INVEROFORM
Первостепенная тенденция современных разработок новых систем буровых растворов – это минимальная экологическая нагрузка, высокие ингибирующие и триботехнические свойства, низкое содержание твердой фазы в условиях высоких плотностей, высокая термостабильность, устойчивость к загрязнениям и биодеструкции, низкая коррозионная активность, высокие консервирующие способности, а также возможность повторного использования.
Данная задача была успешно решена в компании ООО «НСК» – разработкой высокоингибированного термостабильного утяжеленного органической солью формиата калия минерализованного безглинистого бурового раствора на основе прямой эмульсии с низким содержанием твердой фазы и оптимальными структурно-реологическими свойствами.
Разработанная и запатентованная эмульсионная система бурового раствора INVEROFORM предназначена для бурения и заканчивания вертикальных, наклонно-направленных, горизонтальных скважин и боковых стволов, сложенных как крепкими, так и неустойчивыми, трещиноватыми с большим углом залегания, склонными к осыпям и обвалам, набуханию, диспергированию и кавернообразованию породами, а также скважин с высокими забойными температурами (до 160 °C).
Решение вышеуказанных проблем достигается за счет оптимально подобранных концентраций и компонентов химических реагентов к разработанной системе, каждый из которых отвечает за свое направление, а именно:
– Комплексный ингибитор обеспечивает высокий кольматационный эффект, что подтверждается снижением фильтрации (особенно при повышенных температурах).Тонкая эластичная фильтрационная корка способствует снижению триботехнических и антиприхватных свойств бурового раствора. Наличие гильсонита и асфальтенов в составе компленсного ингибитора блокирует микротрещины аргиллитов, а также препятствует процессам диффузии, капиллярной пропитки и поверхностной гидратации глинистых минералов, что снижает сроки их обводненности, соответственно, обеспечивая повышенную устойчивость ствола скважины.
Реагент содержит ультрадисперсный гильсонит, модифицированные битумы, а также композицию гликолей, производных жирных кислот и других компонентов.
– Вспомогательный ингибитор является органическим ингибитором набухания глинистых минералов, цементирующих аргиллитоподобные и алевролитистые отложения, препятствует диспергированию глинистого (цемента), предотвращает осыпи стенок скважины, сложенных аргиллитами и алевролитами (шоколадными глинами). Представляет собой композицию из полигликолей и алифатических амидов.
– Солестойкий эмульгатор предназначен для образования и сохранения однородной дисперсионной среды. Согласно классификации по размеру частиц, образованную эмульсию можно отнести к миниэмульсиям:
400 нм > d > 100 нм. Согласно правилу Банкрофта, непрерывной становится та фаза, в которой эмульгатор лучше растворим. Специально подобранный для данной системы солестойкий эмульгатор лучше растворим в водной фазе с формиатом калия, водная фаза непрерывна (образуется прямая эмульсия).
Механизмы устойчивости эмульсий с применением солестойкого эмульгатора – электростатический, стерический, осмотический. Основной фактор обеспечения устойчивости прямой эмульсии с применением эмульгатора – структурно-механический барьер (СМБ).
Прямая эмульсия с применением солестойких эмульгаторов для дополнительной стабилизации использует микродисперсные частицы, присутствующие в растворе (бентонит, микромрамор и пр.). То есть эмульсия на основе солестойкого эмульгатора – это «эмульсия Пикеринга». Эмульсии Пикеринга представляют собой дисперсии, стабилизированные помимо основного эмульгатора твердыми частицами, закрепленными на границе масло – вода (рис.).
КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ
Пеногаситель – представляет собой реагент на основе модифицированных силиконов с добавлением поверхностно-активных веществ. Предназначен для эффективного удаления и предотвращения пенообразования.
Бактерицид – представляет собой композицию на основе четвертичных аммониевых соединений. Предназначен для предотвращения бактериального разложения используемых в рецептуре полисахаридных реагентов, а также для подавления жизнедеятельности сульфатвосстанавливающих бактерий, вызывающих коррозию оборудования.
Специальный крахмальный реагент – термостабильный понизитель фильтрации. Предназначен для снижения фильтрации в системе бурового раствора со степенью минерализации до насыщения. Отличается высокой стабилизирующей способностью, повышенной стойкостью к био-, термо-, механодеструкции.
Структурообразователь – обеспечивает в системе необходимые структурно-реологические свойства, улучшает выносную и удерживающую способность, а также высокие показатели ВНСС.
Минеральное масло – состав для приготовления буровой эмульсии(дисперсионная среда). Представляет собой смесь продуктов олигомеризации олефинов и минеральных дистиллятных и остаточных базовых масел.
Формиат калия – представляет собой калиевую соль муравьиной кислоты. Используется в системе в качестве органического ингибитора гидратации, набухания и дезинтеграции сланцев глинистых минералов, а также для повышения термостабильности полисахаридных составляющих системы.
Микрокальцит – представляет собой продукт измельчения и тонкого помола (определенной фракции) природного мрамора. Применяется в системе в качестве кольматационного наполнителя для создании на стенках скважины низкопроницаемого кольматационного экрана.
Натрий едкий – предназначен для регулирования рН системы.
Водная фаза – бинарное неорганическое соединение с химической формулой Н2O. Состоит из двух атомов водорода и одного – кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью. Представляет собой прозрачную жидкость, не имеющую цвета, запаха и вкуса. Используется в системе в качестве диспергирующей фазы.
Концентрат баритовый (BaSO4) – природный сульфат бария. Применяется в системе по мере необходимости в качестве дополнительного инертного утяжелителя.
При бурении скважин с АВПД в рецептуру системы по мере необходимости включаются реагенты-утяжелители, такие как формиат натрия и концентрат баритовый.
Система вариативна, и концентрации подбираются под конкретные горно-геологические условия бурения.
ПРЕИМУЩЕСТВА РАЗРАБОТАННОЙ СИСТЕМЫ
1. Экологическая безопасность.
2. Высокие смазывающие (триботехнические) способности, низкая прихватоопасность. Повышение технико-экономических показателей бурения, увеличение механической скорости бурения и проходки на долото и, как следствие, снижение сроков строительства скважины.
3. Качественное вскрытие продуктивных отложений за счет гидрофобизации пористой среды коллектора. Мельчайшие частицы масла (глобулы), проникая в пористую среду коллектора, создают гидрофобную кольматацию.
4. Оптимальные гидравлические параметры промывки.
5. Высокая ингибирующая способность достигается за счет включения в систему формиата калия и дополнительных ингибиторов на основе амидов алифатического ряда, композиции гликолей, производных жирных кислот модифицированных асфальтенов, ультрадисперсных гильсонитов, которые блокируют микротрещины аргиллитов, препятствуют процессам диффузии, капиллярной пропитки и поверхностной гидратации глинистых минералов.
6. Высокая термостабильность достигается за счет включения в рецептуру формиата калия и высокотемпературных полимерных составляющих.
7. Устойчивость к биодеградации и высокая стабильность на протяжении долгого периода времени.
9. Низкая коррозионная активность за счет высокого содержания углеводородной фазы и консервирующей способности формиата калия.
10. Гибкость системы с возможностью изменять параметры в широких пределах. Гибкость, вариативность системы позволяет работать в широком диапазоне плотностей и температур в разных горно-геологических условиях, а также использовать в рецептуре органические и неорганические компоненты.
11. Возможность применения традиционных кольматационных наполнителей для ликвидации осложнений, связанных с поглощением, в отличии от РУО.
12. Повторное применение на протяжении нескольких циклов строительства скважин.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ингибирующие свойства микроэмульсии первого рода, содержащей в качестве дисперсионной среды насыщенный водный раствор формиата калия, близки к углеводородным системам.
Поэтому данная система на основе прямой микроэмульсии является прямым экологически безопасным конкурентом РУО:
– удельный вес прямой микроэмульсии, утяжеленной формиатом калия, без твердой фазы составляет 1400 кг/м3. Это обеспечивает оптимальные гидравлические параметры промывки скважин для достижения высокой механической скорости бурения в глинисто-аргиллитовых разрезах. Кроме того, минимизация концентрации твердой фазы в составе эмульсионного бурового раствора обеспечивает отсутствие на стенках скважины трудноудаляемой фильтрационной корки, что способствует повышению эффективности первичного вскрытия низкопроницаемых продуктивных коллекторов, а также улучшает качество крепления обсадных колонн в ММП, интервалах с высоким поровым давлением, а также в слабосцементированных глинисто-песчаных и глинисто-карбонатных породах;
– течение прямой микроэмульсии, утяжеленной формиатом калия, описывается псевдопластической реологической моделью, которая обеспечивает оптимальные выносящие и удерживающие свойства системы;
– структурно-механические характеристики микроэмульсии формируются за счет утяжеленной формиатом калия водной макрофазы, что обеспечивает устойчивость системы к биодеградации;
– частицы выбуренной глинистой породы в среде формиатной микроэмульсии лишены липкости, что минимизирует опасность образования сальников;
– формиатная микроэмульсия инертна к действию полиминеральных кислых пластовых вод и сохраняет свою структуру и свойства при бурении пористых аргиллитов и хемогенных породах;
– прямая ммикроэмульсия практически безопасна для окружающей среды (4 класс опасности) и не требует, в отличие от инвертных эмульсий (РУО), применения дополнительного оборудования для очистки и утилизации шлама.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Минимизация концентрации твердой фазы в составе эмульсионного раствора обеспечивает отсутствие трудноудаляемой фильтрационной корки на стенках скважины, что способствует повышению эффективности первичного вскрытия низкопроницаемых продуктивных коллекторов, улучшает качество крепления обсадных колонн в ММП, интервалах с высоким поровым давлением в слабосцементированных глинисто-песчаных и глинисто-карбонатных породах, а также высокие механические скорости бурения и, как следствие, снижение сроков строительства скважин.
Высокие ингибирующие способности препятствуют разупрочнению вскрываемых бурением пород (осыпям и обвалам).
Хорошие триботехнические свойства повышают технико-экономические показатели бурения, увеличивают механическую скорость бурения и проходку на долото и, как следствие, ведут к снижению сроков строительства скважины.
