Кроме того, необходимо иметь в виду, что в общем случае при использовании РУО в виду описанного выше поведения объём раствора, закачанного в скважину или полученного из скважины, может существенно отличаться от объёма самой скважины. Без учета данного фактора легко принять перелив скважины за начало проявления, а отрицательный баланс объёма – за начало поглощения. Все это может привести к неверной оценке состояния ствола скважины, баланса внутрискважинных давлений, спровоцировать нефтегазоводопроявление.
В общем же случае можно допустить, что для превалирующего большинства скважин с большими отходами разжижение раствора от нагревания существенно превышает его загустевание от сжатия, и падение вязкости в забойных условиях всегда будет одним из недостатков РУО, накладывающим специфические ограничения на их применение. Одним из не упомянутых выше факторов, играющим здесь далеко не последнюю роль, является низкая теплопроводность раствора, которая, при всех прочих равных условиях, приводит к тому, что при бурении с использовании РУО, особенно при использовании управляемых роторных компоновок, температура раствора и в скважине, и на поверхности будет значительно выше, чем при использовании растворов на водной основе. В особо сложных случаях температура раствора на устье может даже превышать температуру пластов на забое.
Очевидно, что рост вязкости с давлением отчасти компенсирует падение вязкости с ростом температуры в забойных условиях. Однако также очевидно, что столь сложное поведение раствора существенно затрудняет планирование гидравлической программы бурения и требует специализированного оборудования и математического аппарата, существенно отличающегося от того, к которому мы привыкли, работая с растворами на водной основе.
Рис. 3. Изменение пластической вязкости раствора в зависимости от давления при постоянной температуре раствора +50°С
Проверим данные выводы исследованием реологических свойств трех различных рецептур растворов при различных температурах и давлениях (измерения проведены с использованием вискозиметра высокого давления Grace 3500М). На рис. 2 показано изменение пластической вязкости в зависимости от температуры при постоянном (атмосферном) давлении. На рис. 3 – изменение пластической вязкости раствора в зависимости от давления при постоянной температуре раствора +50°С.
Рис. 2. Изменение пластической вязкости в зависимости от температуры при постоянном давлении
Таким образом, видно, что при использовании отечественного масла можно ожидать более чем трёхкратного падения вязкости раствора на забое скважины с кратным ухудшением качества очистки ствола от выбуренного шлама.
Рассмотрим в качестве примера применение достаточно стандартного раствора на углеводородной основе плотностью 1,26 г/см3 на типовой скважине с большим отходом забоя в районе Нового Уренгоя. Прежде всего, необходимо оценить влияние вязкости углеводородной основы. На рис. 1 показана зависимость двух минеральных масел от температуры (красная линия – Escaid-110 производства Exxon, синяя – одно из российских масел). Необходимо отметить, что для более вязких масел, дизельного топлива или сырой нефти данная зависимость ещё более существенная и нелинейная.
Рис. 1. Зависимость вязкости двух минеральных масел от температуры
При этом наблюдается и противоположная ситуация: экспоненциальный рост пластической вязкости при охлаждении раствора (например, во время СПО при бурении на море или в зонах вечной мерзлоты) вызывает резкий рост пусковых давлений и эквивалентной циркуляционной плотности, что приводит к гидроразрывам, потерям и поглощениям раствора, нарушению устойчивости стенок скважины. Грамотный учёт данных факторов при проектировании является достаточно сложной инженерной задачей, требующей соответствующей квалификации специалистов, редкого и дорогостоящего оборудования, специального математического аппарата, а стабилизация реологического профиля и устранение такой термозависимости – одним из ключевых направлений в совершенствовании рецептур РУО и разработки новых поколений буровых растворов.
Основные недостатки РУО связаны с двумя факторами, характерными для всех углеводородных жидкостей, используемых в качестве основы РУО (нефть, дизельное топливо, минеральные и синтетические масла) – их сжимаемостью и нелинейной (и весьма существенной) зависимостью вязкости раствора от температуры. Для «новичков» в работе с РУО данные недостатки не всегда очевидны и вызывают ряд сложностей при проектировании и использовании РУО, зачастую преподнося весьма неприятные и неожиданные сюрпризы. Самым заметным фактором является катастрофическое падение вязкости РУО при увеличении температуры, особенно падение динамического и статического напряжения сдвига, что приводит к заметному ухудшению качества очистки ствола горизонтальных и ERD-скважин, росту коэффициента трения, неожиданному возникновению затяжек и посадок инструмента, прихватов (в том числе дифференциальных). Так, при прогреве раствора с +20°С до +80°С данные показатели могут снизиться более чем в 3 раза, в то время как для растворов на водной основе изменение реологии может составлять всего 20-40%.
Взрывной рост количества скважин, буримых с использованием РУО, обусловлен их непревзойденной эффективностью и технологичностью, способностью обеспечить высочайший уровень устойчивости ствола скважин в самых сложных горно-геологических условиях, феноменальной стабильностью свойств и устойчивостью ко всем видам загрязнений, сверхнизким коэффициентом трения и возможностью многократного повторного использования. Вместе с тем, для РУО характерен ряд недостатков, не свойственных растворам на водной основе и вызывающих ряд сложностей при бурении скважин с АВПД и скважин с большими проложениями по горизонтали (ERD – Extended Reach Drilling).
По мере усложнения условий бурения, в том числе сопряжённого с выходом российских нефтяных компаний на новые месторождения Восточной Сибири, начала разработки сложнопостроенных залежей Заполярья и развития морского бурения, всё острее встает вопрос использования неводных буровых растворов. За последние три года количество скважин, строящихся с использованием инвертных эмульсионных растворов на углеводородной основе (РУО), возросло почти на порядок.
Автор: С.В. Меденцев, руководитель научно-технической службы M-I SWACO
Стабилизация реологического профиля буровых растворов на углеводородной основе
» » Стабилизация реологического профиля буровых растворов на углеводородной основе
Чужой компьютер
Загрузка. Пожалуйста, подождите...
Территория Нефтегаз
Стабилизация реологического профиля буровых растворов на углеводородной основе » Нефтегаз
Комментариев нет:
Отправить комментарий