НАЦИОНАЛЬНАЯ ХОЛДИНГОВАЯ КОМПАНИЯ «УЗБЕКНЕФТЕГАЗ»
ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО
«ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ И РАЗВЕДКИ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ»
На правах рукописи
УДК 622.244.43:622.24:-032.26
УМЕДОВ ШЕРАЛИ ХАЛЛОКОВИЧ
РАЗРАБОТКА СОСТАВОВ ПРОМЫВОЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ ДЛЯ
БУРЕНИЯ СКВАЖИН НА СИЛЬНОМИНЕРАЛИЗОВАННОЙ
ПЛАСТОВОЙ ВОДЕ
05.15.10 – Технология бурения и освоения скважин
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Ташкент – 2010
2
Работа выполнена в Ташкентском государственном техническом
университете имени Абу Райхана Беруни
Научный руководитель:
доктор технических наук, профессор
Рахимов Акбар Камилович
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор
Абдумажитов Абдухамид
кандидат технических наук
Карабаев Тулкин Кучкарович
Ведущая организация:
АК «Узгеобурнефтегаз»
Защита диссертации состоится «___» ноября 2010 г. в 14.00 часов на
заседании Специализированного совета Д 126.01.02 при Открытом акцио-
нерном обществе «Институт геологии и разведки нефтяных и газовых место-
рождений» (ОАО «ИГиРНиГМ») по адресу: 100059, г.Ташкент, ул. Шота Ру-
ставели, 114.
Тел.:+99871-253-09-78, факс: +99871-250-92-15
Е-mail: igirnigm_uz@mail.ru
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке
ОАО «ИГиРНиГМ».
Автореферат разослан «___» октября 2010 г.
Ученый секретарь
Специализированного совета,
д.г.-м.н., профессор Иргашев Ю.И.
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ
Актуальность работы.
Поиск и разведка месторождений нефти и газа в
Республике Узбекистан на новых площадях и рост глубин бурения предопре-
делили объективную необходимость в усовершенствовании технологии бу-
рения нефтяных и газовых скважин. В свою очередь это требует резкого
улучшения качества и состава применяемых промывочных жидкостей в стро-
гом соответствии с геолого-техническими условиями проводки скважин. Как
известно, свойства буровых растворов, в первую очередь, зависят от химиче-
ского состава воды и активных добавок к ним, из которых они приготовлены.
При этом используемая буровая промывочная жидкость должна обладать
определенными реологическими и технологическими свойствами в зависи-
мости от геологического строения разреза скважины и минерализации
вскрываемых ею пластовых вод. В большинстве случаев пластовые воды ми-
нерализованы в различной степени, нейтрализуют активность используемых
реагентов и глиноматериалов, вследствие чего малопригодны для приготов-
ления буровых растворов. Для получения на их основе качественных буро-
вых растворов требуется специальная обработка большим количеством раз-
личных дефицитных и дорогостоящих активных химических реагентов. В
связи с этим в настоящее время для приготовления буровых растворов ис-
пользуется, в основном, пресная вода, завозимая из источников издалека на
объекты работ. Резкий рост транспортных расходов на доставку технической
воды на объекты приводит к удорожанию стоимости буровых работ. Такая
ситуация характерна для Устюртской и Бухаро-Хивинской нефтегазоносных
областей, в которых практически все пластовые воды сильноминерализованы
и малопригодны для приготовления качественных глинистых растворов.
Практика бурения скважин в этих регионах настоятельно выдвигает необхо-
димость разработки новых составов буровых растворов, приготавливаемых
на основе сильноминерализованных пластовых вод с добавкой новых соле-
устойчивых реагентов, сохраняющих в агрессивных средах реологические и
технологические свойства последних. Выбор эффективных глиноматериалов
и химических реагентов, рациональных типов и рецептур буровых растворов
в соответствии с геолого-техническими условиями бурения, а также контроль
за их качеством в процессе строительства скважин – важная актуальная зада-
ча и основа профилактики предупреждения осложнений и аварий.
Степень изученности проблемы.
Вопросу использования пластовой
воды для приготовления бурового раствора с целью бурения скважин в
Устюртской нефтегазоносной области не уделялось должного внимания.
Традиционные химические реагенты КМЦ, К-4 и К-9 и др. при обработке
промывочной жидкости, приготовленной на сильноминерализованной пла-
стовой воде, не дают желаемых результатов из-за ухудшения технологиче-
ских свойств последней, что приводило к «затяжкам» и «посадкам» бурового
инструмента.
4
Решение поставленной задачи требует научно обоснованного подхода к
разработке состава промывочных жидкостей.
Связь диссертационной работы с тематическими планами НИР.
Диссертационная работа выполнена в рамках инновационных научно-
технических программ Комитета по координации развития науки и техноло-
гий, шифр №ИД-4-6 «Разработка и использование буровых растворов, приго-
товленных экономически эффективным способом и химически обработан-
ных, применяемых в нефтегазовых скважинах», а также тематического плана
НХК «Узбекнефтегаз».
Цель исследования -
разработка нового полимерного водорастворимого
реагента и эффективного состава бурового раствора с использованием силь-
номинерализованной воды, обладающей стабильными технологическими по-
казателями.
Задачи исследования:
1) провести научный анализ и обобщение результатов эксперименталь-
но-производственных исследований по изучению влияния сильноминерали-
зованных пластовых вод на свойства известных химических реагентов и ка-
чество буровых растворов;
2) изучить влияние нового полимерного реагента из отходов ковро-
ткацких фабрик на реологические и технологические свойства промывочных
жидкостей на основе сильноминерализованных пластовых вод;
3) разработать новый полимерный реагент на основе отходов ковроткац-
ких фабрик;
4) провести опытно-промышленное испытание нового состава бурового
раствора, приготовленного на основе сильноминерализованной пластовой
воды, обработанного разработанным диссертантом новым полимерным реа-
гентом;
5) разработать технологический регламент приготовления бурового рас-
твора на сильноминерализованной пластовой воде с применением нового по-
лимерного водорастворимого реагента на объектах буровых работ.
Объект и предмет исследования.
Объект исследования – технология
бурения скважин с применением промывочных жидкостей на основе сильно-
минерализованных пластовых вод. Предмет исследований – реологические и
технологические свойства буровых растворов, приготовленных на основе
сильноминерализованных пластовых вод, обработанных предложенным нами
новым полимерным водорастворимым реагентом.
Методы исследований:
1) традиционные методы и методики исследо-
ваний при разработке составов буровых растворов с помощью стандартных
приборов для измерения реологических и технологических свойств бурового
раствора; 2) лабораторные и опытно-производственные работы по строитель-
ству скважин технологиями, основанными на применении буровых растворов
с дисперсионными средами из пластовых вод и обработанными различными
5
реагентами; 3) обобщение производственного опыта по данным публикаций
и фондовых источников.
Гипотеза исследования.
Сильноминерализованная пластовая вода
нейтрализует активность известных химических реагентов по стабилизации
свойств промывочных жидкостей.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Научное обоснование возможности получения для бурения скважин в
сложных геолого-технических условиях стабилизированных промывочных
жидкостей на основе сильноминерализованных пластовых вод обработанных
новым полимерным водорастворимым реагентом.
2. Технологический регламент получения нового полимерного водорас-
творимого реагента для обработки буровых растворов из отходов ковроткац-
кого производства.
3. Технологический регламент приготовления бурового раствора на ос-
нове сильноминерализованных пластовых вод на буровых.
Научная новизна
:
1. Впервые выполнен весь комплекс исследований по определению воз-
можности использования сильноминерализованных пластовых вод в качестве
дисперсионной среды буровых растворов для бурения скважин.
2. Установлено, что буровые растворы, приготовленные по традицион-
ным технологическим регламентам, во многих случаях не обеспечивают
нормальную проводку скважин в сложных геологических условиях Устюрт-
ской нефтегазоносной области.
3. Определена основная причина снижения эффективности существую-
щих реагентов – наличие в пластовых водах ионов магниевых и сульфатных
солей.
4. Предложенный технологический регламент получения нового поли-
мерного водорастворимого реагента на основе отходов ковроткацких фабрик
путем омыления в щелочной среде в термических условиях является эффек-
тивным стабилизатором минерализованных буровых растворов благодаря
повышенному содержанию амидных групп и обеспечивает бурение скважин.
5. Нами разработан технологический регламент приготовления бурового
раствора на основе пластовых вод, обработанных новым полимерным водо-
растворимым реагентом, упрочняющим его структуру за счет содержания
нерастворимых волокнистых веществ.
6. Изученные закономерности изменения параметров и свойств буровых
растворов на основе сильноминерализованных пластовых вод, обработанных
новым полимерным водорастворимым реагентом, позволяют управлять рео-
логическими и технологическими свойствами промывочных жидкостей, при-
готавливаемых с применением нового полимерного водорастворимого реа-
гента в конкретных геолого-технических условиях.
6
Научная и практическая значимость результатов исследования:
1. Научно обосновано получение нового полимерного водорастворимо-
го реагента (НПВР) из отходов производства.
2. Разработан технологический регламент по получению нового реа-
гента из отходов ковроткацких фабрик.
3. Получен технологический регламент по приготовлению буровых
растворов на сильноминерализованной пластовой воде со стабилизирован-
ными свойствами.
4. Установлено, что НПВР, наряду с понизителями водоотдачи являет-
ся регулятором реологических свойств буровых растворов.
Реализация результатов.
В 2005-2008 гг. приготовлено более 1800 т
нового полимерного водорастворимого реагента на установках, сконструиро-
ванных диссертантом для этих целей. Новый реагент успешно использован
при приготовлении промывочных жидкостей на сильноминерализованной
пластовой воде для бурения скважин на месторождениях Сургиль, Восточ-
ный Бердах, Кара-кум, Южный Кемачи, Феруза, Гаджак и др. Суммарный
экономический эффект составил более 850 млн. сум за указанный выше пе-
риод.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы до-
ложены и обсуждены на Международной научной конференции «Высокие
технологии XXI века» (Москва, 2006 г.); Международной конференции
«Проблемы и перспективы развития нефтяной промышленности Казахстана»
(Алматы, 2005 г.); Республиканской научно-практической конференции
«Проблемы эффективного использования топливно-энергетических ресур-
сов» (Карши, 2002 г.); Республиканской научно-практической конференции
«Интеграция науки и производства» (Ташкент, 2005 г.); Республиканской
научно-технической конференции исследователей, аспирантов и докторантов
(Ташкент, 2007 г.).
Опубликованность результатов.
По основным результатам диссерта-
ции опубликовано 9 научных статей, в том числе 2 статьи в научно-
технических журналах, 5 статьи в материалах Международной и Республи-
канской конференций, 1 статья в сборнике научных трудов и патент РУз №
IAP 03462.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, че-
тырех глав, заключения, списка использованной литературы, включающего
76 наименований отечественных и зарубежных источников. Работа изложена
на 104 страницах машинописного текста, содержит 9 рисунков и 19 таблиц.
7
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
Во введении
обоснована актуальность темы, определены цель и задачи
проводимых исследований, методические подходы, раскрыты основные по-
ложения, выносимые на защиту, отражена научная и практическая значи-
мость диссертационной работы.
В главе 1 – «Изученность вопросов о применении минерализован-
ных буровых растворов»
- дается
характеристика современного состояния
вопросов применения минерализованных буровых растворов при бурении
скважин. Как известно в Узбекистане минерализованные растворы исполь-
зуют, в основном, при освоении разведочных площадей, где в геологическом
разрезе встречаются соленосные отложения в виде слабой, средней и высо-
кой соленасыщенности хлористым натрием. Они приготавливаются на осно-
ве бурового раствора, используемого до разбуривания соленосных отложе-
ний, естественным самозасолонением последнего при разбуривании соле-
носных отложений либо искусственной минерализацией до необходимой со-
ленасыщенности.
Изучением проблемы получения стабильных буровых растворов, техно-
логиями их приготовления на минерализованной воде (морской воде), синте-
зирования солестойких реагентов, исследованиями их параметров и свойств
занимались У.Д. Мамаджанов, B.C. Баранов, В.Д. Городнов, С.Ю. Жуховиц-
кий, A.M. Аминов, И.И. Климашкин, М. Мирзаев, М.К. Турапов, Walter F.
Rogers и другие отечественные и зарубежные ученые. Их исследования, без-
условно, имеют важное значение в повышении качества буровых растворов,
стабильности их реологических и технологических свойств. Разработаны и
рекомендованы технологические регламенты буровых растворов с химиче-
ской обработкой их реагентами УЩР, ССБ, КССБ, КМЦ-600, К-4, К-9,
ГИПАН, ОГС, ФХЛ и др., которые дали и дают возможность получения вы-
соких технико-экономических показателей бурения скважин на нефть и газ в
определенных геолого-технических условиях. По причине коагулирующего
влияния солей водоотдача минерализованных глинистых растворов обычно
достигает высоких значений и часто приводит к осложнению ствола скважи-
ны. Снижение водоотдачи минерализованных буровых растворов достигает-
ся обработкой их такими реагентами-стабилизаторами, как ССБ, КССБ,
КМЦ-600, крахмал, полиакрилонитрил, полиакриламид и др. К сожалению,
некоторые из них ввозятся из-за рубежа за валюту, а выпускаемые реагенты в
нашей стране базируются на привозном сырье.
Водоотдача бурового раствора эффективно снижается при применении
высокомолекулярных реагентов. В Узбекистане широкое применение при
бурении соленосных отложений получил реагент К-4 – продукт неполного
омыления полиакрилонитрила в щелочном растворе. В дальнейшем путем
изменения условия омыления полиакрилонитрила и отходов производства
нитронного волокна получены и применяются различные модификации по-
8
лимерных реагентов серии «К», ПАНГП. Однако эти реагенты также не ли-
шены недостатков: если они устойчивы к солевым воздействиям, то неустой-
чивы к высокой температуре и наоборот.
Для обработки соленасыщенных растворов применяют крахмал. Крах-
мал подвержен брожению и разложению, требует частой обработки и анти-
ферментаторов. Реагент КМЦ-600 снижает водоотдачу слабоминерализован-
ных глинистых растворов. Когда соленосность воды превышает 4%, КМЦ-
600 деструктируется. Препараты КМЦ-600 эффективны в нейтральных и сла-
бощелочных средах и малоэффективны в кислых средах, где образуется
труднорастворимая форма.
В США на Мексиканском заливе для приготовления глинистого раство-
ра широко используют морскую воду, содержащую 3,5 % хлористого
натрия. Морскую воду сначала обрабатывают каустической содой для повы-
шения рН до 12, затем в раствор вводят крахмал либо другие органические
понизители водоотдачи. Наибольшие трудности при обработке промывочных
жидкостей появляются, когда в воде для приготовления раствора содержатся
катионы одно- и двухвалентных металлов, вызывающие коагуляцию. Как
правило, наиболее агрессивно сочетание ионов кальция и натрия, более сла-
бая агрессия вызывается солями магния.
Для стабилизации растворов при воздействии ионов кальция, натрия и
магния применяют полимерные акриловые реагенты типа «К» - К-4, К-7, К-9,
К-21 и ГИПАН. Однако К-4 не стоек к действию поливалентных ионов. Реа-
гент ПАНГП в этих условиях оказался эффективней К-4 благодаря глубокой
полимеризации полиакрилонитрила.
Для стабилизации минерализованных промывочных жидкостей приме-
няют полиакриламид, однако, он ухудшает свойства глинистого раствора. В
основном его применяют для снижения водоотдачи меловых растворов. В
связи с этим полиакриламид для обработки растворов не получил распро-
странения.
В УзЛИТИнефтегазе разработана технология получения из отходов нит-
ронного волокна полимерного реагента в сухом виде – СК-9. Его добавка в
малом количестве (0,1 – 0,5%) эффективно снижает водоотдачу минерализо-
ванных буровых растворов, однако производство СК-9 пока еще не налаже-
но. Другим стабилизатором минерализованных буровых растворов является
реагент НЦ-1, полученный Научным центром «Борьба с осложнениями в
процессе бурения скважин». В Научном центре ООО «Кубангазпром» разра-
ботан гидрогелевый раствор на основе оксиэтилцеллюлозы (ОЭЦ) для буре-
ния скважин. Адсорбционно-гидратные слои в гидрогелях ОЭЦ могут струк-
турироваться вследствие ориентирующего действия его молекул.
Для обработки минерализованных буровых растворов применяют другой
реагент – ГИПАН-УМ, который является аналогом известного ГИПАНа. Од-
нако ГИПАН-УМ не стоек к действиям хлористого кальция и других водо-
9
растворимых солей поливалентных металлов. Данный реагент еще не прошел
испытания в реальной скважине.
Результаты анализа изученности проблемы стабилизации буровых рас-
творов на сильноминерализованной пластовой воде показывают следующее.
Несмотря на множество зарекомендованных реагентов для обработки буро-
вых растворов большинство из них носит общеизвестный характер, а реаген-
ты, выпускаемые в Республике Узбекистан, не достаточно эффективны, осо-
бенно в сильноминерализованных средах. Присутствие в пластовых водах
катионов двухвалентных металлов ослабляет межмолекулярные связи реа-
гентов и вызывает коагуляцию глинистого раствора, что служит причиной
увеличения его водоотдачи. Наряду с этим данные реагенты дефицитны и
транспортировка их также требует значительных денежных средств. Как по-
казывает практика, совместное применение нескольких реагентов (компози-
ций) для обработки буровых растворов дает синергетический эффект, хоро-
шо снижает водоотдачу при небольших дозах каждого реагента. Для приго-
товления засоленной промывочной жидкости глину предварительно замачи-
вают в минерализованной воде, а затем добавляют кальцинированную соду.
Глинистую пасту перемешивают в водном растворе нового реагента ИАС-10.
Расход реагента составляет 0,25% от объема раствора. Таким образом, нали-
чие в пластовых водах катионов двухвалентных металлов ослабляет межмо-
лекулярные связи большинства известных реагентов, что приводит к резкому
ухудшению реологических и технологических свойств за счет коагуляции
глинистого раствора и потере их стабильности.
Глава 2 – «Состояние бурения скважин с использованием минерали-
зованных буровых растворов в Устюрской и Бухаро-Хивинской нефте-
газоносных областях» -
содержит описание геолого-технических условий
Устюртской и Бухаро-Хивинской нефтегазоносных областей и связанных с
ними сложностей, наблюдаемых при бурении скважин на нефть и газ. Одна
из них – отсутствие пресных вод для приготовления буровых растворов. До-
бываемые из специальных водяных скважин пластовые воды непригодны для
приготовления качественного бурового раствора, отвечающего требованиям
технологии бурения. В них содержатся ионы Na, K
+
, Ca
++
, Mg
++
, Cl
-
. Общая
минерализация воды – 90-100 г/л, содержание сульфата высокое, плотность
– 1072 кг/м
3
. В ионно-солевом составе содержание ионов Mg – 4,645 г/л, SO
4
– 18,31 г/л.
Буровой раствор, приготовленный на пластовой воде со скважины, не
поддавался таким широко распространенным реагентам, как УЩР, КМЦ-600,
К-4, К-9. Если даже ценой большого расхода реагентов добивались снижения
водоотдачи раствора, через небольшой промежуток времени водоотдача
вновь повышалась в результате деструкции либо коагуляции. Расход реаген-
тов при обработке раствора, приготовленного на сильноминерализованной
10
пластовой воде, в 3-4 раза превышал расход реагентов при обработке прес-
ных растворов.
В Устюртском управлении разведочного бурения на 1 м проходки рас-
ход реагента К-4 составил 40 кг, тогда как при приготовлении раствора на
пресной подвозной воде – 10-12 кг на 1 м проходки. В Бухаро-Хивинской
нефтегазоносной области для бурения скважин в соленосных отложениях
промывочная жидкость приготавливается на соленасыщенной воде, которую
обрабатывают реагентами-понизителями водоотдачи. Приготовление буро-
вых растворов на минерализованной пластовой воде аналогично приготовле-
нию растворов на засоленной воде. Раствор обработали реагентами К-4 и
КМЦ-600, но через некоторое время его водоотдача увеличивается до
30см
3
/30мин, раствор стал не текучим.
Эффективным стабилизатором силь-
номинерализованных растворов является ПАНГП, но он дефицитен. Для
приготовления бурового раствора из бентонитового глинопорошка была ис-
пользована пластовая вода. Для его обработки применяли К-4, КМЦ-600, ка-
устическую и кальцинированную соду. Однако водоотдача не снижалась,
оставаясь в пределах 20-25 см
3
/30мин.
При бурении скважины №1 на площади Муйнак обработку бурового
раствора производили реагентами К-4, КМЦ-600, ФХЛС, каустической со-
дой. Раствор готовился на воде, добываемой из пласта. Расход реагента пре-
высил в 2,5 раза по сравнению с раствором, приготовленным на подвозной
пресной воде.
В Бухаро-Хивинской нефтегазоносной области при прохождении интер-
вала применяют раствор, приготавливаемый на соленой воде, и для стабили-
зации свойств этот раствор обрабатывают крахмалом, КМЦ, а также сульфи-
рованными реагентами (ССБ, КССБ). На скважине №4 площади Денгизкуль
буровой раствор был приготовлен на рапе. Для его обработки применяли К-4,
КМЦ-600. Водоотдача этого раствора была снижена до 18 см
3
/30мин, раствор
стал нетекучим, отчего были вынуждены перейти на раствор, приготовлен-
ный из палыгорскита.
На скважине №2 площади Аляуды применяли соленасыщенный раствор,
для стабилизации которого использовался КССБ. После обработки реагентом
водоотдача снизилась до 7-8 см
3
/30мин. КССБ и ССБ являются более эффек-
тивными, чем крахмал для обработки минерализованных буровых растворов.
Однако раствор сильно вспенивался. К сожалению, эти реагенты в республи-
ке не выпускают. Буровой раствор, приготовленный на воде, насыщенной
поваренной солью, обработали ГИПАНом на площадях Памук, Северный
Камаши, но ГИПАН недостаточно солестойкий и в среде поливалентных
ионов кальция и магния теряет стабилизирующие свойства.
Таким образом, из результатов анализа состояния технологии бурения в
Устюртской и Бухаро-Хивинской нефтегазоносных областях следует, что
приготовление стабилизированных буровых растворов на сильноминерали-
зованной воде представляет большую сложность. Подвоз пресной воды на
11
буровую в условиях бездорожья будет отвлекать большое количество специ-
альных автомашин, которых не хватает, и это приведет к удорожанию стои-
мости буровых работ. Следовательно, нужно искать пути выхода из создав-
шегося положения. Необходимо создание нового реагента-стабилизатора бу-
ровых растворов, приготавливаемых на сильноминерализованной пластовой
воде. Решение этой задачи является актуальной, имеющей научное и практи-
ческое значение для интенсивного развития нефтегазовой отрасли, прежде
всего, на территории Каракалпакстана.
В главе 3 – «Разработка нового полимерного водорастворимого реа-
гента для стабилизации бурового раствора, приготовленного на сильно-
минерализованной пластовой воде»
- обосновывается необходимость со-
здания новых более эффективных реагентов для приготовления промывоч-
ных жидкостей на сильноминерализованной воде, добываемой из пласта. Как
известно, не удается снизить водоотдачу, особенно на площадях Устюртской
нефтегазоносной области широкоприменяемыми химическими реагентами
(УЩР, КМЦ-600, К-4 и др.). Если даже удается снизить водоотдачу раствора
до 12-15 см
3
/30 мин увеличением расхода химических реагентов, то через не-
большое время она вновь возрастает до 25 см
3
.
Водоотдача раствора зависит от физико-химических свойств образую-
щейся структурированной системы, причем не только от степени дисперсно-
сти глинистых частиц, но и от свойств дисперсионной среды (воды), размера
и строения молекул реагента, а также концентрации его в растворе. Вокруг
кристалликов глины образуются вязкие структурированные слои, обладаю-
щие упругостью, механической прочностью и гидрофильностью.
Анализируя имеющийся опыт обработки различными реагентами мине-
рализованных буровых растворов и проверив их влияние на водоотдачу рас-
твора, приготовленного на сильноминерализованной пластовой воде, мы
пришли к выводу о необходимости изыскания нового более эффективного
реагента, обеспечивающего его стабилизацию. Известно, что наиболее эф-
фективными понизителями водоотдачи минерализованных буровых раство-
ров являются реагенты, относящиеся к классу высокомолекулярных соеди-
нений, преимущественно органического характера, обладающих поверхност-
но-активными свойствами и межмолекулярным взаимодействием.
В связи с этим нами был синтезирован новый полимерный водораство-
римый реагент (НПВР), основой которого являются отходы ковроткацкой
фабрики, состоящий из полиакрилонитрила, целлюлозы и шерстяного волок-
на. Для получения целевого продукта, т.е. полимера более высокой молеку-
лярной массы, продукт щелочного гидролиза акриловой ткани подвергается
полимеризации в присутствии радикала – ионного инициатора персульфата
аммония. Реакция происходит в щелочной среде. В эту смесь вводится каль-
цинированная сода для связывания ионов кальция и магния, образующая с
поливалентными катионами нерастворимые соединения. В состав нового ре-
12
агента входят (%): отходы акриловой ткани – 9-10; каустическая сода – 4-5;
кальцинированная сода – 2-3; персульфат аммония – 0,2-0,3; вода. Получен-
ный реагент содержит повышенное количество амидных групп и имеет высо-
кий молекулярный вес. Реагент устойчив к двухвалентным катионам. Актив-
ные функциональные группы нового полимерного водорастворимого реаген-
та, являющиеся гидрофильными, диссоциируются в водной среде, давая по-
ложительно и отрицательно заряженные ионы. Необходимо отметить, что
рациональное эффективное использование отходов производства значитель-
но сказывается на себестоимости нового полимерного водорастворимого реа-
гента. Благодаря специфике состава и наличию активных функциональных
групп предложенный новый полимерный водорастворимый реагент пред-
ставляет определенный научный и практический интерес для получения ста-
билизированных буровых растворов. С учетом этого проводились исследова-
ния по изучению влияния нового полимерного водорастворимого реагента на
свойства промывочных жидкостей, приготовленных на сильноминерализо-
ванной пластовой воде.
Изучено влияние нового полимерного водорастворимого реагента на
свойства бурового раствора, приготовленного на минерализованной пласто-
вой воде. Предложенный реагент оказался более эффективным понизителем
водоотдачи раствора, приготовленного на пластовой воде по сравнению с К-
9, К-4, КМЦ-600. При введении 1% нового полимерного водорастворимого
реагента в раствор его водоотдача снижается с 30 см
3
/30 мин до 10. Между
тем при обработке такого же раствора реагентами КМЦ-600, К-9, К-4 (в ко-
личестве 1%) его водоотдача составляет 15-20 см
3
/30 мин. При содержании
этих реагентов в растворе 2% водоотдача снижается до 13-17 см
3
/30 мин. Ла-
бораторные исследования показали, что новый полимерный водораствори-
мый реагент является более устойчивым к воздействию натриевых и кальци-
евых солей, чем его аналоги К-4 и К-9 (рис. 1 и 2).
Проведены исследования по выяснению действия нового полимерного
водорастворимого реагента на свойства утяжеленного баритом бурового рас-
твора, приготовленного на пластовой воде. Необработанный утяжеленный
раствор имеет следующие показатели: плотность – 1800 кг/м
3
; вязкость – 75с;
водоотдачу – 20 см
3
/30 мин; корку – 5 мм; отстой – 15%. Каждая порция дан-
ного типа раствора в отдельности обрабатывалась реагентами: новым поли-
мерным водорастворимым реагентом, КМЦ-600, К-9 и К-4 с целью изучения
их влияния на свойства утяжеленного раствора. Исследования показали, что
новый полимерный водорастворимый реагент лучше снижает водоотдачу
утяжеленного до плотности 1820 кг/м
3
бурового раствора (рис. 3).
Добавка 1% нового полимерного водорастворимого реагента снижает
водоотдачу раствора с 20 см
3
/30 мин до 10. Для достижения такого результа-
та традиционными реагентами необходимо увеличить содержание их в рас-
творе до 2%, что связано с повышением расхода дефицитных реагентов.
13
Рис. 1. График зависимости водоотдачи буровых растворов от содержа-
ния реагентов: 1 – К-9; 2 – К-4; 3 – КМЦ-600; 4 – НПВР
Из вышеприведенного анализа (рис.1) видно, что КМЦ-600 слабо влияет
на водоотдачу раствора, приготовленного на минерализованной пластовой
воде. Только при добавлении его больше 1% происходит снижение водоот-
дачи с 30 см
3
/30 мин до 13. Возможно, это объясняется тем, что КМЦ-600 не
образуют прочных циклических соединений с активными центрами кристал-
лической решетки глинистых минералов. Реагент К-9 также не эффективен
для снижения водоотдачи буровых растворов, приготовленных на сильноми-
нерализованной воде. Даже добавка реагента в количестве 2% от объема рас-
твора не смогла снизить водоотдачу до требуемой величины.
Очень высок суточный отстой (15%). Добавка реагента К-4 свыше 1%
приводит к резкому увеличению вязкости бурового раствора. Это, по-
видимому, объясняется увеличением коллоидного комплекса за счет диспер-
гации и пептизации глинистой фазы раствора.
Содержание реагента, %
14
1 – К-9; 2 – КМЦ-600; 3 – НПВР; 4 – К-4
Рис. 2. График зависимости условной вязкости сильноминерализованно-
го раствора от содержания реагента
При бурении наблюдается рост давления на насосе. Основная причина
повышения давления в циркуляционной системе – неудовлетворительная
реологическая характеристика промывочной жидкости. Изучением зависи-
мости реологических свойств от различных факторов занимались Ж.А. Аки-
лов, Б.И. Есьман, А.Х. Мирзаджанзаде, Б.И. Мительман, У.Д. Мамаджанов,
Б.С. Филатов, Р.И. Шищенко и многие другие отечественные и зарубежные
исследователи. При неизменных геометрических параметрах трубопровода и
расходе жидкости потери давления будут зависеть от реологических свойств
раствора: структурной или пластической вязкости (η) и предельного динами-
ческого напряжения сдвига раствора (τ
0
).
Изучалось изменение реологических свойств бурового раствора от до-
бавки реагентов К- 4 и НПВР. Результаты лабораторных исследований при-
ведены в таблице. Как установлено, НПВР положительно влияет на снижение
0
и
наряду с реагентом К-4. Добавка его в количестве 1 % от объема рас-
твора на половину снижает структурную вязкость.
15
Зависимость реологических свойств от типа и содержания реагентов
Содержание
реагента, %
К-4
НПВР
Т, с
Θ1/10
дПа
τ
0
,
дПа
η, сП Т,с Θ1/10 дПа
τ
0
,
дПа
η, сП
Исходный
раствор
63
82/171
222
40
63
82/171
222
40
0,3
58
75/138
193
28
60
75/138
208
36
0,5
53
68/144
166
24
56
68/144
181
32
0,7
41
47/116
121
16
47
47/116
155
28
1,0
33
36/79
70
8
38
36/79
120
24
С учетом результатов было решено проверить действия НПВР в реаль-
ной скважине № 43 площади Гаджак. Она была обсажена 219 мм промежу-
точной колонной до 3000 м. После спуска и цементирования промежуточной
колонны бурение продолжалось раствором, приготовленным из навбахор-
ской бентонитовой глины. Раствор обрабатывался реагентами КМЦ-600, К-9,
каустической и кальцинированной содой. Параметры бурового раствора при-
ведены выше. Бурильная колонна состояла из бурильных труб диаметра 127
мм и УБТ диаметра 146 мм длиной 63 м. При циркуляции давление насоса
было равно 12 – 13 МПа. С глубины 3120 м начали вводить в раствор реагент
НПВР, на который получен патент РУз. Через 1,5 цикла циркуляции давле-
ние снизилось до 10-11 МПа. НПВР является не только стабилизатором рео-
логических свойств промывочных жидкостей.
В главе 4 – «Производство и внедрение нового полимерного водо-
растворимого реагента в промышленных условиях» -
описывается прин-
ципиальная схема созданной нами полупромышленной установки для внед-
рения и обеспечения буровых предприятий новым полимерным водораство-
римым реагентом. Она изготовлена на базе двухвальной механической гли-
номешалки объемом 4 м
3
(рис. 3).
Двухвальная механическая мешалка с надетой металлической водяной
рубашкой 3 устанавливается на печь с газовой горелкой 4. Для слива готовой
продукции в приемную емкость 6 к мешалке присоединена труба 5. Центро-
бежный насос 7 будет откачивать готовый реагент по трубопроводу 8. Вал
мешалки 2 приводится в движение электроприводом.
В мешалку набирают воду и нагревают до температуры 50-60
0
С. Затем в
мешалку засыпают каустическую соду и отходы ковроткацких фабрик. Подо-
грев усиливается при перемешивании содержимого в мешалке до 95
0
С. Пе-
ремешивание сырья в водном растворе щелочи продолжается в течение 3-4 ч.
В период экзотермической реакции в массу вводят кальцинированную
соду и персульфат аммония.
16
Рис. 3. Полупромышленная установка для приготовления нового поли-
мерного водорастворимого реагента
Новый полимерный водорастворимый реагент использован для обработ-
ки буровых растворов более чем на 30 скважинах НХК «Узбекнефтегаз» с
положительным результатом. За 2005-2008 гг. выпущено более 1800 т нового
реагента. Экономическая эффективность от применения НПВР составила
свыше 850 млн.сум.
Заключение
Проведенные нами исследования по разработке нового полимерного
водорастворимого реагента и состава промывочных жидкостей для бурения
скважин на сильноминерализованной пластовой воде и реализация получен-
ных результатов позволяют сделать следующие научные выводы и практиче-
ские рекомендации:
1.
Экспериментально обоснована возможность создания стабилизиро-
ванных и устойчивых к агрессивным средам буровых растворов на сильно-
минерализованной пластовой воде с использованием нового полимерного
водорастворимого реагента.
2.
Выявлены особенности воздействия нового полимерного водорас-
творимого реагента на свойства буровых растворов, как понизитель водоот-
дачи, повышающего их устойчивость к агрессивной среде, обусловленного
спецификой состава и структурой реагента.
3.
Установлено, что при использовании предложенного полимерного
реагента снижаются вязкостные характеристики и как статическое, так и ди-
намическое напряжение сдвига, приводящие к уменьшению крутящего мо-
мента и увеличению гидравлической мощности, передаваемой на забой.
17
4.
Наличие в новом реагенте нерастворимых волокнистых веществ
способствует упрочнению структуры буровых растворов, что повышает их
устойчивость в минерализованной среде.
5.
Впервые разработан технологический регламент синтеза нового по-
лимерного водорастворимого реагента путем щелочного гидролиза отходов
ковроткацких фабрик и изучены закономерности процесса омыления с обра-
зованием высокомолекулярных смесей полимеров с активными функцио-
нальными группами.
6.
Испытания НПВР в скважинах показали, что этот реагент, благодаря
сетчатой структуре молекул, является эффективным стабилизатором сильно-
минерализованных буровых растворов.
7.
Разработан технологический регламент приготовления буровых рас-
творов на основе сильноминерализованных пластовых вод для бурения сква-
жин в сложных геолого-технических условиях месторождений Сургиль, Се-
верный Бердах, Каражар, Жеткеншек, Тандырча, Гаджак и др.
8.
Осуществлен выпуск промышленной партии нового полимерного во-
дорастворимого реагента в объеме более 1800 т, который прошел широкую
апробацию в составе промывочных жидкостей при бурении нефтяных и газо-
вых скважин на различных месторождениях: Сургиль, Северный Бердах, Ка-
ражар, Жеткеншек, Тандырча, Гаджак и др. Суммарный экономический эф-
фект от внедрения предложенных разработок за 2005-2008 гг. составил более
850 млн. сум.
9.
На основании проведенных работ рекомендуется НПВР к широкому
внедрению, взамен дорогостоящих реагентов при приготовлении буровых
растворов на сильноминерализованной пластовой воде для снижения их во-
доотдачи и реологических свойств.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ
ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Умедов Ш.Х., Муртазаев А., Ёдгоров Н., Рахимов Э. Влияние раз-
личных отходов на процесс кольматации приствольной зоны продуктивного
пласта // Узбекский журнал нефти и газа. – Ташкент, 1997. - №4. - С. 26-27.
2. Рахимов А.А., Рахимов Э.А., Муртазаев А.М., Умедов Ш.Х. Иссле-
дование и методы снижения тиксотропных свойств промывочных жидкостей
при бурении глубоких скважин // Сб. научных трудов научно-технического
центра ООО «Кубаньгазпром». - Краснодар, 2001. С. 193-197.
3. Умедов Ш.Х., Хайитов О.Г., Камолов С.К. Изучение влияния поли-
мерных реагентов на процесс фильтрации бурового раствора // III Республи-
канская научно-практическая конференция: - Карши: Проблемы правильного
использования топливно-энергетических ресурсов, 2002. - С. 40-41.
18
4. Умедов Ш.Х. Стабилизаторы буровых растворов на основе отходов
местного производства//Республиканская научно-практическая конференция:
- Ташкент: Интеграции науки и производства, 2005. - С. 74-76.
5. Рахмонбердиев Г., Юсупова Н., Умедов Ш.Х., Юсупходжаева Э.
Синтез водорастворимого смешенного эфира целлюлозы для стабилизации
буровых растворов // Материалы Международной научно-практической кон-
ференции. - Алматы: Проблемы и перспективы развития нефтяной промыш-
ленности Казахстана, 2005. - С. 335-337.
6. Умедов Ш.Х. Исследования химизма буровых растворов, обработан-
ных реагентами, синтезированными из отходов текстильного производства и
масложиркомбината // VII международный форум «Высокие технологии XXI
века»: Тез. докл. – М., 2006. - С. 369-370.
7. Патент РУз №IAP03462. Состав для стабилизации буровых раство-
ров / Умедов Ш.Х., Рахимов Ю.К., Аминов А.М., Рахманбердиев Г. //Расмий
ахборотнома. –
2007. - №9.
8. Умедов Ш.Х. Стабилизаторы буровых растворов на основе отходов
местного производства//Республиканская научно-практическая конференция
аспирантов, докторантов и соискателей: Тез. докл. – Ташкент, 2007. - С. 93-
94.
9. Умедов Ш.Х., Рахимов А.А., Рахимов А.К. Новый полимерный во-
дорастворимый реагент (НПВР) для обработки бурового раствора на мине-
ральной воде Устюрта // Узбекский журнал нефти и газа. – Ташкент, 2009. -
№2. – С. 15-17.
19
Техника фанлари номзоди илмий даражасига талабгор Умедов Шерали
Халлоковичнинг 05.15.10 - «Қудуқларни бурғилаш ва ўзлаштириш техноло-
гияси» ихтисослиги буйича
«Қудуқларни бурғилашда юқори минерал-
лашган қатлам сувлари асосида ювувчи суюқликларни ишлаб чиқиш»
мавзусидаги диссертациясининг
РЕЗЮМЕСИ
Таянч (энг муҳим) сўзлар:
қудуқ, пармалаш қоришмаси, реагент,
эритма хоссалари, турғунлиги, минераллашганлик, синтез, сув бераолувчан-
лиги, қайишқоқлик, реология, қатлам суви.
Тадқиқот объектлари:
енгил саноат чиқиндилари асосида сувда эрув-
чан янги полимер реагент, юқори минераллашган ер ости суви, пармалаш
қоришмаси, оғирлаштиргичлар.
Ишнинг мақсади:
юқори минераллашган қатлам суви асосида сувда
эрувчан янги полимер реагентини яратиш ва пармалаш эритмасининг сама-
рали таркибини ишлаб чиқиш.
Тадқиқот методлари:
пармалаш эритмаларининг физик-кимѐвий ва
реологик хусусиятларини, гилли эритмаларининг статик ва динамик сил-
жиши кучланишини, бурилаш эритмасининг технологик хусусиятлари ва сув
бераолувчанлиги ўрганиш.
Олинган натижалар ва уларнинг янгилиги:
биринчи марта ўта ми-
нераллашган қатлам сув асосида янги сувда эрувчан полимер реагент яратил-
ди. Янги полимер реагентининг бурғилаш эритмалари хоссаларини керакли
равишда ӯзгартирувчанлик қобилияти аниқланди.
Амалий аҳамияти:
сувда эрувчан янги полимер реагент асосида тай-
ѐрланган пармалаш қоришмасининг таркиби ишлаб чиқилган. У юқори ми-
нераллашган қатлам сувини қўллаш имконини беради. Янги реагентни ишлаб
чиқариш учун қўлланиладиган саноат қурилмалари тайѐрланди.
Татбиқ этиш даражаси ва иқтисодий самарадорлиги
: пармалаш
қоришмаларига ишлов бериш учун янги полимер реагент тайѐрланди ва у
Сургил, Шимолий Бердах ва бошқа конлардаги қудуқларни пармалашда
қўлланилди. 2005-2008 йиллар давомида сувда эрувчан янги полимер реа-
гентни қӯллаш натижасида олинган иқтисодий самарадорлик 850 млн. сӯм-
дан ортиқ.
Қўлланиш соҳаси:
Ўзбекистон нефть ва газ конларида скважиналарни
пармалаш учун.
20
РЕЗЮМЕ
диссертации Умедова Шерали Халлоковича на тему:
«Разработка со-
ставов промывочных жидкостей для бурения скважин на сильномине-
рализованной пластовой воде»
на соискание ученой степени кандидата
технических наук по специальности 05.15.10 – Технология бурения и освое-
ния скважин.
Ключевые слова:
скважина, буровой раствор, реагент, свойства рас-
твора, стабилизация, минерализация, синтез, водоотдача, реология, пластовая
вода.
Объекты исследования:
полимерный водорастворимый реагент на
основе отходов ковроткацкого производства, буровой раствор, утяжелитель.
Цель работы:
разработка нового полимерного водорастворимого реа-
гента и эффективного состава бурового раствора с использованием минера-
лизованной воды.
Методы исследования:
изучение физико-химических и реологических
свойств буровых растворов, статического и динамического напряжения сдви-
га глинистого раствора, технологических свойств и водоотдачи бурового рас-
твора.
Полученные результаты и их новизна:
впервые разработан новый
полимерный водорастворимый реагент для обработки бурового раствора,
приготовленного на сильноминерализованной пластовой воде. Установлены
особенности нового полимерного реагента как регулятора свойств
буровых
растворов.
Практическая значимость:
разработан состав бурового раствора на
основе нового полимерного водорастворимого реагента, который позволяет
использовать сильноминерализованную пластовую воду. Изготовлена полу-
промышленная установка для получения нового реагента.
Степень внедрения и экономическая эффективность:
осуществлен
выпуск полимерного реагента для обработки бурового раствора, который
был внедрен на скважинах месторождений Сургиль, Северный Бердах и др.
Экономическая эффективность от применения нового полимерного реагента
за 2005-2008 гг. составила более 850 млн.сум.
Область применения:
бурение нефтяных и газовых скважин на тер-
ритории Республики Узбекистан.
21
RESUME
Thesis of Umedov Sherali Khallakovich work on the theme «Designing
composition of rinsing liquids for borehole drilling on strongly mineral
brine
wa-
ter» on competition for candidate’s of technical science on speciality 05.15.10 –
«Technology of drilling and development of chinks» on specialty – subject.
Key words:
borehole, washing fluid, reagent, properties of a solution, stabi-
lization, mineralization, synthesis, water return, rheology, produced water.
Subject of research:
polymeric water-soluble reagent on the basis of a car-
pet manufacture, a chisel solution, a weighting additive.
Purpose of work:
creation of a chisel solution on a basis strongly mineral
water, synthesizing of a new reagent for the stabilization of a chisel solution pre-
pared on strongly mineral water.
Methods of research:
studying physical and chemical and rheology proper-
ties of chisel solutions, static and dynamic pressure of shift of a clay solution,
technological properties and water return of a chisel solution.
The results obtained and their novelty:
for the first time the new polymer-
ic water-soluble reagent is developed for a chisel solution on strongly mineral
brine
water. Features of properties of polymeric reagents as a regulator of chisel
solutions and lower water returns are established.
Practical value:
the effective structure of a chisel solution on the basis of a
new polymeric water-soluble reagent which allows using strongly mineral water is
developed. Semi plants for reception of a new reagent are made.
Degree of embed and economic effectivity:
release of industrial party of a
polymeric reagent for a chisel solution which has been introduced on chinks Surgil
is carried out, Berdah etc. E
conomic effectiency from application new polymeric
water-soluble reagent for 2005-2008 years make up more 850 millions sums.
Field of application:
drilling of oil and gas chinks on the territory of Re-
public Uzbekistan.
