Введение к работе
Актуальность темы
С точки зрения качества бурения и вскрытия продуктивных пластов предпочтительными промывочными системами являются растворы на углеводородной основе (РУО), однако на практике они применяются в исключительных случаях, когда нельзя обойтись раствором на водной основе (РВО). Это обусловлено, прежде всего, высокой стоимостью РУО, их пожароопасностью, сложностью приготовления, токсичностью их самих и отходов бурения. В этой связи, актуальна задача разработки РУО, обладающих качеством, характерным для данной группы растворов, но свободных от перечисленных недостатков.
Совершенствование РУО в плане повышения экологичности и обеспечения промышленной безопасности достигается использованием синтетических или высокоочищенных минеральных углеводородных основ, доведенных на сегодня до уровня, позволяющего не вывозить получаемый буровой шлам на полигон, а применять его в смеси с почвой для рекультивации буровой площадки без предварительной обработки. Однако стоимость РУО на таких основах на порядок превосходит стоимость ингибирующих РВО. Значительные потенциальные возможности удешевления РУО на синтетической основе заложены в использовании инвертных эмульсий и управлении содержанием в них углеводородного компонента. При содержании воды в обратной эмульсии более 85 % стоимость РУО даже на дорогой синтетической основе сравнивается со стоимостью РВО, однако таких систем, применимых в качестве буровых растворов, до сих пор не разработано. Это связано с необходимостью решения научной проблемы обеспечения текучести и стабильности эмульсии при концентрациях дисперсной фазы намного превышающих критическую, при которой начинается взаимное перекрытие ее глобул. В этом отношении перспективны технологии, основанные на самоэмульгирующихся инвертно-мицеллярных дисперсиях, которые получили развитие в данной работе.
Цель работы – разработать и внедрить экологически чистую высококонцентрированную инвертно-мицеллярную дисперсию для повышения качества заканчивания скважин.
Объект исследования – эмульсионные технологические жидкости с неполярной внешней фазой, содержащие менее 12% углеводорода, для заканчивания скважин.
Предмет исследования – свойства высококонцентрированных инвертно-мицеллярных дисперсий для заканчивания скважин.
Основные задачи исследования
-
Обосновать методическое обеспечение тестирования свойств и оценки качества высококонцентрированных инвертно-мицеллярных дисперсий, применяемых для заканчивания скважин.
-
Обосновать компонентный состав инвертно-мицеллярной дисперсии с позиций обеспечения ее экологической и производственной безопасности.
-
Проанализировать методы получения и свойства мицеллярных дисперсий с пониженным содержанием углеводорода, обосновать пути их совершенствования.
-
Исследовать свойства инвертно-мицеллярных дисперсий на основе мицеллообразователя СУПРАМОЛ-1 и обосновать рациональные области применения ИМД в процессах бурения и заканчивания скважин.
-
Разработать рецептуры высококонцентрированных инвертно-мицеллярных дисперсий с неполярной внешней фазой, содержащих менее 12% углеводорода, и провести их промысловые испытания.
Методы исследования
Поставленные задачи решались путем тестирования технологических свойств инвертно-мицеллярных дисперсий электрическими методами, методами реометрии, а также методами исследования фильтратоотдачи по стандарту API. При воспроизведении условий циркуляции в скважине применялась гидродинамическая симуляция в пакете конечноэлементного анализа Comsol Multiphysics.
Научная новизна
-
Обоснован и предложен обобщенный показатель оценки стабильности эмульсий, позволяющий повысить достоверность результатов и прогнозировать показатель фильтрации.
-
Доказано кратное снижение значений реологических параметров и повышение стабильности инвертно-мицеллярных дисперсий на основе полиэфирного мицеллообразователя СУПРАМОЛ-1.
-
Экспериментально установлено, что инвертно-мицеллярные промывочные жидкости на основе мицеллообразователя СУПРАМОЛ-1 обладают критической скоростью сдвига, превышение которой приводит к увеличению эффективной вязкости при постоянной во времени и нелинейно зависящей от скорости сдвига скорости динамического загущения.
Основные защищаемые научные положения
-
Обоснование строения и механизма образования ИМД на основе предложенного мицеллообразователя.
-
Методики оценки электростабильности, моделирования циркуляции и определения реологических параметров разработанных инвертно-мицеллярных дисперсий.
-
Обоснование состава и результаты исследований свойств разработанных инвертно-мицеллярных дисперсий.
-
Результаты промысловых испытаний разработок.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций
Установленные экспериментально характерные особенности и закономерности изменения свойств инвертно-мицеллярных дисперсий согласуются с известными теоретическими представлениями о строении мицелл, кинетике свойств мицеллярных растворов, агрегировании ПАВ в различных средах. Технологические свойства инвертно-мицеллярных дисперсий изучались с применением современных методов тестирования буровых растворов и подтверждены официальным заключением аккредитованной лаборатории строительства скважин ООО «БашНИПИнефть».
Практическая значимость и реализация результатов работы
-
Разработанная экологически и пожаробезопасная инвертно-мицеллярная дисперсия ИМД-БР при использовании парафиновой основы в 4,1 раза дешевле зарубежной инвертно-эмульсионной системы «PARALAND» и в 3,5 раза дешевле ее аналога на отечественных заменителях (ЭРУО) при аналогичном качестве.
-
Большая продолжительность стадии нуклеации позволяет полностью заменить скважинную жидкость на ИМД-БР до момента обращения фаз, что устраняет необходимость применения углеводородных буферных разделителей и позволяет обойтись без емкости для приготовления раствора, смешивая минерализованную воду с углеводородным раствором мицеллообразователя непосредственно на входе в скважину.
-
Разработанный мицеллообразователь позволяет при в 2,3 раза меньшем расходе получать термодинамически стабильные инвертно-мицеллярные дисперсии, обладающие в сравнении с аналогами с идентичным водосодержанием в 7,7 раз меньшей фильтрацией и в 1,5 раза большей термостойкостью при снижении значений реологических параметров от 2 до 32 раз.
-
Полученная в промысловых условиях ИМД-БР с объемным соотношением углеводород: вода 11:89 обеспечила успешное сверление перфорационных каналов на глубине 3743 м, тогда как базовую инвертную эмульсию на основе нефтяного эмульгатора Девон-4В с величиной этого соотношения 27:73 не удалось закачать в скважину из-за высоких гидравлических сопротивлений.
-
Применение разработанной ИМД-БР при вторичном вскрытии трещиноватых известняков Афонинского горизонта в скважине №158 Архангеловского участка Дачно-Репинского месторождения в сравнении с использованием пластовой воды позволило уменьшить поглощение перфорационной жидкости при кратно большей депрессии в 7,2 раза, обеспечив ускорение освоения скважины в 19 раз и прирост дебита нефти в 2,3 раза.
Личный вклад автора
Лично автором обобщен теоретический и экспериментальный материал, относящийся к получению, оценке качества и использованию технологических жидкостей с неполярной внешней фазой, выполнена значительная часть опытных работ по исследованию их свойств, организовано производство СУПРАМОЛ-1, собран и проанализирован промысловый материал.
Апробация работы
Результаты работы докладывались на следующих международных научно-практических конференциях:
- II Международной научно-практической конференции «Повышение качества строительства скважин» (Уфа, 2010);
- II Международной конференции молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники» (Уфа, 2010);
- Международной научно-практической конференции «Нефтегазовый комплекс в условиях индустриально-инновационного развития Казахстана», посвященной 20-летию независимости Республики Казахстан (Атырау, 2011).
Публикации
По содержанию работы опубликовано 10 печатных работ, две из которых в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав и основных выводов, содержит 204 страницы машинописного текста, в том числе 12 таблиц, 81 рисунок, список использованных источников из 104 наименований и 2 приложения.
Автор считает своим долгом выразить особую признательность научному руководителю профессору Ф.А. Агзамову, искреннюю благодарность кандидату технических наук А.Я. Соловьеву.
