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 |

Разработка составов утяжеленных буровых растворов на основе шлаковых отходов для бурения и заканчивания скважин с аномально высокими пластовыми давлениями

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Вафин равиль Мисбахетдинович

Разработка составов утяжеленных буровых растворов на основе шлаковых отходов для бурения и заканчивания скважин с аномально высокими пластовыми давлениями

Специальность 25.00.15 Технология бурения

и освоения скважин

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2012

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном университете.

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор

Николаев Николай Иванович

Официальные оппоненты:

Гайдаров Миталим Магомед-Расулович

доктор технических наук, ООО «Газпром ВНИИГАЗ», главный научный сотрудник

Мулюков Ринат Абдрахманович

кандидат технических наук, ООО «БашНИПИнефть», главный специалист отдела строительства скважин

Ведущее предприятие - Самарский государственный технический университет

Защита диссертации состоится 29 мая 2012 года в 14ч. 00мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.02 при Санкт-Петербургском государственном горном университете по адресу: 199106, г. Санкт-Петербург, В.О., 21 линия, д.2, ауд. 1166.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного университета.

Автореферат разослан 28 апреля 2012 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета, д.т.н.,

профессор В.П. Онищин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы: Укрепление и расширение минерально-сырьевой базы страны, повышение эффективности и качества подготовки к освоению разведанных запасов полезных ископаемых предполагает открытие новых нефтегазоносных территорий и освоение все больших глубин в известных районах. При этом проблема добыча нефти и газа из глубокозалегающих горизонтов с каждым годом становится все более сложной для решения. Бурение скважин на большие глубины, как правило, сопряжены с существенными трудностями, вызванными усложнением горно-геологических условий, к которым, в первую очередь, относятся интервалы с аномально высокими давлениями (АВПД) флюидов. Бурение скважин с аномально высокими пластовыми давлениями требует использования буровых растворов повышенной плотности. Утяжеленные буровые растворы представляют собой дорогостоящие, многокомпонентные системы с большим содержанием различных химических реагентов и материалов. Несмотря на разнообразие утяжелителей, самым используемым и часто встречающимся в бурении является барит. Расход барита на строительство одной скважины составляет от нескольких десятков до тысячи тонн. В стоимостном выражении затраты на барит могут достигать до 30% от общей стоимости материалов для приготовления буровых растворов. Если учесть стоимость 1 т дорогостоящих утяжелителей типа барита, магнетита, являющихся дефицитным сырьем металлургической и химической промышленности, частичное замещение его более дешевым утяжелителем позволит существенно снизить расходы на приготовление буровых растворов, а так же стоимость бурения, что в итоге повысит технико-экономическую эффективность строительства скважин. В связи с этим разработка новых составов утяжеленных буровых растворов на основе шлаковых отходов представляется весьма актуальной задачей.

Существенный вклад в разработку утяжеляющих материалов, технологии их применения внесли исследования: Баранова В.С., Булатова А.И., Жуховицкого С.Ю., Кистера Э.Г., Мискарли Л.К., Резниченко И.Н., Рябоконя С.А., Семенко Н.Ф., Фридмана И.Д., Шандина С.Н., Щеткиной Е.Д., Ятрова С.Н. и других ученых.

Значительный вклад в развитие научных основ получения буровых растворов высокой плотности внесли такие ученые, как: Ангелопуло О.К., Байзаков М.К., Быстров М.Н., Гайдаров М.М.-Р., Курбанов Я.М., Мавлютов М.Р., Овчинников П.В., Рябченко В.И., Салтыков В.В., Уляшева Н.М., Челомбиев Б.К. и другие.

Актуальность темы подтверждается ее соответствием плану госбюджетных НИР кафедры бурения скважин СПГГУ.

Целью работы является повышение эффективности строительства скважин в условиях аномально высоких пластовых давлений за счет снижения стоимости утяжеляющих компонентов бурового раствора.

Идея работы заключается в использовании шлаковых отходов металлургических производств в качестве утяжеляющих компонентов глинистых растворов для бурения скважин до продуктивного пласта и безглинистых – для заканчивания скважин.

Задачи исследований:

  • анализ современных методов и технических средств для бурения скважин в условиях аномально высоких пластовых давлений;
  • поиск и исследование материалов, пригодных в качестве утяжелителей буровых растворов, и являющихся отходами промышленных производств;
  • разработка составов буровых растворов повышенной плотности для бурения и заканчивания скважин в условиях аномально высоких пластовых давлений;
  • лабораторные исследования свойств разработанных глинистых и безглинистых буровых растворов;
  • технико-экономическая оценка разработанных составов утяжеленных буровых растворов.

Методика исследований включает в себя комплекс экспериментальных исследований физико-механических свойств утяжелителей, а также основных технологических свойств утяжеленных буровых растворов.

Научная новизна заключается в установлении зависимости предельной плотности глинистых и безглинистых буровых растворов от концентрации утяжеляющих компонентов шлаковых отходов, их химического состава и степени дисперсности, а также от состава и свойств структурообразующих компонентов.

Защищаемые научные положения:

  1. Использование в качестве утяжелителя ферромолибденового шлака позволяет получать буровые растворы плотностью до 1770 кг/м3 с необходимыми структурно-реологическими характеристиками.
  2. Разработанные композиции утяжеленных безглинистых буровых растворов на основе биополимера КК-Робус при его массовом содержании 0,3-0,5% позволяют минимизировать их отрицательное влияние на фильтрационно-емкостные характеристики продуктивных пластов.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций определяется современным уровнем аналитических и достаточным объемом экспериментальных исследований, воспроизводимостью полученных данных и удовлетворительной сходимостью расчетных величин с результатами лабораторных исследований.

Практическая значимость работы заключается в разработке рецептур глинистых и безглинистых утяжеленных буровых растворов для бурения и заканчивания скважин в условиях аномально высоких пластовых давлений, что позволяет снизить материальные затраты на бурение.

Апробация работы. Основные положения, результаты теоретических и экспериментальных исследований, выводы и рекомендации докладывались на ежегодных научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых Санкт-Петербургского государственного горного университета (Санкт-Петербург, 2010, 2011); на Всероссийской научно-практической конференции, посвящённой 55-летию кафедры бурения скважин Томского государственного политехнического университета (Томск, 2009); на 50-й научной сессии горняков Краковской горно-металлургической академии (Краков, Польша, 2009); на XIV Международном симпозиуме имени академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (Томск, 2010); на международной научной конференции «Innovations in Mineral Industry – Geology, Mining, Metallurgy and Management» (Фрайберг, Германия, 2010); Всероссийской научно-технической конференции «Нефтегазовое и горное дело» (Пермь, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, 3 статьи опубликованы в журналах, входящих в Перечень ведущих журналов и изданий, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем диссертационной работы.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка, включающего 117 наименований. Материал диссертации изложен на 133 стр., включает 20 табл., 22 рис., 1 приложение.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приводится общая характеристика работы, обосновывается ее актуальность, определяются цель, задачи, идея работы, излагаются защищаемые научные положения, научная новизна и практическая значимость.

В первой главе приведен обзор современных методов и технических средств, применяемых для бурения скважин в условиях аномально высоких пластовых давлений.

Дан анализ распространения толщ с аномально высокими пластовыми давлениями в различных нефтегазоносных бассейнах Российской Федерации.

Приведены классификация утяжелителей и анализ их достоинств и недостатков. Оценено состояние отечественной сырьевой базы, уровень производства и потребления барита.

Проанализированы существующие составы буровых растворов для бурения и заканчивания скважин в условиях аномально высоких пластовых давлений. Поставлены цели и задачи исследований.

Во второй главе изложена методика экспериментальных исследований. В ней кратко представлены основные исследуемые физико-механические свойства утяжеляющих материалов и технологические параметры буровых растворов. Описаны приборы и принципы измерения. Приводится методика планирования экспериментов и статистической обработки результатов.

В третьей главе изложены результаты экспериментальных исследований основных свойств утяжеляющих материалов на базе отходов промышленных производств и дана оценка возможности применения их в составе буровых растворов.

В частности, были проведены исследования истинной плотности, утяжеляющей способности, абразивности, химического состава, водорастворимости, гидрофильности, влияния дисперсности, способности намагничиваться отходов алюминиевого производства - угольной пены (рис. 1, а), шлака алюминиевого от литейного производства (рис. 1, б), шлака от заливки ниппелей обожженных анодов (рис. 1, в); шлака, образующегося при выплавке ферромолибдена (рис. 1, г); золы-уноса – отхода, образующегося при горении угля (рис. 1, д); шлака, образующегося при доменной плавке чугуна (рис. 1, е). Внешний вид отходов представлен ниже.

Рис. 1 Внешний вид промышленных отходов

В табл. 1 представлены результаты исследований основных свойств указанных образцов.

Таблица 1

Основные свойства утяжеляющих материалов

Наименование материалов Плотность, г/см3 Утяжеля- ющая способ-ность, % Абразив-ность, Ка Водораствори- мость, %
Образец №1 1,35 - - -
Образец №2 1,56 - - -
Образец №3 2,98 43 1,1 1,6
Образец №4 3,64 39 0,91 0,2
Образец №5 2,85 - - -
Образец №6 4,26 34 0,62 3,1
Барит (КБ-6) 4,0 35 0,88 0,1

Как видно из таблицы 1, по значению истинной плотности материалов образцы №1, №2, №3 и №5 можно отнести к первой группе утяжелителей, а образцы № 4 и №6 к третьей группе. Образцы под номерами 1 и 2 имеют наименьшую плотность и из дальнейших исследований были исключены.

Известно, что плотность раствора, которую можно получить, утяжеляя раствор дисперсной фазой, равна половине истинной плотности утяжелителя. Таким образом, образцы под номерами 3, 4, 5, 6 пригодны для создания растворов плотностью выше 1500 кг/м3.

Исследования показали, что лучшей утяжеляющей способностью обладает образец №6. Для того чтобы утяжелить глинистый раствор от 1040 до 1420 кг/м3, его потребовалось минимальное по сравнению с другими материалами количество (465 г или 34% от массы раствора), барита же потребовалось 500 г, или 35% соответственно. Близкие результаты по сравнению с утяжеляющей способностью барита показал образец №4 – 575 г или 39%. Следует отметить, что из-за высокой дисперсности и вяжущих свойств образца №5 буровой раствор потерял подвижность, поэтому из дальнейших исследований он был исключен.

Проведенные исследования показывают, что коэффициент абразивности барита составляет Ка=0,88, что почти в 2,5 раза меньше по сравнению с магнетитом (Ка=2,14). Образцы №3 и №4 обладают несколько большим значением по сравнению с баритом (Ка=1,1 и Ка=0,91 соответственно) и относятся к 3 и 2 группам абразивности. Из всех исследуемых материалов можно выделить образец №6, коэффициент абразивности его меньше барита и составляет Ка=0,62. Сравнительный анализ полученных данных показал, что образцы №3, №4 и №6 можно считать малоабразивными наряду с баритом.

Химический состав образцов исследовался с помощью рентгеноспектрального анализа. Составы шлаков значительно отличаются и имеют различное процентное содержание оксидов SiO2, FeO, Al2O3, CaO, MgO, Cr2O3, TiO2. По результатам исследования водорастворимости определено, что наименьшей растворимостью обладает образец №4. Потеря массы его составила 0,2% от начальной. Наибольшую растворимость (3,1% от начальной массы) имеет образец №6. Образец №3 потерял 1,6% своей массы, а барит 0,1% соответственно.

Важным свойством утяжелителей буровых растворов является хорошая смачивае­мость частиц дисперсионной средой. Гидрофильность определялась по количеству адсорбированной нефти, то есть чем меньше нефти связано поверхностью твердой фазы, тем гидрофильнее утяжелитель. Согласно результатам исследования наибольшей нефтесмачиваемостью обладает образец №3 и №6 (22,5% и 17,5% адсорбированной нефти), наименьшей барит (10%). Схожие результаты с нефтесмачиваемостью барита имеет образец №4 (12,5%), что делает его более пригодным для утяжеления буровых растворов на водной основе, чем остальные образцы.

Из всех исследуемых материалов образец № 6 обладает ярко выраженными магнитными свойствами, поэтому в качестве утяжелителя он не подходит. Остальные образцы намагничиванию не подвержены.

На основании полученных результатов можно утверждать, что наиболее приемлемым утяжелителем буровых растворов получаемых, на основе отходов металлургических производств, является шлак, образующийся при выплавке ферромолибдена. Полученные значения основных физико-механических свойств ферромолибденового шлака, указывают на возможность использования его для утяжеления буровых растворов до плотности порядка 1800 кг/м3.

В четвертой главе представлены результаты исследований, на основании которых обосновано оптимальное содержание реагентов для приготовления безглинистых утяжеленных буровых растворов для заканчивания скважин на базе ферромолибденового шлака.

Результаты исследования свойств структурообразователей (табл. 2) показали, что основные параметры растворов на основе ксантанового биополимера Робус не уступают, а по некоторым позициям превосходят параметры составов, приготовленных на основе более дорогостоящего реагента Rhodopol 23P/W. Поэтому, исходя из технико-экономических показателей, для дальнейших исследований был выбран биополимер Робус.

Таблица 2

Технологические параметры биополимерных растворов

Концентрация реагента по массе Плотность, кг/м3 Водоотдача за 30 мин., см3 СНС через 10 мин., дПа Предельное напряжение сдвига, дПа Коэффициент консистенции, Па·сn Показатель текучести Условная вязкость, с
0,3% Робус 1042 19 1,8 - 0,42 0,24 22
0,4% Робус 1042 15 2,25 - 0,96 0,26 31
0,5% Робус 1040 9,6 9,3 23,3 1,8 0,32 43
0,3% Rhodopol 1042 20 1,35 - 0,35 0,23 20
0,4% Rhodopol 1042 14 2,7 - 0,84 0,24 29
0,5% Rhodopol 1040 8,1 9,8 19,1 1,97 0,43 46


Pages:   || 2 |
 





 
© 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.