автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Разработка минерализованных буровых растворов для проводки скважин в глинистых отложениях

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА. ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЩШ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ НШШ И ГАЗА ИМЕНИ И.М.ГУБКИНА

На правах рукописи Для служебного пользования Экз. № •

Ш1АЕА Владимир Иванович

УД{ 622.243.144

РАЗРАБОТКА {.ЙНЕРАЛЙЗОВАННЫХ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ ДЛЯ ПРОВОДКИ СКВАЖИН В ГЛИНИСТЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ

Специальность 05.15,10 -Бурение скважин

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

: -. НУ

Москва - 1991 ....... '

п *г :5/

Работа выполнена ь Московском ордена Октябрьской революция и ордена Трудового Красного Зншгени институте нефти и газа имени И.М.Губкина.

Научный руководитель:

доктор технических наук,профессор ЛЕОНОВ Е.Г.

Официальные оппоненты:

доктор технических кар.;,профессор

еадещий ю.в. свшиоэнг)

кандидат технических наук бардок в.в. (вйиибт)

Ведущее предприятие: Научна-цроизводственное

объединение по сверхглубокому бурении-и комплексному изучению недр Земли "Недра" (НПО "Нгдра")

Зацита состоится 1991 г. в /,5" часов

на заседания специализированного совета К.053.27.08 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук при Московском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени институте нефти и газа имени И.М.Губкина (КИНГ им. И.М.Губкина) по адресу:

117917, Москва ГСП-1, Ленинский проспект, 65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ШНГ им. Губкина.

Автореферат разослан "/4" (Л-ШлЯ. 1991 г.

Ученый секретарь слециализированнйго совета, доцент / л^мшг А.О.

ОБЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актульность проблемы. Эффективность бурения скважин в сложных геологических условиях в значительной степени зависит от качества буровых растворов. В неустойчивых породах используат преимущественно минерализованные буровые растворы (МЕР), поэтому для исследования в настоящей работе вьбран этот тип растворов.

Анализ отечественного и зарубежного опыта использования МБР показал, что наряду с положительными они обладают и отрицательными свойствгья, среди которых следует, прежде всего, выделить трудности с регулированием технологических параметров,.по-вьшоннув материалоемкость, снижение бурикости горных пород, отрицательное влияние растзороз на окружающую среду. Изучение этих вопросов при разработке минерализованных буровых растворов для проводки скваздн в глинистых отложениях позволит повысить эффективность буровых работ.

Работа выполнена в соответствии с заданием 1.2.2 "Разработать эффективные технологические решения и технологию бурения, обеспечивающие комплексное освоение месторождений горючих ископаемых, утилизацию отходов и сохранность окружающей среды" (срок выполнения 1Ш7 - 1995 г.г., головная организация МИНГ им. И.М.Губкина} целевой комплексной программы "Рациональное, комплексное использование минеральносырьевых ресурсов в народном хозяйстве на 1987 - 1990 г. и период до 2000 г.", утвержденной постановлениями СМ и Госплана СССР.

Цель работы. Разработка способов повышения эффективности применения Ш5Р на основе изучения влияния их на разупрочнение глинистых пород и буримость.

Основные задачи исследования. В диссертационной работе

были поставлены следующие основные задачи:

1. Разработать методику оценю! ингибирущей способности буровых растворов.

2. Уточнить механизм разупрочняющего влияния бурового раствора на глинистые породы в стенках скважины.

3. Провести анализ промысловых данных по влиянию минерализованных растворов на буримость горных пород.

4. Разработать практические рекомендации по профилактике отрицательного влияния минерализованных растворов на буримость горных пород.

5. Создать рецептуры МЗР пониженной материалоемкости, а также рекомендации по обработке ингибирущих растворов.

6. Апробировать и внедрить отдельные рекомендации при бурении скважин.

Научная новизна. Впервые по оригинальной методике исследовано совместное влияние скоростей пропитки и набухания на разупрочнение глинистых пород буровыми растворами и рассмотрен возможный иаханизм этого процесса, базирующийся на основных положениях физико-химки дисперсных систем.

Разработаны методики изучения разупрочнянцего влияния буровых растворов на глинистые породы и оперативной оценки их ин-гибирутацих свойств, в основу которых положена предложенная модель разупрочнения.

Установлено, что эффективной ингибирующей способностью об-ладаат микрополидобавки - МВД, представляющие собой смэсь веществ различной природы.

Созданные рецептуры реагентов и безглкнистых буровых раст-зоров защищены 6 авторскими свидетельствами.

Практическая ценность. Реализация работы в промышленности.

Предложена методика оценки ингибирутацей способности буровых растворов, позволяющая упростить процедуру выбора состава и свойств буровых растворов за счет использования менее трудоемких для определения показателей - скоростей пропитки и набухания.

Разработаны составы микрополидобавок, обладающих высокой ингибиругацей способностью по отношению к глинистым породам.

Созданы и внедрены гидрогельмагниевые растворы пониженной материалоемкости, которые при бурении двух скважин в условиях Восточной Сибири позволили получить экономический эффект 176133 руб.

Основные положения диссертации использованы при разработке рекомендаций и технических проектов на строительство сверхглубокое скважин з Прикаспийском регионе ( сквалины Кузнецовская СГ, Карачаганакская СГ и Ко с куль екая СГ ), а также в технологических регламентах на буровые растворы для скважин Дер-кульскак СГ-и Утвинская СГ»

Апробация работы. Вопросы, составившие содержание работы дскладнватась на техническом совещании в ПГО "Енисейнефтегаз-геологяя" (г. Красноярск, 1982), на Московской городской научно-практической конференции МУ и С по проблемам освоения нефтяных и газовых местороядений Западной Сибири (1983 г.), где работа была удостоена Почетной Грамоты Московского правления НТО им. И.М. Губкина, на Всесоюзной конференции МУ и С "Проблемы комплексного освоения нефтяных и газовых месторождений* (г. Учкекен, 1984), на научно-технической конференции "Ускорение научно-технического прогресса при поисках и разработке нефтяных и газовых г<.есторождешй" (г. Пермь, 19Э7), на I С1987 г.) и II (1983 г.) Московских конференциях "Молодежь -научно-техническому прогрессу в нефтяной и газовой прощален-

ности" и на научном семинаре при кафедре бурения нефтяных и газовых скважин '¿ИНГ им. И.М.Губкина (1939,1990 г.г.).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено б 17 публикациях и II научно-технических отчетах за период с 1978 по 1988 годы.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, б разделов, основных выводов и предложений, приложений. Она написана на 136 с., включает 35 рис., 25 гибл., список использованной литературы - 181 наименование. Приложения даны на 44 с.

(ЗДЕШНИЕ РАБОТЫ

В первом разделе диссертации проанализированы научные и практические результаты применения минерализованных буровых растворов с целью постановки темы и основных задач диссертации.

Главный вопрос, который неизбежно возникает при бурении в глинистых отлояениях, - ото оценка шгабирущей способности бурового раствора, т.е. влияния его на устойчивость стенок сква-еины. Длительность сохранения устойчивости зависит от соотношения прочности пород в стенках и их напряженного состояния. При качественной оценке пригодности бурового раствора для разбурава-ния глинистых пород в лабораторных условиях влиянием его на изменение напряженного состояния, как правило, пренебрегает.Сопоставление используемых б исследовательской практике способов определения ингибирущей способности показывает, что в ряде случаев они ке позволяют однозначно оценить буровые растворы, а так® изучать факторы, ответственные за формирование разулрочняпцих свойств растворов. В свою очередь отсутствие четких представлений о ыехакизие разунрочнякщего влияния буровых растворов на гл нистые породы не позволяет целенаправленно формировать рецептур растворов.

Применение МЕР, по мнении ряда исследователей, сопровождается снижением буримости горных пород (механической скорости проходки). Этот вопрос актуален, прежде всего, в тех случаях, когда в разрезе скважины глинистые породы, для сохранения устойчивости которых используется минерализованный раствор, чередуются, например, с карбонатными. В этом случае, вместо периодического снижения минерализации бурового раствора и последующего его засолонения при вскрытии глинистых пород, могут оказаться более эффективными иные способы снижения отрицательного влияния минерализованного раствора на буримость горных пород. Предполагается, что механизм снижения буримости может быть связан с проявлением кнгибирупцгаГ свойств растворов.

Выяснение роли минерализации раствора в процессах разупрочнения пород позволит обосновать правильный подход к Еыбору реце-

I

птур МНР.

На основании проведенного енализа научных и практических ре- ' зультатов применения МБР сформулированы указанные ранее цель и основные задачи исследований.

Второй раздел диссертации посвящен обоснованию методик экспериментальных исследований. Изложены методики изучения разупроч-нящего влияния буровых растворов на глинистые породы, определения" скоростей пропитки и набухания, исследования влияния буровых растворов на буришсть горных пород, планирования экспериментов и обработка их результатов.

Для обоснования методики оценки ингибируицей способности растворов проведен анализ используемых в исследовательской практике способов. Показано, что в их основе лежит изучение процессов, являющихся по предложениям авторов методик ответственными за нарушение устойчивости стенок скважины. Рассмотрены исследования: а) прочностных и деформационных свойств; б) размохания;

в) набухания; г) увлажнения; д) одновременно несколько процессов. Эти способы об су/дез? с я в диссертации с трех позиций: а) обо;ая характеристика; б) экспериментально определяемые показатели; в) свойства растворов, обусловливающие их влияние на устойчивость пород.

Анализ каждого из указанных способов показал, что их сущность- состоит в прямой или косвенной оценке изменения механических свойств глинистых пород при контакте с-буровыми растворами. Сделан вывод о том, что целесообразно использовать методы, основанные на непосредственном изучении механических свойств глинистых пород, поскольку в этом случае есть возможность применения результатов экспериментальных исследований при аналитическом решении задач устойчивости приствольной зоны сквагикы методаш горной механики. Поэтому в диссертации влияние МБР ка устойчивость глинистых пород б стенках скважины оценивали по прочности образца на одноосное сжатие» Для этого со оригинальной методиике определял:! коэффициент разупрочнения Кр, представляющий собой отношение прочности образца ка с;катие после взаимодействуя с исследуемой нвдкостьо Рек к исходной Рсж. Методика, как показали результаты визуального осмотра разрезанных образцов, обеспечивает достоверные испытания образцов при глубине проникновения фильтрата не более чем на 3/4 их радиуса. В этом случае, как и в стенкгсс скзгзина, пошью области, охваченной воздействием фильтрата, сохраняется зона, в которой порода обладает своими первоначальными: свойствами.

Образцы для испытаний приготавливали методом прессования из мелкодисперсного бентонкта, единственным глккистьы минералом которого, как показал ренггенофазозый анализ, является монтмориллонит . Так как этот минерал наиболее чувствителен к уздагше-' нию, то, таким образом, были созданы условия, наиболее благо-

приятные для разупрочнения. Для получения образцов с требуемой по условиям опыта исходной влажностью бвксы с навесками гли-нопорошка перед прессовснием и готовые образцы вцдерживали в эксикаторе над насьщенньм раствором электролита с известным относительным давлением паров воды.

Для изучения процессов увлажнения и набухания глинистых образцов а фильтратах буровьк растворов использовали комплексный набухометр, позволяющий определять приращение объема образца "\Д8 (по индикатору линейного перемещения) и. количество поглощаемой им ккдности ( по мерной трубке).

Методика изучения влияния буровых растворов на буримость горных город ( в качестве эквивалентного материала использован мрамор) зклвчала лабораторные исследования по оценке воздействия жидкой среды на механические свойства образцоз пр» вдавливании штампа и стендовые исследования. Последние проводились ка базе бурового стенда, состоящего из станка ЗИФ-1200А и комплекса измерительных приборов, позволяющих проводить непрерывную запись текущей проходки в зависимости от числа оборотов долота. О влиянии жидкости ка буримость горных пород судили по величине углубления долота за один оборот.

Планирование экспериментов и обработку экспериментальных и промысловых данных проводили по общепринятым методикам.

Э третьем разделе диссертации изложены результаты изучения влияния буровых растворов на водной основе на прочностные свойства глинистых пород.

Выбор компонентного состава бурового раствора ыоето осуществлять методом проб и ошибок, определяя для каздой рецептуры Кр. Но это длительный, трудоемкий к шлоинформативннй путь. Для целенаправленного формирования состава раствора необходимо иметь представление о факторах, обусловливающих конкретное зна-

чекие величины Кр при том или ином составе раствора, то есть о механизме разупрочнения. Б исследовательской практике наметились два подхода к этому вопросу. Одна группа исследователей пытается использовать для описания процесса разупрочнения физико-химические свойства жидкости, как правило, вязкость, активность, поверхностное натяжение, диэлектрическую проницаемость, концентрацию' ионов водорода, вторая - интегральные показатели, характеризующие одновременно совокупность свойств жидкости и породы, например, параметры набухания.-

В диссертации предпринята попытка применить оба вышеуказанных подхода. Однако оказалось, что физико-химические свойства жидкостей сложным образом взаимосвязаны и варьировать при проведении опытов величиной одного параметра при фиксированных "значениях остальных не представляется возможным. Поэтому первый путь реализовать не удалось, хотя он является желательным, так как "дает возможность прогнозировать использование того или иного вещества в составе раствора по его физико-химическим свойствам. Б качестве интегральных показателей чаще используют параметры процессов увлажнения и набухания, в связи с чем в диссертации была принята рабочая гипотеза, заключающаяся в том, что разупрочнящее влияние буровых растворов на образцы глинистой породы определено тремя факторами - скоростью увлажнения ихдисперсионной средой бурового раствора, скоростью набухания и временем взаимодействия жидкости с образцом.

Для проверки рабочей гипотезы проведены паралледиые исследования прочности глинистых образцов и кинетики их увлажнения и набухания в фильтратах различных буровых растворов. Были исголъзо-~ ваны буровые растворы как неогносящиеся к ингибирующим (гуматные, лигносульфонатные), так и ингибирувдие (кальциевые, калиевые, гидрогельмагниевые, алиминизированные). Такой выбор растворов, а

также разнообразие их ингредиентов вызваны необходимостью получения рецептур с широким диапазоном изменения изучаема параметров. Для упрощения экспериментов за счет исключения фактора времени длительность ввдешивания образцов в жидкости при определении коэффициента разупрочнения сохранялась неизменной. .Анализ эксперимзнтальнгас данных показал, что в целом коррелируетсл со скоростями увлажнения и набухания, хотя млеет место значительный разброс точек. Экспериментально показано, что это обусловлено б частности, тем, что набухание и-увлажнение взаимосвязаны (ркс.Г).

Рас. I Типичные зависимости изменения во времени объемов увлажнения (Va >, набухания (Vs ) к пропитки CV!? ) бентонитового образца на

примере фильтрата гидрогельмагниевого бурового раствора Процесс увлажнения (крпваяМ^И)) наиболее интенсивно протекает на начальной стадии контакта глинистого образца с кидкостьа. Поскольку при этом увеличение объема образца (кривая Vis(t)) незначительно, то логично предположить, что вся впитавшаяся в образец

жидкость расходуется на заполнение его порового пространства, т.е. на пропитку образца. Показано, что в процессе увлажнения можно ввделигь два этапа, характеризующихся разными скоростями и, что более существенно, разными механизма!,« увлажнения. На на-чачьном этапе времени () увлажнение осуществляется по механизму пропитки, т.е. зависит от текучести жидкости и гидропроводно-сти образца. При этом объем последнего меняется незначительно. На следующем этапе доминирующим является процесс набухания, и увлетнекие образца зависит от способности породы изменять объем в дачной конкретной еидкости. Таким образом, увлажнение глинис-■ той породы происходит' в результате развития двух различных по своей природе процессов - пропитки и набухания. Следовательно, для того, чтобы с наибольшей эффективностью воздействовать на увлажнение, следует учитывать специфику этих процессов. Исходя . из этого для описания процесса разупрочнения предложено использовать два независимых параметра - скорость набухания 1&5 и скорость пропитки % : К?=№Др1 (1)

Далее, с привлечением основных положений физико-химии дисперсных систем показано, что- скорость-набухания является ответственной за величину снижения прочности единичного контакта, а скорость пропитки определяет количество единичных контактов, подверженных разупрочняпцему влиянию дисперсионной среды бурового раствора.

функциональная'зависимость (I) с учетом условия Кр = I при 1й»= 0 или 0 может быть представлена формулой:

где & , П , 1П - эмпирические коэффициенты.

Для большинства буровых растворов в максимально достигаемом диапазоне изменения изучаемых параметров (табл. I) на ЗШ с по-

мощью метода деформируемого кногогр&чника получены следующие значения эмпирических коэффициентов: Ь = 1,9*10^, п = 0,709, т = = 1,543. При этом достигнуто хорошее качество аппроксимации. Коэффициент корреляции 7, при уровне значимости = 0,05 го 2-- преобразованию Фишера находится в следующих доверительных границах: = 0,953<2 = 0,975 < 0,937.

Таблица I

Характеристика исследованных буровых растворов на водной основе

® Тип раствора Количество исследованных рецептур Пределы изменения исследуемых параметров

Шда . смЛ Ш, Ыч Кр

X гугктный 6 0,240-0,432 0,053-0,072. 0,13-0,25

2 лигносуль-фокатный 6 0,115-0,435 0,048-0,070 0,15-0,38

3 кальциевый . 4 0,150-0,420 0,016-0,051 0,28-0,65

4 алшишзп-ровагагай ' II 0,050-0,430 0,016-0,031 0,33-0,73

5 гидрогель-магниевый 8 0,090-0,429 0,016-0,031 0,25-0,73

6 калиевый 6 0,070-0,430 0,016-0,027 0,30-0,70

Таким образом, вычленение из процесса увлажнения двух его составляющих"- пропитки и набухания позволяет повысить информативность результатов определения ингибирущей способности буровых растворов (контролируется одновременно два параметра) при одновременном его упрощении, по сравнения с определением, например, коэффициента Кр.

В диссертации приводится • анализ различных вариантов повышения ингибирукгцей способности буровых растворов,с применением для ее оценки скоростей пропитки и.набухания.

Наиболее трудоемкими и ответственным этапами использования предложенной методики является построение графиков зависимости (I) и нахождение эмпирических коэффициентов з уравнении (2) для конкретного типа глинистой породы. В диссертация методика реализована для образцов из бентонитовой глины. Поскольку монтмориллонит из всех глинистых минералов наиболее восприимчив к воздействию жидкости, то полученные результаты относятся к заведомо худшим условиям. При отсутствии достоверной информации об инженерно-геологических свойствах разбуриваемых пород кх можно взять в качестве более надежной оценки. По мере накопления информации ьнач-з-ния коэффициентов в формуле (2) для других глинистых пород должны уточняться. Достоинством методики является такяе то, что ее можно запрограммировать с вцдачей искомой рецептуры раствора или рекомендаций по его обработке на ЗЗК. Оптимизация состава раствора в этом случае осуществляется с использованием формулы (2).

При реализации предложенной методики снижение скорости пропитки достигается за счет регулирования вязкостных и доверхност-но-активньк свойств дисперсионной среды бурового раствора. Что ке касается скорости набухания, то в результате изучения увлажняющей способности ф^иьтратоз буровых растворов установлено, что низкие скорости набухания получаются, как правило, при использовании многокомпонентны: растзоров. Дополнительные исследования з этом направлении показали, что наиболее эффективными являются композиции, содержащие вещества различных классов: электролиты, полимеры, ПАВ. Так, БМБР4 приготовленный на основе кетаса и содержащий 50 кг/ы3 хлорида и 3 кг/м3гидроксида калия, характеризуется скоростью $5 0,0227 см/ч. Если se в качестве полимерной основы использовать растзоры метаса и НЩ при сохранении неизменным общего их содержания в растворе, а в качестве ингибиру-кших добавок помимо гидроксзда и хлорида калия - гидрофобизирую-

цу» кремнийоргекнческу» жадность (ГКН-Ю), нитрилотршетилфоофо-новую кислоту и алшокалиевые квасцы (при том ж условии), то скорость набухания понижается до 0,0134 см/ч.

Учитывая эти результаты, сделано предположение, что высокая эффективность многокомпонентных композиций обусловлена расширением их возможностей по яредотврацению гидратация глинистых ыинера-лов, за счет увеличения вдела ингредиентов. В качестве компонентов буровых растворов предложено использовать шкрополидобавки (МГЩ), состоящие из веществ различных классов (разнозалеитных солей, полифукшиональиьх полимеров, ПАВ) к мелкодисперсного наполнителя, выполняющего в буровом растворе функции структурсобразо-вателя и кольматанта. В качестве наполнителя целесообразно использовать волокнистые ккслоторастзоримые материалы, например, лигнин, торф, асбест.

В четвертом разделе диссертаций изложены результаты изучения влияния минерализованных буровых растворов на буркмость горных пород.

На первом этапе исследований с привлечением ыетсдоз математической статистики: был проведен анализ промысловых данных по Прикаспийскому и Восточно-Сибирское региона1.?. Данные для анализа, включавшие информации о результатах отработки примерно 10 тыс. долот, были собраны по первичным документам (суточные рапорта буровые мастеров). Сравнение средних значений механической скорости проходки при промывке различными типами бурозых растворов проводили по методике для малых выборок, кмеоцих разные дисперсии, в предположении нормального закона изменения изучаемого признака. В большинстве случаез отрицательное влияние минеради-зацки раствора на эффективность работы породоразрушающего инструмента зафиксировано однозначно.

Для установления возможных причин снижения бурнмости быгл проведены две серии экспериментов: исследование механических свойств образцов мрамора при статическом вдавливании стампа по методу Л.А.Шрейнера и бурении натуральными долотами в стендовых условиях.

- Из первой серии экспериментов, нз удалось сделать достаточно достоверных выводов, поскольку определяемые экспериментально твейдость, пластичность и удельная работа разрушения, изменялись в пределах 10$. Результаты бурения в стендовых условиях оказались более информативным!:. Установлено, что на относительное углубление долота за один оборот, т.е. механическую скорость проходки, существенное влияние оказывает вязкость дисперсионной среда-бурового раствора. Химический состав и поверхностное натя-аенке жидкостей оказывает незначительное влияние на буримость.

В развитие исследований по буримости впервые экспериментально изучено влияние вязкостных свойств зидкой среды на буримость горных пород долотами шаропечнши и кстираще-реяуцего типов. Установлено, что в последнем случае эффективность разрушения горных поррд зависит от вязкости жидкости в мвньзгей степени, чем при бурении шарошечными долотами.

Результаты проведенных исследований показывают, что возможной причиной снижения буримости пород в минерализованной среде являются ее повышенные вязкостные свойства. Меньшая зависимость показателей работы долот типа ИОЛ от вязкостных свойств диспер-~ сионной среда буровых растворов по сравнению с шарошечными предопределяет целесообразность их использования при промывке минерализованными растворами.

Пятый раздел диссертации посвящен реализации основных рекомендаций, вытекащих из расмотренного механизма разупрочнения глинистых пород и исследований влияния буровых растворов на бу-

ркмость горных пород, применительно к разработке рецептур Б!£БР, рекомендованных для практического использования. При этом исходили из того, что раствор при прочих равных условиях должен обладать низкими: скоростями пропитки и набухания, вязкостная! свойствами дисперсионной среды, материалоемкостью. БМБР также должны состоять из доступных ингредиентов и иметь экологические характеристики не хуже традиционных рецептур.

К числу БМБР, отвечающих этим требованиям, относятся гид-рогельмагшевые растворы пониженной материалоемкости, разработанные нами под руководством С.К.Ангелопуло. Снижение расхода магниевых солей достигалось за счет использования асбесто-, торфо-, коллагеко-, лигно-, илам-лигно-, и салропелещелочной затравок, компенсирующих потерю прочности структуры раствора из-за недостатка, структурообразующих ионов магнкя. Снижение концентрации магниевых солей, наряду с введением в состав калий-содержащих добавок, предопределяет снижение еязкостных свойств фильтрата бурового раствора. Пониженный уровень ингибирущих свойств раствора, дане при некотором повышении скорости, пропитки, обеспечивается^ за счет микрополидобавок.

В настоящем разделе приведены также примеры разработки ЭШР, содержащих минрололидобазхи, с использованием различных способов оценки ингибиругацей способности (по Кр и путем определения Ш и ). Разработан шлам-лигаиновый буровой раствор, ингибирущций эффект которого (Кр - 0,65) достигается в основном за счет смеси хлоридов одно- и поливалентных металлов, а также полимер-органической составляющей шлам-лигнина.

Для получения оптимальной рецептуры торфо-резидрольного ВЕР использовали планирование по схеме полного факторного эксперимента. Установлено, что относительно высокой ингибирувщей способностью (Кр = 0,53 - 0,75) обладает буровой раствор с кон-

цектрацией резздрояа 66 - 60 кг/ы3, к хлоридов твердых титанового производства (ХТТ) - 40 - .50 кг/:.:3. Этот раствор также характеризуется низкой температурой замерзания и стабильностью технологических сзойств в условиях низких и отрицательных температур. Отмеченные свойства обусловливает возможность его применения в северньсс регионах страны, в частности, при разбуриваики ыногояет-немерзлкх пород.

Для бурения в наиболее неблагоприятных с точки зрения устойчивости ствола скважины условиях: предложено использовать ЕМЕР на углеводородной основе следующего состава., % мае.: хлорвд магния или кальция 7 - 12; окисленный петролатум 0,84-1,36; сульфонол 0,05-0,12; негашеная известь 2,7-3,0; сапропель 12-18; канифоль 0,6-1,1; вода 23-26; дизельное топливо - остальное. Коэффициент разупрочнения раствора находится в пределах 0,93-0,98.

С учетом рассмотренного механизма разупрочнения глинистых пород разработаны также рецептуры шкрополидобавок, состоящих из. щелочного стока производства капролактама (ЩСПК), крахмала и смеси солей (ЩЦ-49); уксусно-кальциевого порошка (ОТ),, ок-саля к смеси солей (МВД-51); КЩ и оксаля (МЦЦ-54); кожевенной поди» IM-10 к сульфата аммония (МЦЦ-47).

Ери разработке рецептур ЕМЕР установлено, что для улучшения буриьюстх пород в их состав целесообразно включать лигносульфо-натные реагенты, молекулы которых, видимо^ обладают способностью под действием внешней нагрузки легко изменять пространственную форму, что обеспечивает фильтрату бурового раствора низкие вязкостные свойства.

С целью расшрения сырьевой базы для приготовления лигно-сульфонатньк реагентов проведены исследования, в которых изучалась возможность использования вместо кальциевой сульфкт-с гкрт о-вой барды (ССБ) судьфит-дролиевой бргсхки ССЩВ') натриевого осно-

вания. Установлено, что реагенты, получаемые на основе СДВ методом окисления бихроматами, при несколько худшей стабилизирующей способности не уступают, а в раде случаев превосходят таковые на основе ССБ по разжижаицим свойствам. Реагенты на основе модифицированных лигкосульфонатов могут быть получены путем укрупнения макромолекул либо за счет углубления процесса окисления, либо за счет реакций, имеющих другой механизм, но идущих в данных условиях параллельно с процессом окисления. Так, в резу-' льтате изучения модифицируемости лигносульфонатов хромссдериа-щими соединениями в сочетании с жидким стеклом было установлено, что хорошими стабилизирующими и структурирующими свойствами обладает реагент, полученный путем добавления в лигносульфонат мелкодисперсного наполнителя с 0,5 - 5,0 %-км раствором жидкого стекла з массовом соотношении I : 3 - I : 5 и соединения шестивалентного" хрома в количестве I — "10 %. Реагент получил название - хромлигносил. Расход хромлигносила для обработки буровых растворов по сравнений с его аналогом окзилом сокращается примерно в 2 раза.

Положительные результаты лабораторных исследований разработанных растворов и реагентов позволили предложить их для практического применения.

В. шестом разделе диссертации обобщены данные опытно-промышленной проверки результатов исследований.

Рекомендации по использованию в минерализованной среде долот истираще-режущнго типа подтверждаются положительными результатами бурения скважины Оморинская-1, где наряду с трехшарошеч-ызт долотами при бурении с промывкой гидрогелем магния применяли долота ИСМ-267С. Проходка на долото и механическая скорость бурения в рассматриваемом случае были соизмеримыми с показателями работы долота при промывке рассолом хлорида натрия.

- 20 -

Из предложенных рецептур БМБР промысловую апробацию в соответствии с "Временной инструкцией по приготовлению гидрогеле-вых буровых растворов с пониженным содержанием исходных материалов", угвзреденной в 1982 году Мингео РСФСР, прсшш гидрогелх,-магниеаые растворы "пониженной материалоемкости (скважины №5 Балаварская и № 6 Нидне-Тунгусская). Сравнение результатов ис-пользоаанм раствора, например, но скв. Ъ 6 с гидрогельмагние-вым буровым раствором, приготовленным по традиционной рецептуре, показывает, что в последнем случае расход материалов на его приготовление и обработку в расчете на метр проходки составил 1715 кг против 549 кг для предложенного. Экономический эффект только по двум вышеуказанным скваяинам составил 176133 руб.

Крахмальный реагент-стабилизатор минерализованных буровых растворов, приготавливаемый по бесщелочной технологии с использованием ЩСПК, и реагент-разжияитель на основе УКП подтвердили свою эффективность при обработке гидрогельмагаиевого раствора в скваишз Дер куль екая СТ.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ К РЕКШЕВДАЩИ

1. Исследована взаимосвязь процессов увлажнения и разупрочнения глинистых пород при контакте с буровыми растворами. На основе анализа экспериментальных дашых показано, что разупрочня-вщее влияние буровых растворов на водной основе на глинистые породы определяется при прочих равных условиях совместны!,I воздействием двух факторов: скорости пропитки и скорости набухания. Установление превалирующей роли этих факторов" позволило также построить модель разупрочнения глинистых пород, базирующиеся на основных положениях физико-химии дисперсных систем.

2. Разработана методика изучения раз упрочнявшего влияния буровых растворов на глинистые породы, в основу которой голоже-

но испытание горных пород в условиях одноосного сжатия. В отличие от изЕесткых, данная методика позволяет дифференцированно оценить вклад в разупрочняющее влияние бурового раствора скорости пропитки и скорости набухания. Использование этих показателей упрощает оперативнее регулирование ингибирувдей способности буровых растворов.

3. В качестве ингибиторов-разупрочнения предложено использовать микрополидобавки, представляющие собой смесь реагентов, преимущественно различной природы. Экспериментально установлена их высокая эффективность.

4. С привлечением методов математической статистики в дис-

J

сертации проведен анализ промысловых данных с целью определения влияния минерализации раствора ка бурикоеть горных пород. В совокупности с результатами лабораторных экспериментальных исследований установлено, что причиной снижения буркиости пород в минерализованной среде является не кнгибирующая способность, а поваленные вязкостные свойства фильтрата бурового раствора. Они обусловливал? меньший по сравнению с пресными сиатемш,к темп енк-.ажя угнетеззщего давления. В сочетают с к^.нер-злиЕОБаккьг.я растворами рекомендовано использовать долота истирезкце-рекущего типа. Экспериментально установлено, тао при буренки у?сазанны;Д! долотами вязностнвз свойства фильтрата оказывает слабое влияние на Суркмость горних поред,

5. С учетом результатов изучения влияния минерализованных растворов на разупрочнение глинистых пород в стеннах и буркмость пород на забое скважины разработ&та-рецептура Б!£БР} содержащие з качестве ингибиторов разупрочнения мккрополи-добаззз:; в том числе, и на основе отходов и побочных продуктов промышленного производства: технической кальциевой если

- -

уксусной кислоты; хлоридов твердых титанового производства; раствора в изопропансле продукта малеинизации сополимера льняного и дегидратированного касторового масел, модифицированного канифолью; щелочного стока производства капролактама; хроматного шлака; возгона магниевого производства, а в качестве мелкодисперсного наполнителя - асбест, гидролизный лигнин, сапропель, кожевенную стружку, целлюлозу, торф, шлам-лигнин. Три состава безглинистых минерализованных буровых растворов и способ получения реагента ШЦЦ) для их обработки защищены авторскими свидетельствами (а.с. 1454822, а.с. 1536806," а.с. 1623180, а.с. по заявке Р 4782741/03 ( 0067691).

6. Установлено, что для улучшения буриыости пород в качестве компонентов ЕМЕР целесообразно применять лигносульфонатные реагенты, которые обеспечивает фильтрату бурового раствора пониженную вязкость. Показано также, что для приготовления лигно-сульфонатных реагентов можно использовать лигносульфонаты, содер жащие одновалентные, катионы. Разработан БМБР на основе немоди-фицировакных лигносульфонатов, улучшающий буримость горных пород I а.с. 1266851) , а также реагент хроылигносил (а.с. Ш4691) и рецептуры буровых растворов на его основе.

7. Экономический эффект при внедрении рекомендаций диссертации в сумме 176133 руб. получен за счет повышения технико-экономических показателей бурения, снижения материалоемкости буро-"Вых растворов и сопутствующих ей транспортных расходов, сокращения затрат времени на приготовление и обработку буровых растворов.-

Основное содержание диссертации изложено в II научно-технических отчетах за период с 1978 по 1988 года, хранящихся в фондах КИНГ им. И.М.Губкина, а также опубликовано в следующих печаишх работах:.

1. Балаба В.И. Некоторые особенности применения высоком«--нерализованных промывочных жидкостей. - М., 1984. - 4 с. Деп. во ВНМИЗгазпроме 09.04.84, }? 619гз-83 Деп.

2. Балаба В.И. Особенности разрушения горных пород в высо-коминерализовапной среде //' Проблемы комплексного освоения нефтяных и газовых месторождений: Тез. докл. Всесоюз. конф.- Учкзкен, . 1984, С. 59.

3. Дровников П.Г., Черныш В.Ф., Коновалов Е.А., Балаба В.И., Аваков В.Э. Применение гидрогелевых буровых растворов в Восточной Сибири и Якутии // Нефтегазовая геология, геофизика и бурение. -1984, - J? 8. - С. 30-32.

4. Ангелопуло O.K., Балаба В.И., Иванова И.Г. Исследование модифицируемости технических лигносульфонатоз. М., 1985. 14 с. Деп. во ЕНИИЭгазпроме 09.03.87. ft 912 - гз.

5. Балаба В.И. Гидрогельмагниевый раствор пониженной материалоемкости М., 1387. - 2 с. (Инф. листок № 8-87ДЛосгорЦЩИ).

6. Балаба В.И. Реагент для буровых растворов - хромлягносил М., 1987. - 2 с. (Икф. листок IP 15-87/МосгорЦНТИ).

7. Балаба В.И. Безгликистый бурозой раствор. М., 1987. -2 с. (Инф. листок !Г-> 29-87Д5осгорЦНТИ).

8. Бачаба В.И. Особенности ззаимодействия минерализованных буровых раствороз с глинистыми порода:.® // Ускорение научно-технического прогресса при поисках, разведке и разработке нефт. и газ. месторожд.: Тез. докл. Всес. конф. Пермь, 1987. -С. 57-89.

9. Балаба В.И. Гидрогелевые растворы пониженной материалоемкости. - В сб.: Усоверш. технол. бурения глубок, скважин в Вост. Си5. и"Якут. АССР. - М., 1988. - С. I03-III. Деп. во БНИИЭгазпроме 28.01.83, If- Ю23-гз88.

10. Балаба В.И., Леонов Е.Г. О связи увлажнения глинистых

пород с процессом разупрочнения их буровым раствором. - М., 1988. -21 с. Деп. во ШШЭгазпроме 17.05.88, № 1056-гз.

11. Балаба В.И. Ингибирование разупрочнения глинистых пород ыикрополидобавками. М., 1989. - 9 с. Деп.. во ВНИИЭгазпрсме 03.05.89, В 1172 - гз89.

12. A.c. III469I СССР, Ш1 С 09 К 7/02. Способ получения ли-гносульфояатного реагента для буровых растворов / O.K. Ангелопуло, В.Э.Азаков, В.И.Балаба. - Заявл. 23.II.18.04.83; Опубл. 23.09.84. Еал. i? 35.

13. A.c. I26685I СССР, Ш С 09 К 7/02. Буровой раствор/ O.K.Ангелопуло, В.И.Балаба, И.Г.Иванова. - 30.11.84; Опубл. 30.10.86. .Бил. JS 40.

14. A.c. I454S22 СССР, МКИ С 09 К 7/02. Буровой раствор / O.K.Ангелопуло, В.И.Балаба, И.Г.Иванова. - Заявл.. 12.08.86; Опубл. 30.01.89. Бал. № 4.

15. А.о. 1535806 СССР, МКИ С 09 К 7/06. Буровой раствор / В.И.Балаба, И.Г.Иванова. - Заявл. 05.04.83. Для служебного пользования.

16. A.c. I623IS0 СССР, МКИ С 09 К 7/02. Безглинистый буровой раствор / В.И.Балаба, О.Д.Зинченко. - Заявл. 16.12.88. Для служебного пользования.

17. A.c. по заявке № 4782741/31-03 (006769), МКИ С 09 К 7/02. Способ получения реагента для обработки буровых растворов на водной основе / В.И.Балаба, И.Г.Иванова. Заявл. 12.01.90.

Соискатель ююси{

В.И.Балаба