Full Text

Буровые работы производятся для добычи нефти и газа из природных резервов глубоко под землей [1]. Для облегчения добычи углеводородов из земли бурят глубокую скважину, формируя ее ствол. Использование технологических жидкостей является важным фактором в процессе бурения, и эти жидкости играют множество ролей, например, для удаления бурового шлама и контроля пластового давления [2, 3]. Существуют химические добавки, используемые в буровом растворе, которые показали желаемые свойства. Однако эти добавки не поддаются биологическому разложению и опасны для окружающей среды [4]. В результате исследователи стали стремиться найти альтернативные добавки, которые являются экологически безопасными, биоразлагаемыми и устойчивыми, сохраняя при этом эффективные свойства буровых растворов [5]. Реологические свойства буровых растворов имеют жизненно важное значение для осуществления их правильного выбора для любой скважины. Реологические свойства буровых растворов связаны с такими процессами, как очистка скважины, сохранение эрозии, удаление режущего материала, гидравлический расчет и насосная система. Успех любой операции бурения в значительной степени зависит от производительности и экономической эффективности используемого бурового раствора. Буровые растворы обычно классифицируются на: 1. Жидкости на основе воздуха или пены, которые используются там, где жидкий буровой раствор не является наиболее желательной циркулирующей средой. 2. Жидкость на углеводородной основе. 3. Жидкость на водной основе. Исходя из экологических соображений и соображений стоимости, жидкости на водной основе обладают свойствами, которые обычно предпочтительнее, чем жидкости на углеводородной основе. Буровые растворы должны быть экологически чистыми и содержать минимально возможное количество загрязняющих веществ. Поэтому следует проявлять осторожность при выборе сырья. В настоящее время для регулирования потерь жидкости и вязкости буровых растворов используются различные полимеры, которые могут быть в форме природных (например, крахмал), синтетических и/или модифицированных (например, карбоксиметилцеллюлоза, или КМЦ) полимеров [6, 7]. При бурении нефтяных скважин эти полимеры уменьшают фильтрат, изменяют реологические свойства, стабилизируют сланец и уменьшают сопротивление, а также могут быть использованы в процессах повышения нефтеотдачи пластов [8]. Приток жидкой фазы, известной как фильтрат, в продуктивные зоны может привести к значительному снижению проницаемости и, следовательно, к снижению производительности скважины. Включение натуральных смол и материалов на основе крахмала в составы буровых растворов было основным решением для контроля этого явления. Буровые растворы должны решать несколько задач, возникающих в процессе бурения. Например, буровые конструкции, возводимые в ходе этого процесса, изготовлены из металла и, таким образом, подвержены коррозии, что, в свою очередь, влияет на общую операцию бурения. Добавка к буровому раствору, обладающая хорошими антикоррозионными свойствами, может эффективно решить эту проблему. Другой проблемой является чрезмерная потеря циркуляции жидкостей в фильтратную среду, что относительно дорого. Для решения этой проблемы добавка бурового раствора должна способствовать хорошему контролю циркуляции, а также образованию и толщине глинистой корки. Обрушение ствола скважины также может происходить из-за взаимодействия и реакции буровых растворов с пластовыми флюидами. Буровой раствор должен содержать добавку, которая образует глинистую корку подходящей толщины, чтобы предотвратить прихват трубы и сохранить стабильность ствола скважины [7]. Другие возможные сценарии бурения включают отказ оборудования при заканчивании ствола скважины как процесса подготовки ствола скважины перед стадией добычи, чтобы гарантировать выход желаемых углеводородов из пласта в ствол скважины, а затем наружу. В этой ситуации к буровому раствору требуются добавки, способные контролировать скважину и предотвращать любые существенные повреждения до тех пор, пока оборудование не будет отремонтировано. Другим важным аспектом бурового раствора является его способность контролировать pH, реологию и, в частности, пластическую вязкость, предел текучести и прочность геля. рН влияет на процесс диспергирования и может сильно повлиять на физические свойства бурового раствора, такие как свойства фильтрационной корки. Так было определено, что тамариндовая камедь и полианионная целлюлоза показали лучшие реологические свойства и эффективность контроля потерь фильтрата в нефтяной скважине, а также значительно уменьшили повреждение пласта. Также ученые обнаружили, что экстракты кешью и манго улучшают коррозионную стойкость буровых растворов на водной основе, доказывая, что эти материалы являются хорошими ингибиторами коррозии, и пришли к выводу, что использование экстрактов листьев растений повышает эффективность добавок. Точно также определили, что волокнистые пищевые отходы безвредны для окружающей среды и улучшают характеристики буровых растворов на водной основе с точки зрения широкого спектра факторов, таких как лучший контроль pH, контроль водоотдачи, контроль толщины глинистой корки и реологические свойства. Кроме того, было обнаружено, что биоразлагаемый травяной порошок (GP) по сравнению с крахмалом, который является широко используемой добавкой, способен контролировать потерю циркуляции жидкости. Хотя крахмал показал лучшие реологические свойства, чем травяной порошок, это указывает на то, что траву можно использовать в качестве вспомогательного средства в сочетании с крахмалом для получения более экологически чистой добавки. Кроме того, было установлено, что экстракты листьев хны и экстракт листьев гибискуса улучшают реологические и фильтрационные свойства бурового раствора на водной основе по сравнению с обычной добавкой, используемой в промышленности. Также были проведены исследования экстракта листьев хны с точки зрения его эффективности при транспортировке черенков во время буровых работ. Выявлено, что листья хны эффективны и обладают улучшенными реологическими и фильтрующими свойствами в условиях термического старения [8]. Существует множество добавок для буровых растворов. Эти добавки к буровому раствору представляют собой химические вещества, добавляемые в буровой раствор с целью изменения свойств и состава бурового раствора. Тем не менее много усилий было уделено составлению бурового раствора, главным образом, для повышения качества и функциональности буровых растворов, а также для соблюдения более строгих законов о загрязнении окружающей среды или морской среды. Некоторые из них используются для контроля рН, то есть для контроля химических реакций (ингибирования или усиления) и смягчения коррозии бурильной колонны. Поскольку сейчас используются синтетические добавки, несколько ученых ориентировали свои исследования на применение натуральных продуктов в качестве добавок к этим химическим веществам. Был исследован потенциал стручков какао, кожуры подорожника, рисовой шелухи и скорлупы арахиса в качестве ингибиторов коррозии. Экстракты стручков какао обладают высоким потенциалом ингибирования коррозии по сравнению с синтетическим гидроксидом калия (КОН). Также было обнаружено, что экстракт стручков какао более стабилен термически и очень эффективен в снижении потерь при фильтрации при высоких температурах. Однако он продемонстрировал тенденцию к разжижению, поскольку для улучшения его реологии буровому раствору потребовался дополнительный вискозификатор. Экспериментальное исследование использования жженого подорожника и банановой кожуры в местном буровом растворе на водной основе в качестве добавок для борьбы с коррозией показало, что, хотя кожура подорожника была более эффективной, чем банановая, для повышения рН, обе местные добавки увеличили рН бурового раствора до 9,5–12,5, что соответствует импортному гидроксиду натрия [9]. Свойства смеси, приготовленной с различными концентрациями целлюлозы, обработанной из кукурузных початков, сравнивались со свойствами стандартной смеси, приготовленной из полианионной целлюлозы. Результаты показали, что рН, плотность ила, удельный вес ила, приготовленного из целлюлозы кукурузных початков, выше, чем у стандартного ила, но реология приготовленного ила была ниже, чем у стандартного ила. Результаты показывают, что целлюлоза, полученная из кукурузы, может значительно снизить потери жидкости в буровом растворе на водной основе, что позволяет предположить, что целлюлоза является хорошим средством для контроля потерь жидкости [5]. Трава, добавленная в бентонитовый буровой раствор, улучшила реологические свойства, такие как кажущаяся и пластическая вязкость, а также прочность геля. Фильтрационные характеристики бентонитового бурового раствора также были улучшены, поскольку для всех образцов наблюдались более низкие потери на фильтрацию. Однако проведенный тест на рН показал, что добавление травы снижает рН бурового раствора [10]. В буровой промышленности в настоящее время используется множество добавок, обеспечивающих удовлетворительные характеристики бурового раствора. Однако было обнаружено, что эти материалы опасны как для рабочей силы, работающей на объекте, так и для окружающей среды. Были проведены обширные исследования возможных альтернативных добавок к буровым растворам, отвечающих двум условиям: во-первых, добавка обеспечивает свойства, требуемые от буровых растворов; и, во-вторых, он экологически чистый, биоразлагаемый и устойчивый. В данном обзоре представлены исследования, проведенные с использованием различных экологически безопасных добавок из отходов в буровые растворы на водной основе. В частности, оценивается влияние этих добавок на реологические свойства, такие как пластическая вязкость, предел текучести, прочность геля, потеря фильтрата и толщина глинистой корки.

About the authors

Yu. S. Lavrentiadi

Saint Petersburg Mining University

E. L. Leusheva

Saint Petersburg Mining University

References

Statistics

Views

Abstract - 276

PDF (Russian) - 310

PDF (English) - 9

Refbacks

• There are currently no refbacks.