МОДИФИКАТОРЫ РЕОЛОГИИ И ТРЕНИЯ ДЛЯ РУО: ТОНКИЙ «ТЮНИНГ» БУРОВОГО РАСТВОРА НА УГЛЕВОДОРОДНОЙ ОСНОВЕ ДЛЯ БУРЕНИЯ СЛОЖНЫХ СКВАЖИН ИЛИ ЗАЧЕМ СМАЗКЕ СМАЗКА

Для решения проблем, связанных с реологией бурового раствора, необходимо использовать специальную добавку – модификатор реологии. Особенно важно снизить зависимость реологических свойств от температуры. Применение модификатора реологии «РЕОМОД^® Жидкий» позволяет получать оптимальные значения LYSP – реологии при низких скоростях сдвига; формировать плоский реологический профиль для минимизации негативного воздействия разницы давлений на стабильность скважины; снижать зависимость реологических параметров от температуры.

Бурение нефтегазовых скважин часто проходит в широком диапазоне температур – от самых низких на поверхности до 200 °С и более на забое скважины.

Повышение реологических параметров при охлаждении традиционных буровых растворов на углеводородной основе в верхних интервалах скважины приводит к увеличению эквивалентной циркуляционной плотности (ECD). Когда ECD превышает градиент гидроразрыва породы, возникает ряд осложнений – поглощение бурового раствора, нестабильность ствола скважины, прихваты, и т.д. Это приводит к большим потерям драгоценного времени и денег.

Особенно часто эта ситуация встречается при восстановлении циркуляции после длительных остановок, когда буровой раствор находился в покое длительное время. За спуском бурильного инструмента или обсадной колонны (surge&swab), резким запуском насосов и быстрым выходом «на режим» часто следует падение давления и снижение или полное отсутствие бурового раствора на выходе из скважины – первый признак потери циркуляции.

Для решения проблем, связанных с реологией бурового раствора, необходимо использовать специальную добавку – модификатор реологии. Зачем она нужна?

• Во-первых, снижает зависимость реологии бурового раствора от температуры – снижает значение пусковых давлений при восстановлении циркуляции, то есть снижает риск образования искусственных трещин и ухода раствора в пласт.
• Во-вторых, эта добавка формирует плоский реологический профиль бурового раствора, снижает давления Surge&Swab – залог стабильности скважины.
• В-третьих, модификатор реологии повышает значения вискозиметра при 6 и 3 оборотах (LSRV – реология при низких скоростях сдвига). Это свойство необходимо для качественной очистки скважин с зенитным углом более 70⁰.

Особенно важно снизить зависимость реологических свойств от температуры. В табл. 1–3 приводятся результаты лабораторного тестирования реологических параметров бурового раствора РУО с модификатором реологии «Реомод® Жидкий» при 10, 50, 70 и 100 °С градусах Цельсия и давлении 0, 100, 400 и 550 атм соответственно.

Табл. 1. Состав бурового раствора

Табл. 2. Параметры бурового раствора

Табл. 3. Реологические параметры бурового раствора: зависимость реологии от температуры и давления

Как видно из табл. 1–3, при изменении температуры в диапазоне 10–100 °С:

• наблюдается значительное снижение показателя пластической вязкости, которая характеризует вязкость дисперсионной среды;
• наблюдается незначительное снижение ДНС в допустимых пределах от 35 до 22 (37 % в диапазоне температур 10 до 100 °С);
• реологические параметры при низких скоростях сдвига (показания вискозиметра при 6 и 3 оборотах и LSYP) практически не меняются.

Применение модификатора реологии «РЕОМОД^® Жидкий» позволяет:

1. получать оптимальные значения LYSP – реологии при низких скоростях сдвига – для качественной очистки наклонно-направленных и горизонтальных скважин;
2. формировать плоский реологический профиль для минимизации негативного воздействия разницы давлений на стабильность скважины;
3. снижать зависимость реологических параметров от температуры.

МОДИФИКАТОРЫ ТРЕНИЯ ДЛЯ РУО

«Зачем смазке смазка?» – многие инженеры по бурению слышали этот вопрос от бывалых бурильщиков.

Этот же вопрос задают себе неискушенные в этом вопросе люди, которые выбирают моторное масло: «зачем я буду платить за масло на эстерах в два раза больше, чем за обычную «минералку»?

Чем же отличается обычная «минералка» от масла с добавлением эстеров (эфиров)? Концентрация эфиров в масле обычно очень низкая – до 2 %. Но преимущества, которыми они наделяют масло, трудно переоценить.

Эстеры (эфиры) используются в моторном масле в качестве «модификаторов трения». Полярные головы молекул эфиров адсорбируются на металлических поверхностях, образуя смазочную «подушку» из неполярных (углеводородных) хвостиков. Эта «подушка» способствует свободному скольжению твердого тела и меняет режим смазки с «пограничного» на «гидродинамический».

То же самое происходит в скважине при использовании бурового раствора на углеводородной основе (РУО) при добавлении модификатора трения. Молекулы эфиров формируют прочный адсорбционный слой на металлической поверхности бурильной и обсадной колонны, а также на стенке скважины («обнаженных» заряженных краях). По этой «смазочной подушке» бурильная колонна или обсадная колонна свободно перемещается относительно обсадной колонны или стенки скважины.

ПОЛЕВОЙ ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СМАЗКИ-МОДИФИКАТОРА ТРЕНИЯ ДЛЯ «СУПЕРСЛАЙДЕР^® РУО»

Бурение секции под эксплуатационную колонну Ø178 мм долотом Ø215,9 мм до глубины 2944 м осуществлялось на традиционном буровом растворе на нефтяной основе. Режим бурения представлен в табл. 4.

Табл. 4. Режим бурения

С глубины 2944 м начали вводить модификатор трения «Суперслайдер^® РУО» с доведением концентрации до 1 % по объему. На глубине 3056 м увеличили концентрацию смазки до 2 %.

Параметры бурового раствора представлены в табл. 5. После добавления смазки параметры бурового раствора не изменились, за исключением параметра электростабильности, значение которого незначительно повысилось.

Табл. 5. Параметры бурового раствора до и после ввода смазочной добавки «Суперслайдер^® РУО»

Что касается крутящего момента, то после ввода смазки «Суперслайдер^®РУО» (1 % по объему) наблюдалось снижение момента на забое на 34 % (с 35 до 23 кН·м ), момента над забоем – на 30 % (с 30 до 21 кН·м).

После повышения концентрации смазки до 2 % по объему наблюдалось дальнейшее снижение крутящего момента – на 18 и 22 % (на забое и над забоем соответственно). Результаты полевого опыта представлены в табл. 6 и на рис.

Табл. 6. Значения крутящего момента и веса инструмента после обработки раствора смазкой «Суперслайдер^® РУО»

Рис. Зависимость значений крутящего момента и веса инструмента от концентрации смазки «Суперслайдер^® РУО»

Применение смазочной добавки «Суперслайдер^®РУО» в буровом растворе на углеводородной основе позволило:

• значительно снизить крутящий момент (снизить энергозатраты, продлить срок службы скважинного оборудования);
• улучшить «хождение» инструмента, улучшить значения веса на крюке (на «вира» и «майна»);
• добурить скважину до проектного забоя и успешно спустить и зацементировать обсадную колонну.

М.Н. ШИРОКОВ, начальник лесохимического производства (ЛХП)

mikhail.shirokov@cloto.ru

ООО «Клото».

г. Архангельск