Добавки к буровым растворам: виды, функции и влияние на бурение

Добавки к буровым растворам — это химические реагенты и материалы, которые вводят в буровой раствор, чтобы придать ему свойства, необходимые для скважины. Основные группы: утяжелители, структурообразователи, понизители водоотдачи (фильтрации), разжижители и диспергаторы, ингибиторы глин, смазочные добавки, кольматанты, реагенты для регулирования pH и щелочности, а также специальные реагенты — биоциды, пеногасители и поглотители. Sentai, китайский производитель эфиров целлюлозы и крахмала, выпускает полимерную группу: полианионную целлюлозу (ПАЦ, PAC), КМЦ (CMC) для бурения и карбоксиметилкрахмал (КМК, CMS) для снижения водоотдачи и повышения вязкости.

Какие задачи выполняет буровой раствор

Буровой раствор, или промывочная жидкость, закачивается вниз по бурильной колонне, выходит через долото и по затрубному пространству возвращается на поверхность. На этом пути он должен одновременно выполнять несколько задач:

• Уравновешивать пластовое давление своим гидростатическим давлением, чтобы нефть, газ и вода оставались в породе.
• Выносить выбуренный шлам на поверхность и удерживать его во взвешенном состоянии при остановке насосов.
• Охлаждать и смазывать долото и бурильную колонну.
• Формировать тонкую малопроницаемую фильтрационную корку на проницаемых пластах и ограничивать проникновение в них фильтрата.
• Поддерживать устойчивость ствола скважины, особенно в активных глинистых сланцах.
• Передавать гидравлическую мощность на долото и обеспечивать возможность проведения каротажа и оценки пластов.

В буровых растворах на водной основе дисперсионной средой служит пресная вода, морская вода или рассол. Растворы на углеводородной и синтетической основе содержат углеводородную или синтетическую основу с эмульгированным рассолом. Большинство перечисленных ниже добавок применяют в растворах на водной основе — именно в них работают полимеры на основе целлюлозы и крахмала.

Основные виды добавок к буровым растворам

Где применяются ПАЦ (PAC), КМЦ (CMC) и КМК (CMS)

Эфиры целлюлозы и крахмала — основные рабочие полимеры буровых растворов на водной основе. Они растворяются в воде, несут отрицательный заряд и производятся из возобновляемого сырья — целлюлозы и крахмала. Полианионная целлюлоза (ПАЦ, PAC) — это карбоксиметилцеллюлоза с более высокой и равномерной степенью замещения, что обеспечивает ей лучшую устойчивость к солям и жесткости. Техническая КМЦ (CMC) для бурения выполняет те же функции в пресной воде при меньших затратах. Карбоксиметилкрахмал (КМК, CMS) — более дешевый эфир крахмала, применяемый главным образом для снижения водоотдачи.

Типичный расход ПАЦ (PAC) и КМЦ (CMC) при обработке на буровой — около 1–6 кг/м³, что примерно соответствует 0.35–2.1 фунт/барр.; окончательную концентрацию определяйте по результатам пилотных испытаний на вашем растворе. Целлюлозные полимеры обычно применяют при забойной температуре примерно до 120–150 °C, а производные крахмала — примерно до 120 °C в зависимости от продолжительности воздействия, pH и содержания кислорода. Для более горячих скважин, как правило, требуются синтетические высокотемпературные понизители водоотдачи.

• PAC-LV, PAC-HV и техническая КМЦ (CMC) в буровых растворах: сравнение
• КМЦ (CMC) или КМК (CMS): стоимость и эффективность
• Марки PAC и КМЦ (CMC) для бурения
• Марки карбоксиметилкрахмала (КМК, CMS)

Как добавки к буровым растворам повышают эффективность бурения

• Очистка ствола: структурообразователи поддерживают шлам в движении и во взвешенном состоянии, поэтому долото разрушает новую породу, а не перемалывает шлам повторно, и снижается риск сальникообразования.
• Контроль фильтрации: тонкая гладкая фильтрационная корка, сформированная с помощью ПАЦ (PAC), КМЦ (CMC) или крахмала, снижает крутящий момент и силы сопротивления движению колонны, а также риск дифференциального прихвата — одного из самых дорогостоящих видов прихвата бурильной колонны.
• Устойчивость ствола скважины: ингибиторы глин ограничивают набухание и осыпание пород, а значит, становится меньше сужений ствола, каверн и рейсов на проработку.
• Снижение трения: смазочные добавки уменьшают крутящий момент и силы сопротивления движению колонны, что особенно важно в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах.
• Регулирование реологии: разжижители поддерживают вязкость и статическое напряжение сдвига на достаточно низком уровне, чтобы ограничить давление нагнетания насосов и эквивалентную циркуляционную плотность (ECD).
• Предупреждение поглощений: кольматанты закупоривают трещины и проницаемые зоны, экономя буровой раствор и время работы буровой установки.

Большая часть этих преимуществ достигается за счет поддержания проектных свойств раствора, когда в процессе бурения меняются содержание твердой фазы, солей и температура. Регулярный контроль параметров раствора и пилотные испытания каждой новой партии добавки так же важны, как и выбор самой добавки.

Более экологически безопасные добавки к буровым растворам

Там, где действуют строгие правила сброса, операторы отдают предпочтение растворам на водной основе и добавкам с низкой токсичностью и хорошей биоразлагаемостью. В таких системах широко применяют полимеры на основе природной целлюлозы и крахмала, а также ксантановую камедь. Другие распространенные решения — калиевое ингибирование вместо растворов на углеводородной основе, бесхромовые лигносульфонаты и лигниты, а также смазочные добавки на основе сложных эфиров или растительных масел вместо минерального масла.

В Северо-Восточной Атлантике Комиссия OSPAR ведет список PLONOR — перечень веществ, которые считаются не представляющими или почти не представляющими риска для окружающей среды при сбросе в море на шельфе; один из примеров — ксантановая камедь. Списки и разрешения различаются по регионам, поэтому перед сбросом проверяйте актуальный список и требования вашего надзорного органа для каждого продукта. Среди новых разработок — синтетические полимеры, сохраняющие контроль фильтрации при температуре выше 150 °C, герметизирующие добавки для микротрещиноватых глинистых сланцев, а также биоразлагаемые смазочные добавки и ингибиторы.

Чем может помочь Sentai

Sentai производит полимерную часть перечня добавок: PAC-LV, PAC-HV, технические LV-CMC и HV-CMC, высоковязкие марки от CMC-5000 до CMC-7000, а также карбоксиметилкрахмал на выделенной линии мощностью 5 000 т/год. Сообщите нам тип бурового раствора, минерализацию, жесткость и забойную температуру, и специалисты по применению предложат стартовые марки и дозировки для ваших пилотных испытаний. Предоставляются бесплатные образцы массой 100–300 г, а технические марки поставляются от минимального заказа 1 т с сертификатом анализа (COA) на каждую партию.