щ
технологии
Сравнительная оценка ингибиторов глин
Г.Р. ЮСУПОВА,
ведущий инженер-технолог технологического отдела буровых растворов
А.В. УЛЬШИН,
начальник технологического отдела буровых растворов
Ю.Н. МОЙСА,
к.х.н., главный специалист по научно-исследовательской работе
М.С. ГВОЗДЬ,
генеральный директор
ООО НПО «БентоТехнологии»
info@baulux-group.ru
Приведены результаты сравнительной оценки эффективности минеральных и органических ингибиторов глинистых минералов для буровых растворов и технологических жидкостей по показателям увлажняющей способности и относительной скорости адсорбции вхлоркалиевом эквиваленте.
COMPARATIVE ANALYSIS OF CLAY INHIBITORS
G. YUSUPOVA, А. ULSHIN, Yu. MOISA,
М. GVOZD, rientific-production Association Bentotechnology LLC
This article summarizes the results of comparative analysis of mineral and organic clay inhibitors for drilling mud systems and process fluids based on their wetting capacity and relative adsorption rate in potassium chloride equivalent.
Keywords: mud, clay inhibitors, adsorption, argillites
Сохранение устойчивости ствола скважины является одной из основных проблем, которые встречаются при бурении нефтегазовых скважин. В результате взаимодействия между буровым раствором и глинистыми породами происходят расширение ствола скважины, осадкообразование, образование каверн и обвалов. Уменьшить влияние этих факторов можно с помощью введения одного или нескольких ингибиторов глинистых отложений на основе электролитов, поверхностно-активных веществ (ПАВ) и полимеров.
Изучению ингибирования глинистых минералов, коллоидной устойчивости буровых растворов (БР) и их ингибирующих свойств в нефтегазовой промышленности посвящено большое количество исследований и методических разработок [1 - 3]. Это связано с тем, что во время бурения или ремонтных работ в скважине глинистые минералы могут набухать и диспергироваться в условиях депрессии БР или его фильтрата, что приводит к нестабильности ствола скважины, а также нарушению эксплуатационных свойств продуктивного пласта. Набухание и диспергирование глин во время бурения коллектора может снизить проницаемость пласта и в результате снизить количество добываемой нефти или газа [4, 5].
В научно-техническом центре ООО НПО «БентоТехнологии», аккредитованном по стандартам ГОСТ Р ИСО/МЖК 17025-2006 (аттестат № РОСС RU.001/22 СА 22 от 21.01.2010, г. Альметьевск) разработана усовершенствованная методика оценки ингибирующих свойств БР и технологических жидкостей (ТЖ) глушения и ремонта скважин на основе РД 39-2-81382 ВНИИКРнефть [4]. В разработанную методику дополнительно к показателю увлажняющей способности По (см/ч) БР введены критерии качества эталонных глинистых образцов и ингибирующих
свойств ТЖ по показателю абсолютной скорости адсорбции (Vm ) жидкой фазы на единице поверхности эталонного глинистого образца в нм/с и по безразмерному показателю ингибирующих свойств -относительной скорости адсорбции (1отн) по отношению к 3%-ному водному раствору хлористого калия.
Основными измеряемыми параметрами при оценке ингибирующих свойств ТЖ являются высота открытой боковой поверхности и масса поглощенной жидкости за определенный промежуток времени. ДМ=МГМ0 (1)
где ДМ - масса поглощенной образцом жидкости, г; М0, М1 - масса эталонного глинистого образца, соответственно исходная и после контакта его с исследуемой ТЖ в течение времени Т.
Во всех экспериментах Т = 4 часа = 14400 с = Const.
Средняя скорость массопереноса в результате адсорбции жидкой фазы ТЖ эталонным образцом составляет:
^=ДМЯ (2)
или после перехода к объемным параметрам:
QTж=ДМ/p■T, (3)
где Q.^ - объемная скорость адсорбции компонентов ТЖ эталонным глинистым образцом, см3/с; р - плотность адсорбированной жидкости (фильтрата ТЖ), г/см3.
Так как при проведении эксперимента взаимодействие ТЖ с эталонным глинистым образцом происходит по боковой цилиндрической поверхности образца площадью: S=n-d-h, (4)
где S - площадь образца, контактирующая с ТЖ, см2; d = 2 см - диаметр эталонного глинистого образца; h - высота образца, см.
Средняя скорость адсорбции исследуемой ТЖ, отнесенная к единице площади эталонного глинистого образца, будет:
V™ = Q/S (5)
технологии
или после подстановки значений Q и S из (3) и (4) в (5):
VTX = ДМ/рТ-п-d-h. (6)
Учитывая, что по условиям экспериментов с использованием эталонных глинистых образцов ряд величин (п = 3,14; Т = 4 часа; d = 2 см) являются постоянными, а также переходя к Единой международной системе единиц измерения, окончательно получим: VTX=110,58^M/p-h, (7)
где VTX - абсолютная скорость адсорбции компонентов ТЖ на единице поверхности эталонного глинистого образца, нм/с; ДМ - приращение массы эталонного глинистого образца, г; р - плотность адсорбированной жидкости (фильтрата ТЖ), г/см3; h - высота открытой боковой поверхности эталонного глинистого образца, см.
Параметр Vm, измеряемый в нанометрах в секунду, используется в качестве показателя ингибирующих свойств ТЖ, так как позволяет различать исследуемые ТЖ по скорости их адсорбции эталонным глинистым образцом. При этом чем меньше полученное в эксперименте численное значение показателя Vm, тем выше ингибирующая способность ТЖ.
На основании измерений V^ можно рассчитать величину показателя увлажняющей способности По (см/ч) по формуле, приведенной в [2, 3]. При этом величина показателя увлажняющей способности По будет равна текущей скорости увлажнения, так как коэффициент коллоидальности применяемого глинопорошка для образцов равен 0,85 и расчетная формула примет вид: По = Vt = (М 1 - М0 ) К1 100 / МО Т, (см/ч), (8)
где К1 = 1 см.
Для сравнительной оценки ингибирующих свойств различных ТЖ следует пользоваться безразмерным относительным показателем ингибирующих свойств 10ТН:
|0ТН= V™ / VkcP (9)
где 10ТН - относительная скорость адсорбции, доли ед.; V^ - абсолютная скорость адсорбции исследуемой ТЖ, вычисляемая по формуле (7), нм/с; VKC| - абсолютная скорость адсорбции 3%-ного раствора KCl, нм/с, также вычисленная по формуле (7).
Раствор KCl (3%-ный) является базовым для испытания эталонных глинистых образцов и принят в качестве эталона при оценке ингибирующих свойств ТЖ.
Показатель 10ТН характеризует ингибирующие свойства исследуемой ТЖ в хлоркалиевом эквиваленте, то есть оценивает величину скорости адсорбции каждой ТЖ по сравнению со значением этого показателя для базового 3%-ного раствора KCl, принятого за эталон.
Критериями высокой ингибирующей способности ТЖ является выполнение условий:
V* < V KCl или |0ТН<1. (10)
Если в процессе эксперимента получено значение ДМ<0 или наблюдаются признаки разрушения эталонного глинистого образца, то исследуемая ТЖ не обладает ингибирующими свойствами, достаточными для проведения технологических операций в скважине в интервале залегания глинистых пластов.
Величина VKCl в общем случае не является постоянной для различных глинистых минералов (исследуемых образцов) и может варьировать в довольно широких пределах в зависимости от глиноматериала, поэтому при определении ингибирующих свойств 1ТЖ в каждой серии экспериментов необходимо уточнять величину хлоркали-евого эквивалента VKCl для конкретного глиноматериала.
щ
Зависимость По от глиноматериала и концентрации KCI в составе ТЖ
0,5% KCI
1% KCI
3% KCI 5% KCI Состав ТЖ
7,5% KCI
10% KCI
Рис. 1. Зависимость показателя увлажняющей способности По от глиноматериала и концентрации хлористого калия в водном растворе
В испытательной лаборатории буровых растворов ООО НПО «БентоТехнологии» проведены сравнительные исследования ингибирующих свойств водных растворов хлористого калия (ГОСТ 4568-95 ОАО «Уралка-лий») в концентрациях от 0,5 до 10% по оценке пригодности промышленно выпускаемых глинопорош-ков в качестве эталонного материала для тестирования ингибиторов. В качестве промышленных образцов испытаны глинопорошки Саригюхского месторождения (Армения, АООТ «Комбинат Иджеванский бентонит»), Вайомингского и Австралийского месторождений, соответствующие требованиям стандарта API (США, «М-I SWACO»), Динозаврового и Биклянского месторождений (Республика Татарстан, ООО «Баулюкс»), соответствующие требованиям ГОСТ Р.
На рис. 1 представлены сравнительные данные по измерению показателя увлажняющей способности на стандартных образцах (столбиках) из различных промышленных глинопорошков в водных растворах хлористого калия с концентрацией от 1 до 10%.
Из приведенных диаграмм видно, что промышленные глинопорошки, выпускаемые в соответствии с требованиями API, являются весьма чувствительными к действию минерального ингибитора и могут быть применимы в качестве стандартного глиноматериала в сравнительной серии для приготовления эталонных столбиков.
Исследованиями также показано, что для оценки ингибирующих свойств ТЖ пригодными являются гли-нопорошки бентонитовые производства ООО «Ба-улюкс» марок ПБН и ПБМВ (ТУ 39-0147001-105-93).
Сравнительная оценка ингибирующих свойств наиболее распространенных ингибиторов KCl, Ca(NO3)2, АКК, формиата натрия, «BauDF ClayStab» по показателю увлажняющей способности выполнена на бентоните марки ПБМВ производства ООО «Баулюкс» и представлена на рис. 2 - 5.
На рис. 3 приведены данные эффективности по показателю По (см/ч) ингибирующих свойств алюмокалиевых квасцов (АКК) в диапазоне концентраций от 1 до 10% водных растворов, широко применяемых для приготовления и обработки термосолестойких ингибирующих БР при бурении разведочных и эксплуатационных скважин на месторождениях Татарии и Северного Кавказа.
Диаграмма эффективности ингибирующих свойств формиата натрия (НСООNa) по показателю По водных растворов, применяемого в последнее время при
1 технологии
2,5 2,0 Я 1,5
а
5 1,0
Itc со ТО
ÎÎ 0,5 с
0,0 -0,5
Зависимость показателя П от состава ТЖ
ШШЛА
ш
s в
йя
5 10 15 25 30 50 75 100 300 400 500
□ KCI
Концентрация, г/л ICa(NO3)2 CCaCl2
Рис. 2. Ингибирующая эффективность водного раствора хлористого калия, нитрата кальция, хлористого кальция при концентрациях от 0,5 до 40% в составе ТЖ
Зависимость показателя увлажняющей способности По от состава ТЖ
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.