автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Разработка минерализованных и ингибированных буровых растворов с применением гетероциклических спиртов для бурения скважин в сложных горно-геологических условиях

г и н П ■

О и

шшстигпзо' ИВЯГОЮЗ Я- газовой ГГГО'лшииости

В0ЛГ0ГР;ЦСГК!Й ГОСГДЛГСГШШШ ПАЗГП10-Ш(ЭТДОВ.\ТКПЬСМЙ и

пгоштй ИНСТИТУТ ПЕШГОЙ ЯГОШШВОСТИ (Волгогра,ц1&ШИнсфгь)

На правах рукописи УДК 622.241.82.05 •

КОСЯК Александр Васильевич

РАЗРАБОТКА ГЕР АЛ МЗОВ АН1 и IX И ШШ®1Р0ВАННЫХ бугодух РАСТВОРОВ С ШХШОт тегеродши-

ческж сщ1Ргоз буряшя скзажш в сложных

ГОР! Ю-ГЕОЛОГКЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Специальность 05.15.10 Буренке скважин

Автореферат

диссертация па соигаакие учзноТ: степени кандидата технические наук

Москва - 1990

Работа выполнена е Волгоградском Государственном научно-исследовательском и проектном институте нефтяной промзшеиности (Волгогра дШПИнефг ь)

Научный руководитель: кандидат технических наук

Липкзс.М.И. ■ •

Официальные опяохэдга: доктор технических наук

Пеньков А.й.

кандидат технических ндук Ягодин В.Д.

Ведущее предприятие: производственное объединение "Прикаспийбурнефгь"

Защита состоится "<№ " 1990 г. в час.

на заседании специализированного Совета Д.104.03.01 Всесогзного ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательского института буровой техники по адресу: П7С„'57, Москва, 3-4?, ГСП-1, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться е библиотеке В1К1ТКТ,

Автореферат разослан "Ф&бд¿М?19ОНг.

Ученый секретарь специализированного Совета кандидат технических наук

■;-,-"// А.И.Литвинов

- . 1 - у

1 - 3 •

I

' 0Н:1/Л ШШШШк РАБОТЫ

Актуальность проблонк Ваг.неГгае:1 народнохозяйственной зада; ■.:) на XII пятилетку и па период до 2000 года ХХУП съезд КПСС определил разведку, разработку и мод в эксплуатации нефтяных н га-зокгпс шетороядекий, р^сполоясшшх в глубекозалегающих отделениях подсоленого комплекса I! терригешлгх отделениях, продуктивность которых установлена и ряде структур Прикаспийской впадины, Приволжской моноклинали, Чечспо-1'1 ггупетпи, Украины, Дагестана и др.' Буренке скважин в указанных районах является слокной научно-технической задаче"!, успешное решение которой неразрывно связано с прав;глыгьт;.! выбором прситтючиого агента, обеспечивающего безава- . рийную проводку сквакигг с высокими технико-экономическими показателем!.

Б настоящее враля научно обоснована л практически доказана перспективность использования для лрегивки скважин в этих условиях '-нпералипотанных и досохотшгнбпроватгых буропых растворов.

, В то :*е врегд спит применения дан них систем выявил у них целый ряд недостатков. Рясокий уровень минерализации в сочетании с применением высокомолекулярных реагентов приводит к стабплизацион- ' ному разяияеншо растворов, к нарушению седиментатдаогаюй стабильности утянеленных систем. В.ряде случаев кнгибирущей активности существующих растворов не достаточно для. предотвращения осложнений при буренки неустойчивых глинистых отложений.

В связи'с отмеченными недостатками весьма актуальным' является проведение теоретических и экспериментальных исследований с целью управления процессом структурообразоваяия глинистых дисперсий и разработка новых модификаций минерализованных растворов с улучшенными структурно-реологическими, фильтрационными и более высокими ингибиругадами свойствами.

Цель работы. Разработка и практическое применение технолог?: приготовления минерализованных растворов и новых систем промывочных жидкостей для бурения хемогенных к неустойчивых терригенних от локениц при строительство глубоких'скважин.

Основные задачи работы.

1. Обобщить отечественный и зарубежный опыт в области разработки и совершенствования термосолеустойчивости рецептур буропкх раство ров. .

2. Проанализировать опыт применения реагентов Т-66, Т-80 и др. в ' бурении.

3. Исследовать механизм воздействия гетероциклических спиртов на структурно-реологические, фильтраг^юннке свойства глинистых-дисперсий.

4. Разработать общий принцип повшешя сслсстойкости и агрегатив-ной устойчивости глинистых дисперсий б минерализованной среде в присутствии гетероциклических спиртов.

5. Создать оффектиише рецептуры соленасыценнкх ихлоркалиезых буровых растворов.

6. Апробировать и внедрять разработанные рецептуры буровых растворов при проводке глубоких сквздин в слоляппс гсрно-гесяогнческих условиях.

Научная новизна. На основании выполненных исследований по сорбционной и поверхностной активности реагента Т-66 и его фракций, подученных с пемощьв ЕакуумноЙ ректификации, определено, что молекулы данных реагентов образуют полимолекулярные сорбционные слои вокруг глинистых частиц различной минералогической природы, при эте до 30-40$ молекул имеют химическую связь с поверхностью. Установлено, что наибольшей сорбционной активностью обладают гетероциклические спирты.

Исследован механизм структурообразования я стабили-

ззцяи глинистых диспёрсий в присутствий гетероциклических спиртов,-которые модифицируя гГОЕе'ркность глкннстнх минералов, повуйакт аг-регагивнуЕ устойчивость дисперсной-системы. Обоснована технологическая- схема приготовления минерализованных растворов из исходных ингредиентов, закдкчаюздяся в предварительной модификации дисперсной фазы гетероциклическими спиртами. Определены оптимальные концентраций код1:фициругщего агента в заЕНС№бсп1 о? 'кинералогического состава твердо"! фаза, обеспечивающие требуете структурно-реологические и фильтрационные свойства минерализованной систеич. ,

Разработан новый выеокоингибированный калиевнй раствор на основе гуматов. Впервые выявлена и исследована зависимость активности молекул гуетшовых кислот от рН. среды, дозволившая эффективно регулировать свойства гуштно-улсркалйеБОГо раствора". Обнаружена и количественно-установлена взаижовязь между плотностью раствора и", оптимальной концентрацией коллоидной составляющей твердой фазы гу*-катно-хлоркадпсвого раствора. Вперйяе исследована иигибкрущая активность ногой калиевой система. Рецептура гумзтно-хлоркалкевого раствора а технология приготовления защищены авторскими свидетельствами Л 1077513, 1058050, 1221226.

Практическая ценность. Разработана технология приготовления . /кнерализовзкяьгх буроЕых растворов предназначениях для проводки сквз-ейн в сло.т.ннх горно-геологических условиях, применение которо» обеспечивает: '•*■.•'•'

- стабильные технологические параметра бурового раствора в процессе эсего цикла углуЬления сквагвны; ■

- уменьшение в 1,2-2 раза расхода глинопороплов,'реагентоЕ-стабилк-5аюров, утяжелителей;

• сокращение-на 20-30? затрат, времени на приготовление и обработку, ¡урового расгвооа при одновременном улучшении или сокращении качест-1а стЕс-^з аквакиа.

Разр¿боуаЧ исвиЛ ?aooKoi:-äri!5iip'j; 3:r-¡f.':i хлоркалиерчн строгой раствор на основа гуиагоь, прещшзж.чзчпн.1 для прозопкк оодхвл в неусгойчявых гленяотях отлогениях, прп-о«о:;ге которого взэгел градйд;:оннах инг»'3ярэг8нг.'ых систы: (гугатяо-гояьцпогэго, хлогжь-ль-циеьэго, калиевого) о5ес;>ечг;>асг: - '.

-.стабвдьзые гехиологкческсе. смЯс.тз бурох'ого pccTim;.-;- в зродас-се бурения к дтпгелгпг.та гахтгалопгчс-с-ггх остановок: - уменьшение в 1,5-2 раза стоимости рас?рора й нсклсченка пз рецептуры дорогое го.V'¡их реэгечтов-сгсбкцязаторов; ■ - сокращение в 2 раза затрат яреуешт срязанпых с проработкой к про-&'авкой стгсда сквглхга зрг о:<довремекноы улуч*еькп ето сссгсякия (отсутствия каверкозно-

Реализация работы в ппомчалолнооги. Осчоячяв результата работа реализованы при бура:ши более 20 скрахип в объединениях ":1р;;~ кзепкйоурнефть" к "Нижнеюдкскперть*1.

Разработанные рекомендации по.лргмеяе.чкг гехнологек прг-гого:-легния манерализэбзиных рзеггороа регулярно ьклгчзггек г per.ia.v2-i ск по буровым растворам и в технологические проекта на бурение скважин. 3 результате широкого пропиленного внедрения технгчогки приготовления гганерализогашшх буро гак растворов но 15 еккижнзх получен экономический эффект в рпзгере 250 тче.руб.

Разработанная рецептура / техдологгя прпготовíе.чгя. гу:."эгно-хлоркадиевого бурового раствора взала в сосггвленгшЛ при участии •автора руководящий докугент "Инструкция по приготовлению и применение Еысокоингибированного термостойкого бурового раствора кз основе гукатов"- РД 15-15-85, введенный приказом Jé 850 ПО "Ннкче-волжскнефть" от 30.12.85г. Экономический эфЬект от применения гугат но-хлоркалиевого раствера при бурении четырех екгзжин состзввл 3S0 тас.руб.

Аппэбация гобо?у. Осаовше полокзнкя диссертационной" рабогч ко?ладиряяйсь к обсуздэлвсь из УШ, IX научно-технических, конферв днях гэлодых учепж.к специалистов (г.Пер^ь, 1582, 1283 гг.), :;а и 10-й отраслевой конференции молодых ученнх и специалистов Мин.чефгепрэш (г.Тк/мзнь, 1084г., г.Волгоград,Й86г.)'на "Все-сокзиоЛ г/олоденной вне та гке-ярг.'аркс паучиих проектов н разработок (г.Кнк^еваргоЕСК, Г,67"г.), на научно-техническом семйнаре по про4- . летам лорнполгя скоростей бурения при строительстве сквакик (г. Киев, 1Л-£8г.), на ПУ научпэ-гехнической кежференции колодах ученых и специалистов СИ5ГОШВП {г.Тк/епь, 1988г.) па ХУШ и XIX научно-гехиическс}; кбкфеоеь'цкях молодых ученых и специалистов ВШИБТ (г.Москва, 1987, 1?88гг.) и на коллоквиумах отдела физико-хиг/.™ Зурогнх рсстрэров ЗН'ЯКТ (г.Мэвква, 1?82-К89гг.)

Публикация. По ге;.*е диссертация автором опубдикогано 12 печатных р::'юг.

Оуьс.ч тбо-н. -/.кссертацкя состоит из введения, пяти глзр, осковьфс вн?одов, списка легературн, содержащего 217 иаюгепоеанкй :: приломоний.

Работа изложена 196 страницах л-ааслогшского' текста, со-дер.-шт 38 рису яков я 51 таблиц.

'СОДЕРЖАНКЕ РАБОТЫ ; • _ .

. ' Во введении обоснована актуальность проблема, сфортлулпрована цель работы, даны.положения, которые автор выносит-на защиту.

В первой главе содержится обзор имеющихся в литературе современных представлений по проблемам бурения-глубоких нефтяных и газовых скватин в сложных горно-геологических условиях..Рассматриваются причины вызывающие осложнения при бурении глубоких скгаяин и дас: ся критический анализ опыта притененпя буровых растворов в данных условиях. Определены основные направления в совершенствовании растворов на водной основе. -

Так как растворы на водной основе являются довольно слояотой, многокомпонентной, термодинамически неустойчивой системой, то требуется комплексный подход при решении задач получения высонестабильных минерализованных растворов. ... .

На основании рассмотрения работ И.Б.Аделя, АЛТ.Анань^ча, O.K. Ангелояуло, Э.И.Ахметигана, Б.О.Баранова, В.Д.Городнова,_Г.Я.Деду-сенко, Д.Е.Злотникова, Б.В.Касперского, Э.Г.Ккстера, Н.Н.Крысина, М.И.Липкеса, Л.К.Мухина, АЛ.Пенькова, Р.Ф.Родхерса, В.Й.Рябченко, И.М.Тимохина, Л.И.Цеголевского и *др. дан обзор современных представлений о физшго-химических и технологических свойствах буровых растворов, приведены основные пути повышения их терма- и солестойкостк. Одним из таких путей является направленное воздействие на процесс структурообразования в глинистых дисперсиях.

Глубокими фундаментальными теоретическими и экспериментальными исследованиями В.В.Дерягнна, Н.Н.Крутлицкого, Ф.Д.Овчаренко, П.А.Ребиндера, В.Ю.Третинника, А.К.Фрумнина и многих других отечественных исследователей установлены основные физико-химические принципы структурообразования дисперсных систем в лиоо).-льных средах.

Согласно современной теории устойчивости дисперсных систем

-действие ПАВ основано на том, что на поверхности глинистых' частиц

образуется сслюаткяя «••бзжгёка, своеобразный струнтуро-механичес--слй барьер, которая предохраняет чястигр от агрегирования,и придает сгстсге агрегатидгую устойчивость. Дополнительная гидрофилпза-1.кя глянистьтс частиц, за счет введения поверхностно- активных веществ, приведет к увеличении объсга тадратннх оболочек, а равно и С усилению УСТОЙЧИВОСТИ елгетеш. Основной принцип управления свой-iTPaf.ii при этой сводится к изменения гойпдпш сорбционпо-сольватнах угоев ге.чду частпцаш диснерсиоЗ паяц, что в равной пере соответ-;т;.'ует регулированию всех технологических и структурно-ыеханичес-итх свойств системы глина-вода. Для регулирования толнвнш'сорб-щонно-сольратннх слооп прнгепяпт химические вещества, различного ■молекулярного"строения и веса.

Главки;.! требованием при этом является внеокая физико-хи; г-tecï ^я активность; способность г,*" л с кул вецества адсорбироваться ;а глине и не шсаллваться в присутствии :.а:нг-ралъшх солей. .Наибо-гее перелекпш.'ши в данном плане из доступна веществ являются :пирти, таегоре гноокуя сорйгегоннуп активность ;г солестоикость.

При шборе продуктов епдорка^щх сшгртн, наибольший интерес рш обработка бурппих растворов вызвала фдотороагекты Т-66, Т-80 и другие на .50-60^ состоящие из спиртов диопсанового строения.

Во второй главе рассматриваются вопросы структурообразовакия 'лшптстнх дисперекй в присутствии реагентов содержащих гетероцвк-¡ичесгае сседянския. В качестве базового реагента доследовался leareiiT Т-Б6, являющийся многотоннаякнм продуктом, содержащим ди-жсаяолн.

Лаборатории?.® лсслсдовзппяст установлено, что реагент Т-66 :рояЕяягат высокую физико-хтическуэ активность как в пресной, так г минерализованной среде. Прз этом минеральные соля почти не оказияют высаливающего действия на молекулы реагента.

Сорбдяонше язтер&ния проиепешше на ттпгвах рязлпчзпй иералргической природа показали-, ч-го реагент Т-66 обладает шежо? способности адсорбироваться на глинистых частицах,.при этегл 5 -образный характер изотерм сорбции свидетельствует о по.татолеку-дярной адсорбции.

Методом Еакуумиого фрашдаопярошнкя на пкл'откоЯ' ректификационной устаповке, под остаточный даманкам 7-1,-ЗкПя, били г. )лучены различные фракция Г-66. Хропагографлпескта анализом было идентифицировано более 20 различит: соединений. По вошопекиюузг сое---таву фракции Т-66 сильно отличаются друг от друга. Так I фракция в основном представлена шткзгпяяклдя'жсаяот.т, мстилбутаколоч, пира-новнми спиртами к диолами." Основную долю во II фракции составляют-метилбутадиол, пираяодгтоксан и спиртоэ^ирп диоксяцов и бутандкол'з Ш фракция на 70-80% состоит из диоксапошх спиртов и их форт.!алнй, которые относятся к гетероцпкляческто соединениям. По своей ад- • сорбционной активности данше фракции и исходный реагент т-66 располагаются в следующей последовательностиГШ фр. > П фрГ > исх. Т-66 > I фр.

Известно, что атош спиртов легко вступают во бзаиг.:одействие с поверхностью глинистого минерала. При этой Ее личика адсорбции зависит от геометрического и энергетического соответствия ке» ду адсорбирующейся молекулой и активным центром поверхности. Форма, распределение и химическая активность молекул адсорбированного слоя играет вакную роль в построении коагуляциощлэ-тгассотролшх структур, определяют юс дальнейшее взаимодействие с молекулами дисперсионной среда, когорке выступают как бы сЕязцващгалл шетп-камн между частицам дисперсной фазы.

Таким образом, характер связей молекул реагента Т-66 с поверхностью глинистых минералов является важным моментом для понимания механизма сгруктурообразовашга глтпшетих дисперсий в дрлсут-

ствшг реагента T-66.- Адсорбцяояетми исследовании,si установлено, что наряду с физической адсорбцией имеет место и хемосорбция молекул 7-С6 па глине. В химстескее }<ззимодействие с глинистой поверхностью вступает примерно 20-35,? от всего количества адсорба-ро}>а;'янл молекул. При этом установлено, что подавлящуо долю составляют гетероциклические спирты, что говорит о наибольшем энергетическом и геометрическом соответствии данного класса химических соединений с центра?,я адсорбции на глинистых минералах.

Характер изменений происходящее ■ на границе фаз глина-вода' п присутствии T-G6 изучался на дру-:ковской глине с привлечением методов механики. Исследования проводились на

приборе Б'эДлера-Ребандора, при критической концентрации структуро-образорателя равной 35%.

Определено, что возрастающее добавки реагента 1-66 увеличивают число контактен uonvj чпет-щагти дисперсной фазы при упрочнения, пространственно' структуры. При этом величину модуля условной деформация СЕ ), характеризующего эпергптическое состояние спстеш, указываю? на усиление сил ме:шолскуляркого взаимодействия.

С немощью метода ксрреляционно-регресивного анализа была выявлена корреляционная связь мегхду энергетическим состоянием дасперс- ' ной системы (Е ) и содертлнпем в растворе различных компонентов, реагента Т-С6 (.\>, позволившая определить следующие наиболее значащие компоненты: . • „. Xj - пирановкй спирт;

Х2 - метилпентатриол; ' -

Хд - диоксановнй спирт.

Для данной совокупности факторов били вычислены коэффициенты регрессии и построена математическая модель:

У=21,6^,2Х„"(5Д6Х1 - 42,38Х2 + 0,52f-X3) ' "

где'Хп - концентрация фикций Т-66 в растворе, % . которая хорош шрокогагаруегея с моделью опксывагщей ззвяси/ость энергетического состояния дисперсной система о г содержания в пей реагента Т-66.

Методом матемзгическоЛ статистики бндэ выявлено, что наибольшее влияние"на кэагуляционио-тнксотрогшне структуры глЬнистах дисперсий оказывает гетероциклические спирты. Втдроксильниз группа и кислородные атома б цикле даших соединений делагт v.r. активными в образовании-водородных связей как'с поверхностью,гак и друг с другом.

Важнейшей харак?еристккой, определяться коллопцко-хигичэскос состояние глинистой дисперсии, является гиправильность - гкдро-фобноегь её поверхности. От величины гкдрсфильности зависят " фильтрационные, реологические, структурногкеханкческио свойство раствора, его стабильность. Теоретически наиболее обоснован.:^ эля определения гидрофильноети поверхности является :.:егод Ду.ганского, заключающийся в определении сорбционно связанной водч отнесенное к единице кассы дисперсного материала. Количество сорбционно связанной воды было определено с помощью адсорбционных измерений. Анализ оорбцконных кривых показал, что гкдрофильноегь поверхности повышается при модификации глинистых минералов реагентом Т-66 в количестве свыше 6,1 ммэль (1£) на I г глина.

Наибольшую гидрофилькость,поверхность приобретает после модифицирования фракциями, содержащими гетероциклические спирты. Процесс структурообразования в присутствии данных соединений так же протекает интенсивнееi Это указывает на прямую зависимость между сгруктурообразованием глинистых дисперсий в присутствии гетероциклических спиртов и их сорбциошюй активносгьк ка глинах.

Осковываясь га ггроЕодек^гет: исследованиях предложен сдедущкЯ механизм структуросбразовакяя глинистых дисперсий' в присутствии гетероциклических спиртов. Адсорбнруясь ка глинистой поверхности молекула спиртов образуют солъватшй слой, кислородные атомы в циклах и гвдроксзлыше группы становятся ахтавнаш центрами второго рода, ка которых в дальнейшем адсорбируются послепушив слои молекул. Вокруг глинистых частиц образуются сольваткые оболочки, коте-рне, дополнительно взаимодействуя друг с друт'ом через молежулярйне и Еодородтше связи, усиливают процесс коагуляционно-тинсотропного структурсобразовакия. Различный характер фильтрация растворов в зависимости от концентрации электролита, и состава дисперсионной:среда говорит о том, что сольваткые оболочки препятствуют электролитной коагуляции тлнкистых частиц. Так растворы содержащие в своем составе '1-66 имеют в 2 раза' меньпзув фильтрации, чем базовые. ' .

С целью усиления активного начала в товарном реагенте с ЦЗЛ" Волжского завода СК били проведены совместные псследовзшгя по выпуску нового реагек.та улучшенного качества "Оксаля", содержащего повышенное количество гетероциклических спиртов.

Проведенные сорбционкне исследования показали, что "Сксахь" обладает значительно большей сорбцконной активностью па глинистых минералах'по сравнении с реагентом Т-66. Это позволяет эффективнее • модифицировать'поверхность тлин при меньиих (на 30.-40^) количествах модификатора, что подтверждено структурно-механическими исследованиями. '..•''•'-.

Третья глава содержит результаты исследований по разработке технологии приготовления генерализованных буровых растворов, отличавшихся -более высокой агрегатавной стабильностью'2 структурной прочностью геля. .

Определен порядок технологических операции, пэзв'элянзфй эффективнее осуществлять модификация твердой фэзн. Установлено, что более прочная к устойчивая сольватная обогочка образуется в том случае, когда доступ гетероциклических спиртов к поверхности глинистых частиц пространственно ко затруднен ионами и молекулами других компонентов раствора. Практически это_осуществляется .при следующей технологической схеме приготовления бурового раствора: глинистая суспензия в течении двух часов смешивается с реагентом, содержащим гетероциклические спирты (Т-С-6, оксаль).- Гатем суспензию рэзбзгляют водой до получения необходимых структурно-реологических показателей к ^брабатьтЕзе рчсокомолекулярнчми ■реагенгамп-сгабилизаторакк и другими ингредиентами. Предварительная модификация глинистой фазы защищена авторскимисвидетельствами № 1С77913, 1221226. .

Сопоставление конценграциогшкх зависимостей структурно-механических и фильграцрошшх свойств гшералязозашшх растворов, приставленных по данному способу, укаь»ээет на существование опткыэле аых концентраций реагента Т-66 к глинистой фазы в растворе. Этот опгии7К должен обеспечивать минимум затрат мате?палов к времени на обработку раствора при максимальной прочности структура и минимальной величине фильтрации. Поэтому г качестве критерия оптимизации Г (с) было выбрано отношение двух функций, представляющих собой концентрационные зависимости прочности геля и величину фильтрации раствора

г (с) = е (с) / ф (с)

Методом асимптотических координат функция Г (с) была сведена к зависимости ог одной переменной Г (с) = Г / Сглшш), где её значение равно Г = Г шах.

При значении функции Р = 0,95 Ртах, для различного минералогического состава глинистой фаза были вычислены оптимальные концентра-

циоилчс соог-юпснгя швцу 'резгекток Тг66 п глиной. Для наиболее\ распространенных типов глинистых глшералов это соотнопегшо составляет велкчяиу 0,8-1,1. В дапьноГтеи зга величина бчла взята за базовую при нриготовяетнгл ликера ллзовпшшх Зуровнх растворов.

Установлено, что в уяпорзл*53овпшкяс системах'смазочные' добавки (нефгь 8-10-1, с:.!.\;,\;~3:.') уоплнвэк? структурообразукжЗ эффект гетероциклических спиртов. Так прочность геля за I гот-: 101 бентонитовой сусгзнзив, с о дерна где П 10'1 реагента Т-66 и 20:1 хлорида натрия, возрастает с 60 до 90-110 дПа, при енкнанкп величина фильтрации в 1,5 раза.

Влияние р-зэгенга Т-66 на свойства стабилизированных буровых растворов изучалось на примере наиболее типичных высокомолекулярных реатентов (КЭД, ОЭЦ, крзхгзла, КССК, мэтаса). Установлено, что ф'..льграция у солскасш;еиного раствора обработанного реагентом Т-66 и стабилизированного 21 КЩ в 2 раза меньше, чем у базового раствора (3 с:.;3 против 6 см3), при сохрзнянцейся структурообразующей эффективности.гетероциклических спиртов. Донная закономерность прослеживается и для остальных перечисленных выше реагенгов-огаби-лпзаторов. При зго.м, более высокие структурно-механические характеристики новых растворов позволяют на 5-10.1 снизить концентрацию твердой фазы и получить раствори с более низким вязкостными свойствами не ухудгая с трукг-урно-мехонические и фильтрационные показатели. Аналогичная картина наблюдается и для глинистых.растворов другого минералогического состава.

Из физико-химии промывочных жидкостей известно, что совмест-' ный евод в-раствор'реагентов-стабилизаторов, благодаря синергети-ческому эффекту, значительно усиливает эффективность химической ■ обработки. Данный прием очень часто позволяет повысить солестой-. кость сйстемр, улучлить качество раствора при снижении его себестоимости. Предварительная модификация глинистой фазы гетероцикли-

.ческями спиртами усиливает синергетсзм действия вчсококолехулярнах реагентов, что позволяет в минерализовакяых.системах снкзптъ обцпй •расход реагентов- стабилизаторов в два раза;

Влияние различных типов электролитов и степени минерализации оценивалось по. изменение структурно-реологический, фильтрационных и других-технологических свойств буровых растворов, минерализован" ных хлоридами калия,' натрия, магния и кальция. Согласно эксперимен бальным данным структурообразующий эффект реагента Т-66 пряявляег-¿я вне зависимости от степени минерализации и типа электролита. Степень "бронирования" глинистой фазы при этом остается довольно в:

•СОКОЙ.

Влияние сметанной минерализации изучалось на растворах приготовленная из друхковской глина и-стабилизированных ОЭД и метасом. Полученные данные говорят о том, что структурообразующий эффект гетероциклических. спиртов проявляется так г:е и при совместной минерализации растворов различными электролитами. При этом величина фильтрации растворов обработанных реагентом Т-66 в два-три раза нике, чем у исходных растворов. Данный .эффект особешо ценен, так как зачастую бурение скваяин сопровождается вскрытием хемогенных порад сг шанного состава. Высокие структурно-механические свойства .минерализованных растворов содержащих гетероциклические спирты, позволяй I лучать растворы плотностью до 2100 кг/м3 без дополнительного ввода глинистой фазы. Это имеет особое значение при-бурении в условиях вс до-рапопроявлеяйй, так как единствекннм средстврм с.целью сохранен ■тяксотролии раствора является обогащение его специальными солестойкими гдинамг. '

Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что за счет . сниаения концентрации твердой фазы в буроних растворах содерлщцггг ■гетероциклические спирты можно значительно повысить баритоемкосгь

иин«ралиэорзк.чкх crçcre.v. Так если у обкчнах хлоркалъциевых растворов i!?on небольших добавок бзрига внзквзет резкий рост структурно-кехяничсскйх•показателей, го для ÏKP с пониженной концентрацией твердой сазн и содсряапнх реагент T-G6 характерно незначительное изменение этих показателей при нроде до 120.? утяжелителя. _

Несколько иное действие барита но стабилизированные нефте-э;.гулг-с ионные бурог.не растворы. Таи если по струкгурно-кеханкческим-показателям утяъ:елеиапл до 1350 кг/м3 буровой раствор о реагентом T-6G незначительно отличается от раствора без Т-66, то по пластической и аспг/лтотпчеокой вязкости они отличаются друг, от друга в. 1,7-2 рапа. Это снизит гидравлические потерн в циркуляционных системах, кро;.:е' того, при меньшей эсигптотической вязкости эффективнее осуществляется очистка забоя скважины.

Таким образом, благодаря предварительной обработке раствора гетероциклически:.-;* спиртами с последующим разбавлением и утяжеление:.! значительно -улучшается гидродинамические характеристики утя-келеп.чнх систем. Кроме того, предварительная модификация твердой фазы повыаззт термостойкость растворов. Так после термообработки (до 150°С) наблюдается почти полная обратимость фильтрационных и структурно-реологических свойств мянерализовашшх растворов, в то время как у базовых растворов фильтрационные потери возрастает, с 2-3 см3 до 10-15 см3, при единении структурно-механических характеристик до нулевых значений.

' Четвертая глава посвящена разработке и исследовании гуг/атно-¡слоркалиевого раствора. 3 основу новой система положены результаты экспериментов, позволяющие повысить солестойкость минерализованных зистем, с учетом специфики физико-хкшческих процессов, протекзю-цях в калиевых систег/ах содержащих гумзгн.

Являясь основным ингредиентом в растворах на водной основе, глинистая фаза в условиях калиевой электролитной агрессии под-

вержена температурной коагуляции, что приводит к агрегатйвной-нестабильности всей системы, В целях ослабления коагуляции в гумат-но-хлоркалиевом растворе, при его 'приготовлении использовалась технология предварительной модификации глинистой фазы реагентами содержащими гетероциклические спирты. Это позволило значительно повысить солестойкость в агрегатизнуг. устойчивость система, что характеризовалось величинами фильтрации ( 4-6см3/30 мин) при Ъ-1%-ном содержании хлористого калия и значениями седиментзционной ста' биль'ности (^О^ОЗг/см3) при еыооких плотностях. Установлено, что калиевые растворы .на основе гуматов имеют оптимальные структурно-реологические свойства при содержании бентонита 5~8£, друкковской глины 15-25?. Концентрацию УЩР в растворе необходимо поддерживать на уровне 6-8/5, что соответствует содержания гумпновых кислот в фильтрате ЗООО-бОСЮмг/л. При данных концентрациях растворы имеют низкие (¿5см3/30 мин) фильтрационные потери и необходимые для успешного бурения вязкостные свойства. Предварительная модификация твердой фазы позволяет во всем диапазоне исследо ванных концентраций по KCl i от 0 до 20%) получать растворы имеющие более низкие ( в 2,0- 2,2 раза) значения фильтрации, чем базовые растворы.

При исследовании свойств тумзтно-хлоркадиевого раствора была выявлена важная закономерность: растворимость, а следовательно активность гуматов в различных средах ( пресной и минерализованно в значительной степени зависят от рП раствора. При значении pH, превышающем критическое (рН^), везко возрастает активность и со-лестойкость гуматов. Так при повышении pH до 10-10,5 значение величины фильтрации растворов, содержащих 5-ГО? хлористого калия, умещаются с B-IO см3'.и достигают показателей фильтрации пресногс раствора Ф=3-4 с?,;3). При значениях pH нине критического, происходит высаливание гумзгов (содержание гумияовых кислот в фильтрате снижается с 10000 до 2000 мг/л), резко увеличиваются

показатели струнтурзо-кэховкческпх и реологических свойств раствора.

Riy.no овметнгг., что если рН срвщ вате рЯХр, то рзсгяор попадает в стобклы-ук область в которой параметры раствора зависят только от компонентного состава, способа приготовления и степени г,'П!ораи:тци'.'. С целы искпхчсть влияние гидроокисей па гех-

нологкчсскгс сгойог?я нооЗходи.'/о рГТ рзстяора дергать.па 0,5-1 *

единицу рчп1» чеп его рНкр, Закономерность пзмеявняЗ Х'е личины диссоциаций гузягювих кислот от рН среди стало впкнчм дополнительны;.: моментом в технологии приготовления п регулирования параметров гуг.агно-хлоркалиевсго раствора.

Термостойкость калиевых растворов па основе гуматов оценивалась величина;.".! ГуГламической фильтрация, замеренной при температурах нагрева, а такге сгспоп'г. необратимых изменений основных свойств до и после гермостахяровопкя (прогрева). Зксперккеяталь-но определено, что гугатно-хлоркалиевая система обладает высокой термостойкосгьг. Абсолютная величина фильтрации раствора при 150°С не превышает 30 с.ч3, а у охлаядеиного раствора составляет менее 7 си3, т.е. наблхдпегся почти полная обратимость величина фильтрации растворов после термообработки.

Термостойкость скстекк дополнительно повышается при вводе в раствор одеся кальция в количестве 0,2-0,3% за счет образования гу-.'атов Са, о чем свидетельствуют низкие показатели фильтрации (12-15 с;.:3), при высоких температурах и полная обратимость технологических свойств после термообработки.

На основании экспериментов было определено, что коллоидная составляющая глинистой фазы оказывает значительное влияние _ка термостойкость раствора.'Так концентрация коллоидных частиц в 4? об. является предельной, выше которой происходит резкий рост сгрукгур-ко-ресогпческих показателей при- высоких температурах. При этом

'установлено, что оптимальная концентрация коллоидных частиц корреляционно связана с плотностью раствора (коэффициенты корреляции 0,89-0,92)» Составлена иокогрзжэ для определения оптимальнее величины коллоидной составляющей твердой фаз;/ в зависимости от плот-ндсти, что значительно упростило обработку и регулирование свойств раствора при высоких температурах.

Установлено, что высоленные гумати погьпокт устойчивость тлн-• нкстых'пород. При высокой ко1ще?ггрзцки гумзтов эффект их ингиЗироза аия .сравнивается с действием конов калия. Исследования по опрецеде-.ние начальной скорости увлажнения у, степени гидротяции глин в среде бурового раствора показали, ч^о благодаря сочетанию действия ионов калия с гуматамк калия, гуматно-хлоркалпевыл раствор по своей енги-бирующей активности превосходит существующие системы.

3 пятой главе изложены результаты испытан:;.! и внедрений hofo* технологии приготовления минерализованных растворов и' гуматно-хлэр-калиевого раствора.

. .. Апробация технологического процесса гад1"фккащш"глгнкс гоЯ фазы минерализованных растворов осуществлялась при бурении сквахкн ■ вскрываюцих хемогенные отложения на Восточно-Уметогской длоцади в интервале I20O-IS00 м, на Адтиповско-БалнклейскоЛ площади в интервале 1100-2200 м, на Чухонастовской пло 1Пй ци е ингсргэло 850-1200 к. Испытания показали высокую технологичность предложенного- способа приготовления бурового раствора. Параметры минерализованных прост вочных жидкостей были стабильными и легко регулировались в течение всего времени бурения соленых толщ. Применение новой технологии возводило в 2,0-2,5 раза сократить расход глннопорошка.на 20-30? расход дорогостоящих реагентов-стабилизаторов и в 1,5-2,0 раза затраты времени на работу с раствором. Экономический эффект от внедрения технологии приготовления минерализованных растворов составил 250 тыс.руб.

Промышленные испытания 'гу^зтно-хлоркалггевого раствора проводились га снвакинах 75 и 76 Босгочко-Уютовской площади, вскрива гл их терригешгый девон в интервале 4400-5000 ?л. Проходимые. породы были представлена во.дочувствителышмн неустойчивыми аргил-литовыми отложениями. Попытка бурения данных интервалов на калиевом растворе не всегда приводило к успеху. Из-за образования ог- . рокных каверн и и:гтфтспгного осыпания стенок сквакин "часто .происходили ело;,;;» и прихвати колонн бурильных труб. Это потребовало, прияеиетга более внсокоингибированпого бурового раствора. .

Использование при бурении гу тпо-хлорк а ли евого раствора позволило полностью исключить осложнения связанные с осилят,® и обвалам водочувствительных глинистых пород и успешно осуществить проводку сквагпн до проектных глубин. Кавернометрия стволов скважин (почти "полное отсутствие каверн) подтвердила, что:новы2 раствор обладает более высокой ингибирунцзй способностью в сравненйи с калиевым раствором.

Экономическая эффективность от применения гукшю-хлорка-лиевого раствора на скв.77 и 79 Восточно-Уыетовской, I-Spyеланекой, Г0-3зпадно-2ир:гавской составил 390 тыс.руб.'

. В приложении представлен расчет экономический эффективности, акты испытаний и внедрений разработок, a также руководящий доку- ' цент РД 15-15-85. -

ОСНОВШЕ ВЫВОДЫ '

1, Исследован характер воздействия гетероциклических спиртов на процесс структурообразоваяия минерализованных глинистых суспензий в присутствии защитных высокомолекулярных полимеров.

2. Установлено оптимальное соотношение между гетероциклическими спиртами и глинистой фазой (0,8-1,1), при котором про.' ляется наибольший эффект сгруктурообразования.

3. Показано, что гетероциклические спирты повышают термосо-леотойкость буровых растворов в широком диапазоне концентраций минеральных солей, и оптимизирует концентрацию полимеров-стабилизаторов (КМЦ, крахмал и пр.).

4. Установлено, что наиболее доступным и не дефицитным реагентом, содержащим гетероциклические спирты, является многотоннакнчл продукт химического призводства - реагент Т-66. С учётом дегильно-г исследования его химического состава и свойств предложен метод модификации реагента Т-бб, отличающийся большей эфГгективностьк как реагент-структурообразователь (Оксаль).

5. Разработана и защищена авторскими свидетельствами .'г 1077313,1221226 технология приготовления минерализованных буровых растворов, заклкчапцаяся в предварительной модификации поверхности глинистых минералов гетероциклическими спиртам:; (Т-66, Оксаль), обеспечивающая стабильность структуро-мехавгических свойств расвора и■исключающая их стабилизационное разккяение после вводз зщитных полимерных реагентов (КМЦ, крахмал к др.). •• • • ■

6. Основываясь на технологии предварительной модификации дисперсной фавн к на законе диссоциации гумитвчх кислот в минерализованной среде - разработана рецептура гуматно-хлоркалпевого бу-ровог-раствора, отличащаяся высокой солестойкостьк и агрегативной стабильностью. Еуматио-хлоркзлиевнй раствор защищен авторским свидетельством £1098950.

7. Проведено испытание и широкое промышленное внедрение технологии предварительной модификации твёрдой фазы стабилизированиях растворов реагентом Т-бб(Оксаль) при буренки в хемогенных отлоге-'ниях Нижнего Поволжья. Указанная технология обеспечила стабияьност; реологических и фильтрационных свойств растворов в диапазоне их плотности от 1250 до 2000 кг/м3.

Сокращены затраты времени и материалов на обработку и регулирование свойств буровых растворов.

8. Испытания,к внедрения гуматпо-хдоркплиерого раствора, пригоговлетюго по разработанной технологии, показзли^его эффек- ■ тивкость при бурении в неустойчивых глинистых отложениях. По ин-гибирукт'му воздействие на террнгешше породы данная система пре-Еосхог,нт остальное калиевые раствора. г

Экономически* эффект отпримене.чжг ново?, системы за счЗг . улучшения технико-экономических показателей буреппя составил 390 ТЫС .рубле!!. *

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

2. Комяков P.A., Косяк A.B., Нестерепко И.О. Высокошги-бированяые растг-ррч на водной основе с реагентом Т-66//Техноло-гия бурения и испытания сквазин в условиях подсолевых и рифопн-нмх оглохений.-ГЛ.,К82.-С .3-6.

2. Косяк A.B., Ананьев А.Н., Комяков Ю.А. Исследование механизма регулирования свойств буровых растворов реагентом Т-66/Л'ефт.хоз-ло.-Н'84.-.!5 1Г.-С.14-17.

3. Косяк A.B. Калиевый буровой раствор на основе томатов натрия//Тез.аокл.7Я паучн./техп.конф.молодглс ученых а специалистов. -Пермь.К 82.-С.52-53.

4. Косяк A.B., Вялов А.Г. Калиевый раствор ко основе гу-матоз для бурения скважин в неустойчивых глинах//Материалы.

10 отрел.конф.молодах ученых и спец.нефт.пром-сти.-М.,IS87. -С.132-140. '

5. Косяк A.B., Комяков Ю.А. Совершенствование систем минерализованных растворов для бурепия глубоких скважин в Прикаспийской впадинеУ/Перспектива яефтегазоносности Прикаспийского региона и геолого-технические особенности строительства сквазин. -ÎJ., IS84 .-С. 102-108. ' .

3. Носяк А.З, Совериенствовзние технологии приготовления минерализованного бурового раствора ка водноЗ основе для буре-

ния в хемогенных отложетшх//Тез.докл.1Х тауч!:.-техн.конференции молодых ученых и специалистов.-Пермь,Г583.-С.54-55.

7. Косяк Х.В., Задёра Т.В. Структурно-реологические исследования утяжеленных хумзтно-калиевых буровых растворов при высоких температурах//Строительство нефтяных и, газовых-скважин:тез, донл.Всесокзн.научн.-техн.конф.молодах ученых и специалистов, посвящен.ТС-летиЕ ВЖЖ.-Краснодар ,1988.-С.26-28.

8. Косяк'A.B., Ананьев АЛ.,-Белова А.Г. Высокоингибироваг ный термостойкий калиевый буровой раствор на основа гуматов. -йн-форм.ли с ток JS 88г52 .-Во л гогра д ,ЦЯТИ, IS88 - - 4 с.

■ 9. Косяк A.B., Комяхов.Ю.А., Долгих А,Е. Способ приготовл< ния бурового раствора. Авт. свид. J§ IG779I3

,10. Косяк A.B.-, Комяков Ю.А., Ананьев A.H. Калиевый бурово. раствор. Авт. свид. & I09895G

11, Косяк A.B., Комяков Ю.А., Ананьев А.Н. Способ ..риготов-дения буровото раствора на водной основе. Авт. свид". № I22I226

12. Инструкция по приготовлению и приглеяениЕ высокоингкбвр ванного термостойкого калиевого бурового раствора на основе гума с комплексом мероприятий по охране окружащей среды при строктел стве скважин с использованием гумэтое/А.Н.Ананьев, А.Г.Зялов, А.В.Косяк и др.-Волгоград,IS85.-I5. G.

1-27353 Подписано в иеч. 21.02.1990. 3ак.43.

Ротапринт ЕгЖЙБТ

Тир. 100