Текущее состояние. Бурение скважин необходимо для добычи нефти и газа из продуктивных пластов, расположенных глубоко под землей. Использование буровых растворов является неотъемлемой частью процесса бурения, они выполняют множество функции, например, помогают удалять буровой шлам и контролировать давление в скважине. В состав бурового раствора обычно добавляют различные добавки, в том числе для повышения вязкости, и снижения фильтрации, ингибиторы набухания глин, смазывающие и кольматирующие  вещества и т.д. В стоимостном отношении на буровой раствор может приходится до 20% от общей стоимости бурения. Буровые растворы на углеводородной основе обладают отличными эксплуатационными характеристиками и не вызывают осложнений при бурении. Однако их применение не всегда возможно, особенно в районах с высокими экологическими ограничениями . 

Буровые растворы на водной основе за счет применения более экологичных добавок могут удовлетворить повышенные требования к экологии. Современные требования к экологической обстановке при строительстве скважин в заповедных и природоохранных зонах, а также на акваториях и шельфах морей и океанов, стимулировали разработку и совершенствование буровых растворов с целью улучшения их экологической безопасности.

Проведя литературный обзор, было выявлено, что добавка листьев различных растений улучшает реологические и фильтрационные характеристики буровых растворов на водной основе. В осенний период происходит опадение листьев, например березы, осины. Некоторые способы утилизации листвы наносят вред здоровью людей или окружающей среде. Самый опасный из них — сжигание. В таком режиме, помимо углекислого газа, выделяются такие опасные вещества, как:  угарный газ; оксид/диоксид азота; продукты термического распада различных смол. Собранные листья деревьев, кустарников подлежат вывозу на объекты размещения, обезвреживания или утилизации отходов. Поэтому с учетом климатических особенностей Северо-Западного региона России и распространения в нем лиственных деревьев, было принято решение исследовать листья как добавку в буровой раствор.

Решаемая научная проблема. В большинстве исследований в качестве базового раствора выступал глинистый раствор на основа бентонита. Но глинистый компонент раствора не оказывает негативного влияния на окружающую среду, поэтому для данного исследования было принято решение исследовать безглинистую композицию бурового раствора. 

Цель работы изучить возможность применения порошка из сухих листьев в составе биополимерного безглинистого раствора. Помимо этого оценить возможность снижения концентрации полимерных реагентов в буровом растворе заменив их порошком из сухих листьев.

Методы исследования. Для изготовления порошка из листьев использовался процесс сухого измельчения. Сначала собранные листья (березы и осины) сушили 3–4 дня при комнатной температуре. После высушивания листья измельчали ​​в порошок с помощью кофемолки, после просеивали через сито 400 мкм для удаления крупных частиц. 

Основа бурового раствора биополимер ксантанового вида и полианионная целлюлоза (PAC) высоковязкая и низковязкая (HV, LV). В составе раствора также присутствует ингибитор - хлорид калия, утяжелитель-кольматант – карбонат кальция и реагент повышающий рН – гидроксид калия. Возможность применения порошка из листьев и их эффективность исследовалась путем проведения испытаний по измерению реологических параметров (пластическая вязкость, динамическое напряжение сдвига, Gel 10s/ Gel 10min) и показателя фильтрации буровых растворов. Плотность всех образцов постоянна и составляет 1120 кг/м3

Детали исследования. На первом этапе проводились исследования растворов. В таблице 1 показаны результаты проведенных измерений основных параметров буровых растворов.

Таблица 1. Результаты измерений

	Базовый раствор	Базовый раствор + порошок из листьев
Плотность (г/см3)	1,12	1,12
Показания вискозиметра
600 об/мин	100	121
300 об/мин	79	88
200 об/мин	64	74
100 об/мин	45	54
6 об/мин	12	17
3 об/мин	9	13
Gel 10 сек/10 мин, фунт/100 фут2	10/14	13/15
РV, сПз	21	33
YP, фунт/100 фут2	58	55
Фильтрация (мл/30 мин)	9,2	7,6

 

Анализируя полученные результаты, видно, что добавка в буровой раствор сухих листьев увеличивает реологические показатели и снижает показатель фильтрации. 

Исходя из полученных данных было принято решение исследовать другие концентрации сухих листьев, но при этом уменьшить концентрацию  ПАЦ ВВ и ПАЦ НВ. Это делалось для того чтобы понять, возможно ли заменить часть полимерных реагентов на экологичную добавку. 

Рецептуры исследуемых растворов с добавкой порошка из листьев представлены в таблице 2. Для представленных составов был проведен тот же ряд исследований и полученные результаты представлены на рисунке 1. 

Таблица 2. Компонентный состав новых растворов 

	Раствор Л7	Раствор Л8	Раствор Л 8.5
	Концентрация реагентов, кг/м3
KOH	0,1	0,1	0,1
KCl	120	120	120
Полимер- структурообразователь	4	4	4
ПАЦ НВ	3	2	1,5
ПАЦ ВВ	2	1	0,5
Карбонат кальция	100	100	100
Порошок из листьев	7	8	8,5

 

Заключение. Полученные результаты показывают возможность использования порошка из листьев в составе бурового раствора. 

Добавка порошка из листьев повышает пластическую вязкость и статическое напряжение сдвига раствора и в небольшой степени снижает динамическое напряжение сдвига и показатель фильтрации.

При проведении дальнейших экспериментов было получено, что возможно уменьшить концентрацию ПАЦ ВВ и ПАЦ НВ и «заменить» их на порошок из листьев. Дальнейшее снижение концентрации ПАЦ приводит к значительному снижению реологических показателей, что отрицательно скажется на выносной способности бурового раствора.

Представленные исследования только первый шаг в изучении возможности применения листьев в составе буровых растворов. Дальнейшие исследования необходимо посвятить оценке термостабильности буровых растворов с добавкой порошка из листьев, а также влияния размера фракции добавляемого порошка. Но даже на основании первых экспериментов ясно, что для повышения экологичности буровых растворов возможно использование порошка листьев.

Статистика

Просмотров

86

Скачано

0