором, обработанных 2% (объем.) КОБРА-С.

Силикатная комбинированная добавка СКД-2М отличается тем, что в ее состав входят кубовые осгатхи олеиновой кислоты (2-4%, объем.) и вместо КДС-1 используется КДС-2 (шлам очистных сооружений Мытищинского химзавода), содержащий остатки органики от производства вискозного волокна, а также сульфаты и гидроксиды железа, кальция и цинка. Содержание КДС-2 в реагенте составляет 20-30% (масс.), товарного- жидкого стекла - 20-25% (объем.). Основное назначение СКД-2М - структурирование полимерно-солевых растворов, широко применяемых в Восточной Сибири. Применение СКД-2М вместо товарного жидкого стекла позволяло получить безглинистые растворы с удовлетворительными технологическими свойствами.

Силикат натрия борно-солевой, СНБС. Для приготовления СНБС

используются жидкое стекло, бура и кальцинированная сода. В СНГ>С кальцинированная сода заменена на реагент ПЛЛВ-1 (отход АО Лромасинтез), получаемый при сжигании органических!! неорганических отходов производства синтетических душистых веществ и содержащий в своем составе карбонат (2834% масс.), хлорид (31-39% масс.), сульфат натрия (13-18% масс.) и калия (612%, масс.). СНБС получали путем обработки бурой (2-3% масс.) и ПЛАВ-1 (12-15% масс.) товарного жидкого стекла, разбавленного на 20-40% водой.

Модифицированное жидкое стекло получали в процессе производства жидкого стекла традиционным автоклавным способом, добавляя к силикат-глыбе ТПФН (2-59Ь масс.) или буру (1-3% масс.). Как показали лабораторные исследования, получаемые таким образом жидкие силикат натрия фосфатный (СНФ) п силикат натр!!я борный (СНБ) отличаются повышенной вязкостью. Автоклавный режим варки модифицированного жидкого стекла практически соответствует используемому на практике технологическому режиму (например, на Бутовском комбинате стройматериалов). При этой достигалось сокращение времени варки по сравнению с обычным товарным жидким стеклом примерно па 15-20%.

Опытные партии СНФ и СНБ использовались при производстве силикатных реагентов СУФР-Б, КОБРА-С в Апрелевском отделении ВНИГНИ, а также при проведении промысловых испытаний в ГГП Ленанефтегазгеология и Етюейнефтегазгеология. По данным лабораторных исследований, применение / СНФ и СНБ вместо товарного жидкого стекла сокращает расход силикатного компонента в буровых растворах на 20-30%.

Четвертый раз пел диссертационной работы посвящен вопросам

организации производства опытных партий комбинированных водорастворимых силикатных реагентов. Если модифицированное жидкое стекло СНФ и СНБ может быть изготовлено на специализированных предприятиях, выпускающих жидкое стекло автоклавным способом, то комбинированные водорастворимые силикатные реагенты, рассмотренные выше, могут быть изготовлены как непосредственно на буровой, так и централизовано, на базе предприятий, имеющих так называемый "глинозавод" с комплектом перемешивающих устройств (глино- или гидромешалки).

С участием автора на базе Апрелевского отделения ВНИГНИ был организован специализированный буровой участок, где изготавливались опытные партии комбинированных водорастворимых силикатных реагентов многофункционального действия по разработанным технологическим картам. Качество свежеприготовленных реагентов проверялось в соответствии с временными техническим условиями. За период работы участка с 1989 по 1994 годы было изготовлено и поставлено буровым предприятиям более 1 тыс. т комбинированных силикатных реагентов, добавоки концентратов. Наибольшим спросом пользовались такие реагенты, как СУФР-Б, КОБРА-С и РАМБС (реализовано более 600т). Основная часть продукции поставлена в Тюменскую область и Коми Республику.

В пятом разпкпа диссертации приводятся результаты опытно-промышленного применения разработанных комбинированных силикатных реагентов и модифицированного жидкого стекла. Все рассмотренные выше реагенты успешно прошли промысловые испытания при бурении более 100 скважин в Коми Республике, Тюменской, Мурманской, Оренбургской,

Иркутской, Сахалинской, Московской, Рязанской, Тульской областях, Красноярском и Краснодарском краях, Республике Саха-Якутия, Чечне.

Первые промысловые испытания реагента СУ<1>Р-Б были проведены в ГГП Ухтанефтегазгеология (скв. 1 Южно-Терехеховенской площади) и в Мегионском УБР (скв. 487 Бабинского месторождения). В обеих скважинах уже после введения в циркулирующий буровой раствор 0,1-0,2% (объем.) СУФР-Б удалось прекратить обвалы и осыпи. Хорошие результаты первых испытаний позволили рекомендовать СУФР-Б к массовому применение в Тюменской области (где он применялся под фирменным названием "Кольмасил"). Была подтверждена хорошая разжижающая способность реагента; после добавки 0,2-0,5% (объем.) реагента статическое напряжение сдвига снижается с 60-80 дЕа до 5-20 дПа, а условная вязхость - с 50-80с до 20-30с. Показатель фильтрации Ф^ при этом остается неизменным, или немного уменьшается (на 1-3 см).

В случаях, когда не было необходимости уменьшать структурно-реологическиепоказателираствора, обработку проводилинепосредстзенноперед проведением геофизических исследований и спуском обсадных колонн с целью сокращения затрат и времени на подготовку ствола скважины. Таким образом, промысловые испытания подтвердили эффективность реагента СУФР-Б (Кольмасила), ках разжижителя и понизителя фильтрации глинистых растворов.

Аналогичные результаты дали испытания реагента КОБРА-С в Коми Республике (скв. 2 Чулейской площади). Было отмечено, что реагент КОБРА-С способен предотвращать интенсивный переход глинистых пород в буровой раствор и его загустевание. При использовании КОБРА-С расход реагенгоп-понизителей фильтрации сокращается по меньшей мере на 50%. Широкие

испытания К.ОБРА-С в ряде буровых организаций Тюменской области в 1990 году (более 10 скв.) подтвердили целесообразность и высокую эффективность применения КОБРА-С при разбуривании высококоллоидных глин.

В ходе промысловых испытаний была показана целесообразность применения КОБРА-С, как и СУФР-Б, совместно со смазочной добавкой РАМБС или СДЭБ. Впервые такие обработки провели в Усинской НГРЭ, ГГП Ухтанефтегазгеология (скв. 84 Рагозинской площади).

Индивидуально смазочные добавки РАМБС и СДЭБ были испытаны при бурении более 20 скважин в Тюменской, Мурманской, Оренбургской, Иркутской областях, Коми Республике. Испытания подтвердили совместимость разработанных добавок со всеми химреагентами, используемыми в буровой практике. В ходе испытаний было установлено, что добавки РАМБС в количестве 0,4-0,5% (объем.) вполне достаточны для обеспечения безосложненой проводки скважин в терригенных и терригенно-карбонатных отложениях.

В Тюменской области к обработкам РАМБС и СДЭБ приступали, как правило, перед проведением каротажных работ и спуском обсадных колонн.

Силикатные структурирующие добавки БСР, СКД-2М, СНБС и модфифицированное жидкое стекло СНФ и СНБ испытали в ГГП Енисейнефтегаз геология и Ленанефтегазгеологая при бурении более 20 скважин в карбонагно-галогенных отложениях.

Испытания боренликатного растЕора, БСР, стабилизированного ЭКР, провели при бурении скв. 104 и 108 Юрубченсхон площади в интервалах залегания неустойчивых аргиллитов. В обоих случаях БСР использовали в качестве структурообразующей и ингибирующей добавки к минерализованным

малоглинистым буровым растворам. Для приготовления БСР применяли как товарное, так и модифицированное жидкое стекло СНФ, причем в последнем случае расход силиката натрия сократился на 25%.

В ходе промысловых испытаний подтвердился стабилизирующий эффект БСР при бурении в неустойчивых аргиллитах. БСР хорошо совмещается с минерализованными буровыми растворами, а также с безглинистыми растворами, при приготовлении которых использовались соли алюминия и фосфаты, однако оптимальный расход его при этом увеличивается до 5-10% (объем.).

Успешными были испытания СНБС и СКД-2М в качестве структурообразующих добавок при приготовлении полимерно-солевых, асбогелевых растворов, гидрогелей магния. Наибольший эффект был получен при испытаниях СКД-2М в ГГП Еяисейнефтсгаз геология (скв. 45 Юрубченской площади), кощарасходматериалов на обработку минерализованного глинистого раствора был уменьшен почти в 6 раз, а затраты времени - в 3,7 раза.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Учитывая положительный опыт применения в сложных геологических условиях буровых растворов, содержащих жидкое стекло, и выявленные недостатки этих систем, следовало продолжить работы по созданию способов модификации товарного жидкого стекла и созданию химреагентов для обработки глинистых растворов, концентратов-струстурообразователей безглинистых растворов с использованием недефицитных и в основном экологически чистых материалов. *

2. Экпериментально в лабораторных, в затем и в промысловых условиях

доказана возможность сокращения в 10-100 раз расхода товарного жидкого стекла при применении комбинированных водорастворимых силикатных реагентов по сравнению с некоторыми существующими силикатными реагентами и методами обработки с получением комплексного воздействия на свойства бурового раствора и горные породы.

3. Доказана принципиальная возможность применения борсиликатных гелей а качестве основы для комбинированных водорастворимых силикатных реагентов многофункционального действия, применяемых при бурении скважин.

4. Установлена и исследована восприимчивость борсиликатных гелей к обработке структурирующими, пластифицирующими и смазочными добавками.

5. На прахтике подтвеждена возможность сокращения расхода товарного жидкого стекла при приготовлении комбинированных водорастворимых силикатных реагентов за счегг замены его на силикат натрия, кодифицированный фосфатами или боратами натрия. Отработана технология и осуществлено изготовление в заводских условиях опытных партий модифицированного жидкого стекла.

6. Организовано централизованное производство опытных партий комбинированных водорастворимых силикатных реагентов на специализированном участке в Алрелевсхом отделении ВНИГНИ. Общее количество изготовленных на этом участхе реагентов превысило 1 тыс. т за период 1989-1994 годов.

7. Разработаны эффективные рецептуры различных комбинированных водорастворимых силикатных реагентов. Борсиликатный раствор БСР, реагенты СУФР-Б и РАМБС защищены авторскими свидетельствами и патентами.

8. Покачана возможность применения в качестпе составных компонентой к модифицирующих добавок к комбинированным водорастворимым силикатным реагентам многотоннажных отходов произподства подсолнечного масла, кремпнйорганического производства, кубовых остатков олеиновой кислоты, плавов солей и др., заменяющих дорогостоящие и дефицитные товарные материалы.

9. С помощью со времени ыхметодов коллоидной химии исследованы физико-химические процессы структурообразования в силикатных гелях разлитого состава.

10. Изучено влияние внешних факторов в скважине на технологические свойства буровых растворов, обработанных комбинированными водорастгаримыми силикатными реагентами, и показала область рационального применения данных систем.

И.Разработзлныекомбинированныеводорастворямыесиликатныереагенты успешно использовались при бурении более 100 скважин в различных регионах России л СНГ, в частности, в Тюменской области, Республике Коми, Красноярском и Краснодарском краях, Республике Саха-Якутия, Иркутской, Сахалинской, Мурманской, Московской, Рязанской и др. областях, в том числе при бурении морских и наклонно-направленных скважин.

Основное содержание диссертационной работы изложено в 17 статьях, в том числе:

1. Копог-алов ЕЛ., Захарсз Л.П., Григорьев С.М. и др. Совершенствование рецептур бурорцх растворов для бурения глубоких скважин в неустойчивых отложениях// Нефтяное хозяйство, 1979, Ко 9, с. 34-39.

2. Коновалов Е.Л., Захаров А.П., Янкевич В.Ф. Применение силикатно-кальциевой суспензии для обработки буровых растворов в Якутии.// Бурение газовых и газоконденсатных скважин. - Реф. сб. ВНИИЭГазпрома, 1979, вып. 3, с. 23-31.

3. Коновалов Е.Л., Захаров АТЦ Шумилина ТА, Розов AJI. Применение комбинированных силикатных реагентов при бурении скважин // Газовая промышленность, 1990, No 8, с. 26-28.

4. Zakharov A, Konovalov Е. Silicon-Based Additives Improve Mud Rheology // OU and Gas Journal (USA) - 1992, VoL 90, No 32, pp. 61-64.

5. Konovalov E, Shabanova N-, Silos L, Zakharov A. Boron-Silicate Chemicals for Drilling Oil and Gas Wells //Материалы 4-го Международного семинара по горной химии, 6-9 октября 1992г., Киев, Украина.

6. Силос. И.В, Шабанова НА, Голубева Е.В, Коновалов Е.А, Захаров А.П. Закономерности влияния минеральных кислот на кинетику геяеобразования в коллоидном кремнеземе // Коллоидный журнал, 1993, т. 55, No 1, с. 145-151.

7. Захаров А.П. Испытания композиционных силикатных реагентов. -Геологическое изучение и использование недр, АОЗТ ТЕОИНФОРММАРК" Комитета Российской Федерации по геологии и использованию недр, Информационный сб., М, 1994, вып. 5-6, с. 30-36.

8. Zakharov A, Konovalov Е, Ivanov Y. Innovative Mud Additives Developed From Industrial Wastes. - Oil and Gas Journal, 1994, VoL 92, No 51, pp. 112-114.

Соискатель