авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Исследование и совершенствование буровых технологических жидкостей с использованием гель-технологий

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Грязнов Игорь Валентинович

ИССЛЕДОВАНИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ

БУРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЕЛЬ-ТЕХНОЛОГИЙ

Специальность 25.00.15 - Технология бурения и освоения скважин

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва - 2011

Работа выполнена в лаборатории буровых растворов ООО «ТД «Буровые материалы»

Научный руководитель: Доктор технических наук

Балаба Владимир Иванович

Официальные оппоненты: Доктор технических наук

Ипполитов Вячеслав Васильевич

Кандидат технических наук

Маслов Валентин Владимирович

Ведущее предприятие: Общество с ограниченной ответственностью

«Тюменский научно-исследовательский проектный институт природного газа и газовых технологий»

(ООО «ТюменНИИгипрогаз»)

Защита состоится «14» декабря 2011 г. в 1400 часов на заседании объединенного диссертационного совета ДМ 002.263.01 при НЦ НВМТ РАН по адресу: 119334, г. Москва, ул. Бардина, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НЦ НВМТ РАН по адресу: 119334, г. Москва, ул. Бардина, 4.

Автореферат разослан «11» ноября 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук А.П. Аверьянов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Практика поисково-разведочного и эксплуатационного бурения на нефть и газ в районах Крайнего Севера убедительно показала необходимость использования буровых растворов с малым содержанием твердой фазы. Методом диспергирования минеральной твердой фазы трудно получить суспензии с частицами малых размеров и высокой поверхностной активностью. Более перспективным является метод синтезирования коллоидной дисперсной фазы – использование гель-технологии. Под последней понимают технологию получения материалов с определенными химическими и физико-механическими свойствами, включающую получение золя и перевод его в гель в процессе конденсации и образования полимерной пространственной сетки. Гель-технологии широко используются при производстве неорганических сорбентов, катализаторов, синтетических цеолитов, керамических изделий, вяжущих неорганических веществ и др.

Все большее распространение при строительстве скважин находят буровые растворы на основе биополимеров и растворов полимеров, «сшитых» солями-комплексообразователями. Применение комбинированных полимер-силикатных реагентов позволяет свести к минимуму их расход и обеспечить устойчивость ствола скважины.

Обобщение результатов научно-исследовательских, опытно-промышленных работ, практики строительства скважин в районах Крайнего Севера и других районах страны позволяет считать целесообразным проведение экспериментальных исследований комбинированных реагентов многофункционального действия и гидроизоляционных смесей, а также технологий их применения. Определенные трудности возникают в процессе строительства скважин при изоляции низкопроницаемых проявляющих пластов. Неоднородность продуктивных пластов приводит зачастую к прорыву воды в добывающие скважины, снижению нефтеотдачи. В условиях высокой обводненности и возрастающей доли трудноизвлекаемых запасов особую роль приобретают методы увеличения нефтеотдачи пластов, в том числе выравнивание профиля приемистости нагнетательных скважин и проведение гидроизоляционных работ. Одним из наиболее экологически безопасных методов увеличения охвата пластов - применение гелеобразующих составов (ГОС) на основе полимерных материалов и водорастворимых силикатов. Последние могут быть полезны также для проведения работ по утилизации буровых сточных вод и отработанных буровых растворов (ОБР).

Цель работы.

Повышение эффективности строительства скважин путем совершенствования и применения гель-технологий буровых технологических жидкостей.

Основные задачи исследований:

  1. Анализ современного состояния практики применения гель-технологий при бурении и ликвидации осложнений в процессе строительства и капитального ремонта скважин.
  2. Экспериментальные исследования и разработка рецептур гелеобразующих составов на основе нефелино-кислотных смесей для борьбы с осложнениями в процессе бурения.
  3. Экспериментальные исследования и разработка буровых материалов на основе ксерогелей кремниевой кислоты из нефелинового концентрата, гидрогелевых буровых растворов и концентратов, силикатных комбинированных реагентов - регуляторов реологических свойств буровых растворов.
  4. Исследования материалов на основе отработанных буровых растворов.
  5. Организация производства комбинированных химических реагентов и проведение промысловых испытаний.
  6. Разработка рекомендаций по приготовлению и применению гелеобразующих составов и реагентов на их основе.

Научная новизна работы

  1. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность получения гелеобразующих составов на основе нефелинового концентрата с регулируемыми в широких пределах сроками геле- и студнеобразования. Научная новизна исследований подтверждена патентом РФ на изобретение.
  2. Разработаны научные основы получения комбинированных химических реагентов с использованием ксерогелей кремневой кислоты – кислых алюмосиликатов (КАС).
  3. Дано обоснование составов и изучен механизм получения кремнегелевых минерализованных буровых растворов и комбинированных силикатных реагентов многофункционального действия; оценены их функциональные характеристики.
  4. Научно-обоснованы и разработаны рецептуры вязкоупругих смесей с регулируемыми сроками существования.
  5. Обоснована и показана возможность применения гель-технологии при получении химических реагентов на основе отработанных буровых растворов.

Основные защищаемые положения

Автором защищаются следующие положения:

  1. Результаты экспериментальных исследований по получению гелеобразующих составов на основе нефелинового концентрата, минеральных и сухих органических кислот.
  2. Технологические решения по гидроизоляции поглощающих и проявляющих пластов.
  3. Результаты экспериментальных исследований и рецептуры вязко-упругих смесей (ВУС) на основе водорастворимых эфиров целлюлозы и лигносульфонатов для временного блокирования пластов.
  4. Результаты исследований и рецептуры комбинированных силикатных реагентов – регуляторов структурно-реологических свойств буровых растворов.
  5. Способ обезвоживания отработанных буровых растворов на основе гель-технологии и с применением КАС. Получение новых реагентов на основе ОБР.
  6. Результаты опытно-промышленных испытаний комбинированных силикатных реагентов и гидроизолирующих составов, полученных с использованием гель-технологии.

Практическая ценность и реализация результатов работы

Практическая ценность работы характеризуется соответствием научно-исследовательских разработок основным направлениям научно-технического прогресса развития в области строительства нефтяных и газовых скважин (Государственный контракт в рамках ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы»).

Показана возможность применения гель-технологий на всех этапах строительства скважины (от приготовления бурового раствора до его отверждения после завершения бурения).

Результаты исследований и разработок, выполненных по теме диссертации, используются буровыми и сервисными компаниями (Сургутнефтегаз, СИТЕКО, РИТЭК и др.) при строительстве скважин в Западной Сибири:

- испытаны комбинированные борсиликатые реагенты, в том числе с использованием кислых алюмосиликатов;

- апробирована гель-технология обезвоживания отработанных буровых технологических жидкостей;

- организовано производство и испытаны сухие нефелино-кислотные смеси.

- разработаны рекомендации, по обоснованию состава, технологии приготовления буровых технологических жидкостей на основе гелеобразующих составов.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались на VIII Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 80-летию РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина (г. Москва, 2010); ХIV международной научно-практической конференции «Эфиры целлюлозы и крахмалы, другие химические реагенты и материалы в эффективных технологических жидкостях для строительства, эксплуатации и капитального ремонта нефтяных и газовых скважин» (Суздаль, 2010); ХV международной научно-практической конференции «Эфиры целлюлозы и крахмалы, другие химические реагенты и композиционные материалы как основа успешного сервиса и высокого качества технологических жидкостей для строительства, эксплуатации и капитального ремонта нефтяных и газовых скважин» (Суздаль, 2011).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе: 1 монография, 9 статей (7 из них в изданиях, входящих в перечень ВАК), один патент РФ на изобретение.

Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, трех разделов, основных выводов, списка использованных источников из 106 наименований. Изложена на 154 страницах текста компьютерного набора, включает 24 рисунка, 38 таблиц.

Автор выражает глубокую благодарность и признательность Ангелопуло О.К., Балабе В.И., Белею И.И., Иванову Ю.А., Кашкарову Н.Г., Коновалову Е.А., Кузнецову Ю.С., Наседкину В.В., Ноздре В.И., Штолю В.Ф., благодаря ценным советам и помощи которых, были достигнуты научные и практические результаты работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, изложены научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

Первый раздел диссертации посвящен анализу современного состояния изученности вопросов разработки, исследования и применения гель-технологий в буровой практике (приготовление буровых растворов и композиционных реагентов, вязкоупругих буферных и тампонирующих смесей, гидроизоляционных материалов, обезвоживание и утилизация отходов бурения).

Буровая практика убедительно показала перспективность применения буровых технологических жидкостей (БТЖ), получаемых методом синтезирования коллоидной дисперсной фазы, когда твердая фаза конденсируется в результате обменных химических реакций двух и более электролитов, приводящих к образованию труднорастворимых гидроксидов или солей. Для бурения скважин нужны тиксотропные и стабильные во времени системы при минимально возможном содержании твердой фазы.

Переход золей в гели лежит в основе многих современных технологий, связанных с производством волокнистых материалов, стекол, композиционных лакокрасочных материалов, буровых растворов и реагентов.

Разработкой рецептур буровых растворов и комбинированных химических реагентов, полученных методом конденсации, совершенствованием технологии их применения занимались В.Э. Аваков, О.К. Ангелопуло, Б.А. Андресон, А.Н. Ананьев, В.Ю. Артамонов, И.И. Белей, В.П. Белов, С.Н. Горонович, П.Г. Дровников, Ю.В. Зверев, Е.А. Коновалов, В.Ф., В.Н. Кошелев, А.И. Пеньков, В.М. Подгорнов, Б.А. Растягаев, Н.Х. Титаренко, А.У. Шарипов, В.Ф. Янкевич и др. Многими авторами убедительно показана высокая эффективность и перспективность применения гидрогелевых систем. В промысловых условиях были успешно испытаны гель-растворы на основе жидкого стекла и сернокислого алюминия, гидрогели магния, цинка, гидросолегель алюминия, полимерные алюмосиликатные, алюмоакриловые, медноакриловые, ферроакриловые буровые растворы и комбинированные реагенты.

Силикатные гидрогели, как основу бурового раствора или композиционного химического реагента, получают путем взаимодействия раствора жидкого стекла с минеральными солями. Отмечено, что гели, полученные в кислой и нейтральной среде (кислые гели), прочнее и эластичнее, чем щелочные. Качество силикатных гидрогелей существенно зависит от полимерных и других добавок, вводимых в силикатную систему на различных стадиях процесса гелеобразования.

На основе борсиликатного геля созданы комбинированные реагенты (ингибиторы и смазочные добавки), прошедшие широкие промысловые испытания при строительстве скважин в Тюменской обл. и других регионах страны. Исследованиями, выполненными в ООО «ТюменНИИгипрогаз», показано, что силикатные комбинированные реагенты различного состава по ингибирующему действию (степени набухания глины, определенной с помощью тестера продольного набухания компании «OFITE» в динамическом режиме) близки друг к другу и превосходят 5-7%-ные растворы хлористого калия. Наибольший эффект достигается при сочетании силикатного, акрилового и асфальтенового реагентов.

В связи с увеличением объемов глубокого эксплуатационного бурения на нефть и газ в районах Восточной Сибири и Якутии, а также с заметным расширением номенклатуры полимерных реагентов и порошкообразных водорастворимых силикатов натрия и калия, предлагаемых российскими предприятиями, проведение экспериментальных и промысловых работ по получению и применению новых экономичных и эффективных гидрогелевых растворов и концентратов вновь становится актуальным.

Для приготовления буферных жидкостей при цементировании скважин и тампонирующих смесей для борьбы с поглощением буровых растворов используются полимерные гели, получаемые в результате обработки растворов полимерных реагентов с реакционноспособными карбоксильными группами реагентами-сшивателями (кросс-агентами). Это вязкоупругие смеси (ВУС) на основе полиакриламида (ПАА), гипана, водорастворимых эфиров целлюлозы (ВЭЦ) и солей поливалентных металлов (алюминия, железа) и др. Наиболее доступными и дешевыми являются ВУС на основе растворов КМЦ.

Широкие промысловые испытания в различных регионах страны показали, что буровые технологические жидкости с конденсированной твердой фазой при определенных условиях могут дать значительный экономический эффект за счет сокращения осложнений и ускорения проводки скважин в целом.

Исследованиями и промысловыми работами ВНИИнефти убедительно показана целесообразность и эффективность применения композиций на основе щелочных силикатно-полимерных гелей при выравнивании профиля приемистости нагнетательных скважин в Западной Сибири. Разработаны и широко апробированы силикатно-полимерные гели, имеющие достаточно длительное время начала гелеобразования и относительно высокую прочность, чтобы выдерживать значительные градиенты давления. С целью повышения прочности силикатных гелей используются модифицирующие (армирующие) добавки, прежде всего, водорастворимые полимеры и твердые наполнители.

Гелеобразующие составы могут быть получены в результате кислотного разложения природного щелочного алюмосиликата – нефелина. Детальные исследования процессов разложения нефелинового концентрата (НК) в растворах соляной и серной кислот с целью получения алюмокремниевого флокулянта-коагулянта (АКФК) – пересыщенного раствора кремнезема, переходящего со временем в гель, выполнены в РХТУ им. Д.И. Менделеева (Кручинина Н.Е. и др.). Изучению вопросов получения ГОС на основе нефелина для проведения работ по выравниванию профиля приемистости в нагнетательных скважинах посвящены работы, выполненные во ВНИИнефти (А.Т. Горбунов, Т.С. Рогова и др.). Для проведения гидроизоляционных работ в скважинах предложены гелеобразующие составы «Невод» и «Нефелин-1», которые получают путем разложения нефелина в 10-20%-ном растворе сильной минеральной кислоты. Несмотря на предложенные технические решения, остаются мало изученными вопросы регулирования сроков созревания ГОС на основе НК, влияния армирующих и активирующих добавок на свойства получаемых материалов. Сведений об исследованиях процесса разложения сухих смесей нефелина с органическими кислотами в водных средах, в том числе и сточных водах, в открытой печати не обнаружено. Нет информации о свойствах и областях использования ксерогелей из таких золей. Исследования студней НК и кремнегелей на их основе с точки зрения использования их при строительстве скважин также недостаточно изучены.

В отечественной буровой практике наиболее доступным методом обезвоживания отходов бурения является их отверждение. В качестве отвердителей используют вяжущие материалы минерального и органического происхождения: цемент, гипс, жидкое стекло, синтетические смолы и др. После обработки флокулянтом в отделенную твердую фазу последовательно вводят жидкое стекло, активный кислый наполнитель-гелеобразователь (торф, сапропель, гидролизный лигнин и т.п.). К активным добавкам, обеспечивающим быстрый переход жидкого стекла в твердое водонерастворимое состояние, относят известь, доломит, нефелиновый шлам, портландцемент. Однако, несмотря на множество предлагаемых технических решений, широкого практического применения гель-технология отверждения отходов бурения с использованием силикатных реагентов не нашла. Не получили развития и технологии связывания отходов бурения с помощью ГОС на основе алюмокремниевой кислоты. Вопросы повторного использования отработанных буровых растворов (ОБР) в качестве сырья для получения композиционных материалов для строительства скважин в отечественной практике до сих пор остаются вне поля зрения исследователей и практиков.

Проведенный анализ литературных источников показывает, что гель-технология может успешно применяться на всех стадиях буровых работ, начиная с приготовления бурового раствора вплоть до утилизации отходов бурения (рис.1).

Рис. 1 Направления использования гель-технологии в бурении

Проведенный анализ литературных источников показывает, что гель-технология может успешно применяться на всех стадиях буровых работ, начиная с приготовления бурового раствора вплоть до утилизации отходов бурения. В результате проведенного анализа литературных источников сформулированы цель и задачи исследований.

Второй раздел посвящен разработке гелеобразующих составов для приготовления буровых растворов и концентратов, водоизолирующих смесей, а также технологии отверждения отходов бурения.

Исследования гидрогелевых буровых растворов и гидроизоляционных составов проводились в первую очередь применительно к условиям строительства скважин в Восточной Сибири, отличающимися большой удаленностью от баз снабжения, слабой изученностью недр, низкими пластовыми температурами (15-500С), АНПД, наличием многочисленных зон поглощения, интервалов проявления агрессивных пластовых вод и кислых газов.

Исследования гелеобразующих составов на основе нефелинового концентрата проводились в следующих направлениях:



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.