Существующая проблема. В работе рассматриваются проблемы, связанные с буровыми растворами на водной основе, используемыми для бурения пластов с аномально высоким давлением. Имеющиеся решения подходят для узкого круга задач, особенно когда необходимо использовать утяжеленные буровые растворы.

Практическая значимость работы – получение безбаритовых утяжеленных растворов на основе NaBr со свойствами, сравнимыми с широко используемыми растворами на основе KCl.

Научная новизна заключается в установлении зависимости реологических параметров разрабатываемого бурового раствора на основе бромидов от скважинных температур, характерных для месторождений, расположенных в арктическом регионе.

Идея работы. В статье рассмотрен опыт поиска и разработки нового типа бурового раствора на основе насыщенных рассолов. В лабораторных условиях удалось получить стабильный буровой раствор с использованием ксантановой камеди и крахмала, с плотностью 1,18 г/см³ для раствора на основе KCl и 1,56 г/см³ для NaBr без использования барита, и достаточно низким напряжением сдвига, что снижает нагрузку на оборудование при бурении. В качестве твердой фазы и утяжелителя был выбран многофракционный карбонат кальция с концентрацией 100 кг/м³ для создания тонкой и малопроницаемой фильтрационной корки с устойчивой и скользящей поверхностью.

Детали исследования. В работе представлена методика создания и исследования предлагаемых буровых растворов.

На первом этапе оценивалась плотность рассолов, используемых в качестве основы буровых растворов. Были исследованы следующие соли и их сочетания: NaBr, KBr, NaCl, KCl. Хлориды являются распространенными добавками в буровые растворы, а бромиды позволяют получать буровые растворы высокой плотности. Полученные данные показывают, что плотность рассолов NaBr и KBr составляет 1,60 и 1,33 г/см ³ соответственно. Комбинации солей позволяют варьировать плотность рассолов, например, KCl/NaCl — 1,31 г/см ³ , KCl/KBr — 1,34 г/см ³ , NaCl/NaBr — 1,65 г/см ³ .

На втором этапе исследований рассматривалась разработка составов утяжеленных буровых растворов без добавления барита. В качестве утяжелителей использовали хлорид калия и бромид натрия. Исследуемые растворы состояли из:

• структурообразователь – ксантановая камедь;
• контроль водоотдачи и регулятор реологических свойств – крахмал;
• регулятор pH – NaOH;
• утяжелитель-кольматант – мел разных фракций;
• солевая основа – KCl и NaBr.

Были исследованы реологические свойства и термостойкость растворов разработанных растворов при различных температурах (рисунок 1 и 2).

Также было произведено моделирование распределения температуры в программе ANSYS, которое показало термические изменения буровых растворов, происходящие на соплах долота. Раствор на основе KCl с меньшей плотностью нагреваются постепенно, в отличие от раствора на NaBr. Однако растворы KCl достигают более высоких температур с максимумом 106 °C, в то время как флюид на основе NaBr сохраняет температуру 91 °C во всем интервале. Величина и скорость такого изменения температуры объясняются большей плотностью раствора. 

Заключение. Результаты показывают, что предлагаемые буровые растворы могут быть эффективно использованы для бурения пластов с аномально высоким пластовым давлением. Предполагается, что разработанные буровые растворы обладают большей универсальностью, чем аналоги.