Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ эффективности различных типов буровых растворов при бурении в условиях неустойчивых отложений и вскрытии продуктивных коллекторов 10
1.1. Изучение характера и причин осложнений при бурении неустойчивых пород и при вскрытии продуктивных отложений
1.2. Сравнительная оценка результатов применения различных типов буровых растворов при бурении и вскрытии продуктивных пластов
1.3. Теоретические предпосылки получения гидрофобных эмульсий с высокой агрегативной устойчивостью 4?
2. Экспериментальные установки и методика по исследованию свойств гэр в пластовых условиях
2.1. Общие положения
2.2. Экспериментальные установки и методика по исследованию ГЭР в пластовых условиях
2.3. Характеристика объектов исследований
3. Исследования состава и свойств гэр с целью повышения их стабильности
3.1. Определение оптимального состава ГЭР на основе оксиэтилированных имидозолинов
3.2. Исследования по определению оптимальной степени модификации и содержания аэросила в ГЭР
3.3. Исследование системы ГЭР на основе ИКБ-2 и МАС-200 при моделировании пластовых условий 103
3.4. Исследование нейтрализующей способности и устойчивости ГЭР к сероводороду
3.5. Влияние ГЭР на естественную проницаемость продук тивного коллектора 122
4. Организация работ по промешенному испытанию и широкому использованию ГЭР
4.1. Промышленные испытания разработанных систем ГЭР
4.2. Организация работ по широкому использованию ГЭР при бурении скважин
4.3. Результаты промышленного внедрения ГЭР
4.4. Технико-экономическая эффективность внедрения ГЭР
Основные выводы и рекомендации
Приложения
- Сравнительная оценка результатов применения различных типов буровых растворов при бурении и вскрытии продуктивных пластов
- Экспериментальные установки и методика по исследованию ГЭР в пластовых условиях
- Исследования по определению оптимальной степени модификации и содержания аэросила в ГЭР
- Организация работ по широкому использованию ГЭР при бурении скважин
Введение к работе
Актуальность проблемы. При бурении скважин в условиях неустойчивых отложений важное место занимает правильный выбор типа бурового раствора. Традиционно применяемые для этих целей системы на водной основе с ингибирующими свойствами позволяют довольно успешно решать эту проблему. Однако использование коллоидных систем, дисперсионная среда которых представлена водной фазой, в значительной степени осложняет процесс вскрытия продуктивного коллектора, снижая его естественную проницаемость. Поэтому оптимальным вариантом при выборе типа бурового раствора следует считать тот, который позволяет в процессе бурения сохранить как устойчивость ствола скважины, так и физико-химические параметры продуктивного пласта. Только такое комплексное решение обеспечит высокую эффективность ведения буровых работ на отдельных этапах и в целом по скважине. Многочисленные исследования показали, что в этих условиях наиболее эффективными являются буровые растворы на углеводородной основе (РУО), при этом гидрофобно-эмульсионные растворы (ГЭР), содержащие значительное количество диспергированной воды, ввиду их экономичности и технологичности, представляют наибольший интерес.
Однако широкое использование ГЭР сдерживается по ряду причин, основными из которых являются отсутствие доступных систем с достаточно высокой термостойкостью, а также нерешенностью ряда вопросов по совершенствованию организации труда и охраны окружающей среды при их практическом использовании.
Цель работы. Разработка, исследование и промышленное внедрение термостойкого гидрофобно-эмульсионного бурового раствора на основе комплексной обработки оксиэтилированным имидозолином
и высокодисперсным активным наполнителем с оптимальной олеофиль-ной поверхностью, выполняющим "бронирующие" функции, обеспечивающей высокие технико-экономические показатели бурения глубоких скважин в условиях неустойчивых отложений при сохранении коллек-торских свойств продуктивного пласта при вскрытии. Разработка и внедрение технологических и организационных мероприятий, обеспечивающих широкое внедрение ГЭР при условии охраны окружающей среды, соблюдения правил производственной санитарии и противопожарной техники.
Основные задачи работы.
Провести анализ причин и характера осложнений, возникающих при разбуривании неустойчивых отложений и при вскрытии продуктивных коллекторов.
Определить основные физико-химические принципы стабилизации и регулирования фильтрационных и реологических свойств гидрофобно-эмульсионного бурового раствора при высоких температурах и возможном переходе шлама разбуриваемых пород в раствор.
Разработать методику исследования ГЭР в условиях высоких температур и давлений.
Определить оптимальный состав и исследовать технологические свойства термостойкого ГЭР.
Определить оптимальную степень олеофильности поверхности пирогенного кремнезема, соответствующую получению системы ГЭР с наибольшей агрегативной устойчивостью.
Разработать и внедрить комплекс мероприятий, направленных на охрану окружающей среды и обеспечивающих широкое промышленное применение ГЭР.
Разработать руководящие документы, предусматривающие комплексное решение по эффективному использованию ГЭР с учетом
особенностей технологии его приготовления и применения, проблем охраны окружающей среды, техники безопасности и противопожарных мероприятий.
8. Провести промышленные испытания разработанной системы ГЭР, оценить технико-экономическую эффективность и организовать ее широкое промышленное внедрение.
Научная новизна. Предложена комплексная стабилизация системы бурового раствора типа "вода в масле" (В/М) оксиэтилированным имидозолином в качестве эмульгатора и стабилизатора, а также модифицированным пирогенным кремнеземом для направленного "бронирования" межфазной поверхности и определено их эффективное содержание. Установлена оптимальная степень модификации пироген-ного кремнезема (содержание модификатора 0,2^),4 ммоля/г), при которой получена наибольшая агрегативная устойчивость эмульсии типа В/М при температурах до 230 С. Показано, что модифицированный пирогенный кремнезем наряду с "бронирующими" функциями регулирует реологические и фильтрационные свойства ГЭР, а также что его адсорбция на межфазной поверхности происходит не в виде плотно упакованного слоя, а частицы отстоят друг от друга на некотором расстоянии.
Разработана методика исследований агрегативной устойчивости системы типа В/М под влиянием температуры и давления при наложении электрического поля. Установлено, что определяющее влияние на агрегативнуго стабильность ГЭР оказывает температура, давление (до 50 МПа) существенных изменений в системе не вызывает.
Практическая ценность. Разработанный гидрофобно-эмульсион-ный раствор сохраняет свои технологические свойства при температуре не менее 200 С и глиноемкости выше 60 %. ГЭР получен на основе выпускаемых отечественной промышленностью реагентов -
оксиэтилированного имидозолина (ИКБ-2) и модифицированного пиро-генного кремнезема (МАС-200). Совместно с институтом ШХ АН УССР и Укргипрониинефть организован выпуск реагента М/Ю-200 на Калуш-ском и Сивашском экспериментальных заводах СКТВ И$Х АН УССР (ТУ 39438-125-77).
Разработаны и утверждены Миннефтепромом руководящие документы, позволившие обеспечить широкое внедрение ГЭР в практику ведения буровых работ (РД 39<~3-444«-80), и регламентирующие основные вопросы приготовления, регулирования свойств, противопожарной безопасности, техники безопасности и охраны окружающей среды при работе с ГЭР.
Широкое промышленное внедрение ГЭР обеспечило высокие технико-экономические показатели при бурении и заканчивании скважин:
увеличилась проходка на долото - в 2,4 раза, стойкость долота - до 3,2 раза как при бурении в хемогенных, так и терри-генных отложениях;
улучшилась смазка вращающихся и трущихся частей бурового оборудования и снизились потери на трение бурильного инструмента о стенки скважины при роторном бурении на 25-30 %, что позволило рекомендовать ГЭР при бурении наклонно-направленных скважин с большими смещениями и зенитными углами до 30-50;
повысилась устойчивость ствола скважин как в хемогенных, так и в терригенных отложениях;
сократились в 1,5-2,5 раза затраты времени на освоение одного объекта и повысилась начальная продуктивность скважин в 3,2 раза.
С целью охраны окружающей среды при использовании буровых растворов на углеводородной основе разработан и внедрен индустриальный метод приготовления, обработки и регенерации растворов
на специальном заводе и разработана, испытана и внедрена новая схема монтажа бурового оборудования.
Реализация работы в промышленности. Основные результаты работы реализованы при бурении скважин в объединениях Белоруснефть и Укрнефть, а разработанные рекомендации по применению ГЭР включены в регламенты по технологии бурения по буровым растворам, по заканчиванию и в проекты на бурение скважин. Широкое промышленное внедрение ГЭР начато с 1974 г., с применением ГЭР пробурено около 60 тыс.метров в более чем 100 скважинах на 16 площадях, а экономический эффект составил 115,9 тыс.рублей на скважину.
Основные научные положения диссертации включены в составленные при участии автора руководящие документы: "Инструкция по применению гидрофобно-эмульсионных растворов (ГЭР)" (РД 39-3-444^80) и "Временная инструкция по применению реагента МАС-200 для обработки буровых растворов", переданные в производственные и научно-исследовательские организации для практической реализации.
Апробация работы. Основные разделы диссертационной работы были доложены на Всесоюзных совещаниях по буровым растворам (г. Баку, 1975 г.; Москва, 1979 г.; г. Краснодар, 1980 г.), на Республиканском совещании по "Химии поверхности неорганических материалов" (г. Киев, 1977 г.), на Республиканских конференциях по физико-химии, технологии получения и применения дисперсных систем, промывочных жидкостей и тампонажних растворов (г. Львов, 1974 г.; г. Ивано-Франковск, 1977 г.; г. Харьков, 1980 г.), на Республиканских кустовых совещаниях по технологии бурения глубоких скважин с использованием современных технических и химических средств (г. Киев, 1978 г., 1979 г., 1982 г.), на научно-практической конференции по совершенствованию технологии строительства скважин в Х1«й пятилетке в Белоруссии (г. Гомель, 1981 г.), на
заседании Президиума Академии наук УССР (г. Киев, 1984 г.), на заседаниях секции Ученого Совета института УкрГИПРОНИИнефть, на Технических Советах объединений "Белоруснефть" и "Укрнефть", на координационных совещаниях по буровым растворам. Разработка и промышленное внедрение буровых растворов на углеводородной основе для бурения мощных соленосных отложений и вскрытия трещинных коллекторов месторождений Белоруссии удостоена премии имени академика И.М.Губкина (1977 г.) и отмечена медалями ВДНХ СССР (1976 г.).
В основу диссертации положены результаты самостоятельных и совместных с к.т.н. Токуновым В.И., к.т.н. Хейфецем И.Б. и к.т.н. Сенкевичем Э.С. исследований за 12^летний период, выполненные в институте УкрШРОНИИнефть и объединении Белоруснефть в соответствии с тематическими планами (БЗ-70/Зд, БЗ-73/бд, 82.14.75/02.55, 82.13.76/02.55, 82.12.13.76/02.55, 82.12.12.13.76/02.55, 82.15.13.78/02.55, 82.13.15.13.78/02.55 и 82.13.81/02.55), а также фондовые материалы и опубликованные работы.
Автор глубоко признателен к.т.н. Токунову В.И. и к.т.н. Сенкевичу Э.С. за помощь, оказанную в работе над рукописью.
Кандидату технических наук Хейфецу И.Б., инженерам Арнополь-скому И.С, Авраменко К.М., Соколову Ю.Н., Бобровой Т.В., Клименко И.М., Корабельниковой Л.Г., Ромашкиной А.Ф., слесарю Проценко В.В. автор выражает искреннюю благодарность за помощь при проведении лабораторных, стендовых и промысловых испытаний и содействие при работе над диссертацией.
Сравнительная оценка результатов применения различных типов буровых растворов при бурении и вскрытии продуктивных пластов
В течение длительного времени велись поиски буровых растворов, способных подавлять гидратацию неустойчивых глинистых пород и предотвращать осложнения, связанные с разбуриванием хемогенных отложений. За последние годы в практику химической обработки буровых растворов на водной основе широко вошли эффективные полимерные реагенты / 20,68 /. Испытаны и внедрены системы буровых растворов с высокими ингибирующими свойствами, такие как калиевые, алюминатные, высококальциевые, силикатные и ряд других.
Однако широкое использование ингибированных растворов показало и их недостатки. Так, при бурении на ДЦв высококальциевые растворы с содержанием ионов кальция в фильтрате до 6000 мг/дм3 позволяли на короткое время (до 20 суток) вести бурение в неустойчивых осыпающихся аргиллитах, а затем имели место периодические осыпи и как результат - увеличение диаметра скважин в 2-3 раза. При этом высокая забойная температура и повышенная концентрация ионов кальция затрудняет применение таких эффективных реагентов как КЩ, гипан, метас. Стабилизация этих ингибированных систем поэтому сводилась в основном к обработке их КССБ и ССБ.
Исследования последних лет и опыт проводки глубоких скважин в различных геологических условиях показали, что применение одновалентных катионов (калиевые растворы) для ингибирования буровых2.4 растворов более эффективно, чем применение поливалентных (Са ) / 24,100 /. Катион калия прочно закрепляется на глинистых минералах, способствуя уменьшению межкристаллического набухания пород и осмотической гидратации. При этом, в силу своих геометрических размеров он может входить в тособые места" кристаллической решетки глинистых минералов, прочно сращивая их пакеты. Однако широкое внедрение калиевых систем в настоящее время сдерживается по следующим причинам: трудность регулирования реологических и фильтрационных свойств, при высокой концентрации хлористого калия в системе наблюдается вспенивание, дефицит гидроокиси калия. Аналогичные недостатки имеют и алюминатные растворы.
Основным недостатком при использовании полимерных растворов на основе метаса, полиакриламида, гипана, МЛ4 является агрессивное воздействие на них солей поливалентных металлов. При взаимо действии полимеров акрилового ряда с катионами кальция происходит "сворачивание" адсорбированных молекул полимера и разрушение пленки.
Силикатные буровые растворы несмотря на свою эффективность, которую они показали в ряде районов страны, также оказались сложными при регулировании структурно-механических свойств, а также отрицательно влияют на продуктивный коллектор.
Оптимальным вариантом при выборе типа бурового раствора следует считать тот, который позволяет в процессе бурения сохранить номинальный диаметр ствола скважины и не ухудшать физико-химические характеристики продуктивного пласта. Только такое комплексное решение обеспечит высокую эффективность ведения буровых работ как на отдельных этапах:, так и в целом по скважине. Многочисленные исследования показали, что в этих условиях наиболее эффективными являются буровые растворы на углеводородной основе.
В отечественной и зарубежной практике используются в основном два типа растворов на углеводородной основе - безводные (известково-битумные, загущенные нефти) и гидрофобно-эмульсионные растворы. Второй тип растворов является наиболее перспективным, так как, обладая всеми положительными свойствами системы бурового раствора на углеводородной основе (внешняя фаза представлена углеводородной жидкостью), он дешевле и технологичен ее при приготовлении и более привычен в эксплуатации для членов буровой бригады в психологическом плане, так как в отличие от других РУО этот тип раствора по внешнему виду аналогичен глинистому и обладает меньшей загрязняющей способностью.
Безводный раствор на углеводородной основе, проникая в глубь пласта, не растворяет соли и предотвращает процессы гидратации глин. Поэтому эти растворы в значительно меньшей степени способствуют снижению прочности и устойчивости горных пород. В случае гидрофобной эмульсии водная дисперсная фаза системы должна быть представлена солевым составом, предотвращающим процессы растворения солей и осмотические перетоки.
В среде растворов на углеводородной основе зона предразруше-ния будет развиваться очень медленно, а при оптимальном выборе плотности раствора, компенсирующим напряженное состояние стенок скважины и удерживающим их в равновесии, ствол скважины будет находиться в упругом состоянии и иметь номинальный диаметр продолжительное время.
Поэтому для обеспечения устойчивости стенок скважины в процессе ее бурения особенно в породах, имеющих соленосные отложения, наиболее предпочтительно применение растворов на углеводородной основе. При этом они должны обладать достаточной .плотностью, гидрофобностью, агрегативной и кинетической стабильностью в условиях температурной и солевой агрессии.фундаментальные исследования в области создания систем буровых растворов на углеводородной основе в нашей стране проводятся профессором Л.К.Мухиным и его учениками / 45,46 /. Испытание и внедрение РУО осуществлено в Башкирии, Татарии, Украине, Волгоградской области, Краснодарском крае и многих других районах.Наиболее широко и полно применение РУО осуществлено в объединении Белоруснефть при разбуривании Припятской впадины, стратиграфический разрез которой представлен неустойчивыми как терриген-ными, так и хемогенными отложениями.Первые испытания РУО в Белоруссии были проведены в 1971 году. Шли испытаны как безводные РУО - известково-битумный раствор, так
Экспериментальные установки и методика по исследованию ГЭР в пластовых условиях
Для оценки стабильности ГЭР непосредственно в процессе тер-мостатирования и воздействия давления совместно с И.Б.Хейфецем разработан специальный стенд CT-I (рис. 2.2), позволяющий моделировать пластовые условия скважин глубиной до 7000 м. Техническая характеристика стенда CT-I
Стенд в сборе состоит из вмонтированных на одной станине электродвигателя (I), четырехступенчатого понижающего редуктора (2), автоклава (3), коллектора-токоприемника (4) и контрольно-измерительных приборов: регулирующего потенциометра (5) для поддержания заданной температуры, прибора для замера электростабильности ПЭС-2 (6), манометра (7) и вольтметра и амперметра (8).
Одной из основных частей стенда является автоклав с вмонтированной в него измерительной стандартной ячейкой для замера электростабильности ГЭР (рис. 2.3). Для исследования раствора в полость автоклава помещают цилиндр, затем ее заполняют испытываемым раствором и закрывают крышкой. Через распределитель давления (13) насосом в автоклаве создается необходимое давление. После включения электродвигателя автоклав приводят во вращение вокруг горизонтальной оси со скоростью 0,2 рад/с. При этом цилиндр, имеющий внутри себя продольные отверстия, опускаясь в нижнее положение, обеспечивает перемешивание раствора. Подключение нагревателя к электросети, термопары к регулирующему патенциометру и измерительной ячейки к прибору ПЭС-2 производится через коллектор-токоприемник, состоящий из двух дисков. Подвижный диск жестко связан с автоклавом, неподвижный - со станиной. Подвижный диск оборудован шестью угольными контактами, скользящими по шести кольцевым медным дорожкам неподвижного диска. В процессе нагрева давление в автоклаве возрастает и величина его регистрируется образцовым манометром. При необходимости поддержания постоянного давления производится соответствующая регулировка предохранительного клапана. Манометр и предохранительный клапан монтируются на распределителе давления. Наличие постоянной связи с измерительной ячейкой, расположенной в среде испытываемого раствора, позволяет осуществлять оперативный контроль за его электростабильностью в процессе термостатиро-вания.
Характер изменения электростабильности ГЭР с увеличением температуры, определенный на стенде, показан на рис. 2.4. Как видно из рисунка, электростабильность ГЭР с увеличением температуры снижается и при критической температуре U = О, что соответствует обращению фаз системы. В данном случае термостойкость раствора не превышает 180 С.
Изменение фильтрационных свойств ГЭР применительно к пластовым условиям изучалось на фильтрпрессе ПФП-200 конструкции ВНИИБТ (рис. 2.5).
Конструкция ПФП -200 позволяет определять фильтрацию любых типов буровых растворов как в статических, так и в динамических условиях.Работа фильтрпресса ПФП-200 основана на свойстве буровых растворов отдавать часть жидкой фазы при перепаде давления на фильтре. Проведенные ранее исследования показали, что уловимая разница скорости фильтрации в зависимости от перепада давления прослеживается при изменении перепада от 0,1 МПа до 1,5 МПа. Дальнейшее повышение перепада не вызывает увеличения скорости фильтрации. Поэтому в наших исследованиях перепад давления на: Рис. 2.4. Кинетика изменения электростабильности ГЭР с температурой. фильтре был принят 2,5 МПа, т.е. в заведомо инвариантной области зависимости "фильтрация-перепад". Для устранения погрешности при измерении фильтрации раствора при температуре выше 100 С ПФП-200 снабжен редукционным клапаном, что позволяет исключить потери фильтрата в результате испарения. Фильтрация на ПФП 200 позволяет получить кинетику фильтрации во времени, которая наглядно показывает степень термостойкости раствора.
Методика работы на ПФП-200 осуществлялась в соответствии с заводской инструкцией. Проба испытуемого раствора доводилась до требуемой температуры и снималась кинетика фильтрации в течение 30 минут с периодичностью 5 минут. При этом осуществлялось определение и фазового состояния фильтрата.
Как показывает отечественный опыт, в настоящее время ГЭР применяют в основном при бурении относительно неглубоких скважин и невысоких забойных температурах. При более высоких температурах большинство рецептур ГЭР теряют стабильность и склонны к обращению фаз, которое в этом случае происходит самопроизвольно и ускоряется при попадании в раствор гидрофильной твердой фазы, отсутствии перемешивания раствора и др.
Причины обращения фаз ГЭР при повышении температуры могут быть различны: снижение механической прочности межфазных слоев вследствие изменения их реологических свойств; уменьшение концентрации ПАВ в углеводородном компоненте за счет повышения его растворимости в водной фазе, десорбция ПАВ с границы раздела и т.д.
Повышение стабильности системы, как уже указывалось выше, можно достичь несколькими путями: введением в дисперсную среду высокомолекулярных ПАВ, повышающих прочностные и реологические характеристики межфазных защитных пленок и созданием прочных бронирующих слоев из твердых мелкодисперсных наполнителей.
Нами был намечен комплексный подход при получении системы высокостабильного ГЭР использование в качестве ПАВ высокомолекулярных оксиэтилированных солей аминов, а для бронирования межфазной поверхности - мелкодисперсных активных наполнителей с заданной степенью олеофильности их поверхности.
С этой целью исследовались продукты из класса оксиэтилированных имидозолинов - ИКБ-2 и ИКБ-4, серийно выпускаемые Салаватским нефтехимическим комбинатом в качестве ингибиторов коррозии. Эти ПАВ представляют собой смесь оксиэтилалкилимидозолинов и получаются путем оксиэтилирования этилендиамина с последующей конденсацией полученного продукта с кубовыми остатками синтетических жирных кислот. Краткая характеристика продуктов, взятых для исследований представлена в таблице 2.1.
Исследования по определению оптимальной степени модификации и содержания аэросила в ГЭР
Актуальной задачей исследований явилась разработка системы ГЭР на основе ИКБ-2 с "бронированной" межфазной поверхностью. Прежде всего необходимо было установить оптимальные степень модификации аэросила и его концентрацию в ГЭР. Для исследований были взяты образцы аэросила со степенью модификации (ммоль/г): 0,0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,7 и 1,0. Модификация аэросила осуществлялась диметилдихлорсиланом. Для повышения эффективности, оптимизации и сокращения объема исследовательских работ в последнее время успешно используются методы планирования и статистической обработки экспериментальных данных. Проведенные предварительные опыты показали нелинейность зависимостей степени модификации аэросила и его концентрации в растворе с технологическими свойствами бурового раствора, которая в общем виде может быть описана полиномом второго порядка: Поэтому планирование экспериментальных работ осуществлялось с использованием нелинейного Д-оптимального плана 2-го порядка / 89 /. Обработка данных осуществлялась с помощью ЭВМ. Уровни факторов и интервалы варьирования выбраны с учетом их влияния на параметры бурового раствора путем постановки трех предварительных опытов. Значения этих показателей приведены в таблице 3.4. За оптимизируемые параметры раствора приняты следующие: Т - термостойкость, С; Ф - показатель фильтрации, см3/30 мин; СНС- статическое напряжение сдвига за 10 мин, дПа; U - электростабильность, В. Термостойкость оценивалась на стенде CT-I по кинетике изменения электростабильности. Матрица планирования и результаты эксперимента по Д-оптималь ному плану представлены в таблицах 3.5 и 3.6. После проведения экспериментов для Т,Ф,СНС и U были рассчитаны коэффициенты уравнений регрессии, проведены дисперсионный и регрессионный анализы, установлены значимости коэффициентов и адекватности моделей / 2,89 /. По результатам эксперимента (таблица З.б) определены ошибки воспроизводимости параллельных опытов и дисперсии параметра оптимизации. Полученные уравнения регрессии имеют вид: Т = 230,0 + Значимость коэффициентов в уравнениях определяем по доверительным интервалам с использованием критерия Стьюдента по формуле: где дн - доверительный интервал; t - критерий Стьюдента с 5 %-ным уравнем значимости, fy}) квадратич-йная ошибка коэффициента регрессии, которая определяется согласно формулы: Например, доверительный интервал для уравнения 3.4 может быть рассчитан следующим образом. Вначале находим квадратичную ошибку коэффициента регрессии Щ)-У- -= 1»3, а затем подставляем найденное значение %-) в уравнение 3.8: коэффициентов производится следующим образом. Если абсолютная величина коэффициента больше, чем доверительный интервал, то коэффициент значим. Таким образом, в уравнениях 3.4, 3.5 и 3.7 незначимыми оказались коэффициенты при шестых членах, а в уравнении 3.6 - при пятом и шестом. Исключив незначимые члены из уравнений 3.4-3.7 получаем следующие уравнения регрессии: Для проверки гипотезы об адекватности моделей использовали критерий Фишера при 5 $-ном уровне значимости путем сравнения расчетных ( шстр и табличных ( та0-л#) значений этого критерия. Поэтому вначале находим дисперсию адекватности ( / ) по формуле: A/ z где 5-А% остаточная сумма квадратов, У - число степеней свободы. Нпример, для уравнения ЗЛО дисперсия адекватности будет равна дд _ =5,76, где величина 5,76 взята из табли-цы 3.7, а знаменатель (I) представляет собой разность между числом опытов в матрице планирования и количеством коэффициентов в уравнении регрессии (6-5=1). Таким образом, дисперсии адекватности для Т,Ф,СНС и U. соответственно равны: 5,76; 0,25; 0,62; 56,294. После определения дисперсности адекватности для всех параметров рассчитывали критерий Фишера по формуле: где числитель определен нами по формуле 3.14, а знаменатель -по формуле 3.3. Расчетные значения критериев Фишера для Т,Ф,СНС и U соответственно равны: 0,5; 1,1; 0,1; 0,6. Сравнивая полученные значения с табличными находим, что гипотеза об адекватности моделей 3.10-3.13 верна. При интерпретации уравнений регрессии учитываем, что величина и знак коэффициента характеризуют его влияние на исследуемый параметр, причем знак при старшем члене соответствует вершине параболы в максимуме при знаке («) ив минимуме - при знаке (+). Полученные уравнения 3.10-3.13 описывают область исследований, близкую к оптимальной, что подтверждается величиной коэффициентов при нулевом члене. С целью уточнения области оптимума дополнительно проведено 4 опыта (таблица 3.8). Кроме того для определения эффективности во всем интервале модификации аэросила, проведено 8 опытов в нулевых и максимальных точках. Таким образом, результаты проведенных экспериментов показали, что оптимальные значения технологических параметров ГЭР обеспечиваются при концентрации модифицированного аэросила в растворе 0,5«0,9 % мае. и степени его модификации -0,2-0,4 ммоль/г. При этом термостойкость ГЭР достигает 230 С, показатель фильтрации - 1,5-2 см3 за 30 мин, СНС - 32 дПа и электро стабильность при нормальных условиях - 345 В. Нами были проведены расчеты для определения содержания модифицированного аэросила в ГЭР при условии адсорбции его только на границе раздела фаз в виде плотно упакованного монослоя. Концентрация адсорбированного на границе раздела фаз аэросила (С, % мае.) может быть определа из соотношения:где Р -» масса аэросила, г, Pj масса ГЭР, г. Масса аэросила определяется:
Организация работ по широкому использованию ГЭР при бурении скважин
Успешные испытания ГЭР позволили рекомендовать их к широкому промышленному внедрению. Однако учитывая специфические свойства растворов на углеводородной основе, а именно их повышенную загрязняющую способность для окружающей среды, повышенную пожароопасность, и то, что основой данных растворов являются сырые нефти или соляровые фракции, продолжительный контакт человека с которыми может оказать вредное влияние на организм, следовало прежде всего решить ряд вопросов, связанных с охраной окружающей среды, обеспечением техники безопасности труда рабочих, противопожарными мероприятиями, а также решить проблемы рациональной организации приготовления, хранения, регенерации и централизованного обеспечения буровых раствором.
Сохранять традиционную схему организации работ по приготовлению и обработке ГЭР было не целесообразно, так как индивидуальное приготовление раствора на каждой буровой ведет к значительному загрязнению окружающей среды, непроизводительным затратам времени и перерасходу дефицитных материалов. Кроме того необходимость доставки на буровую в больших количествах углеводородной фазы повышает пожароопасность работ, тогда как готовая эмульсия, содержащая 40 0 % воды, значительно менее пожароопасна.
Поэтому автором был обобщен и проанализирован накопленный в стране опыт по приготовлению, обеспечению буровых и регенерации растворов как на водной, так и на углеводородной основе. Было уделено внимание также существующим мерам по охране окружающей среды, техники безопасности и противопожарным мероприятиям.
Изучение опыта работы с буровыми растворами на углеводородной основе показало, что организация работ с этими системами мало чем отличается от работы с буровыми растворами на водной основе. Однако не в полной мере решены такие важные вопросы как охрана окружающей среды, техника безопасности и противопожарные мероприятия, отсутствует регламентирующий документ, охватывающий требования к качеству химреагентов при приготовлении ГЭР, технологию получения растворов, контроль параметров и их регулирование в процессе бурения и т.д. Решению вышеназванных вопросов и были посвящены в дальнейшем усилия автора, позволившие обеспечить широкое использование ГЭР в практике буровых работ.
Прежде всего был решен вопрос централизованного приготовления ГЭР в объединении Белоруснефть. Для этих целей спроектирован и построен в районе Осташковичского нефтяного месторождения специальный завод по приготовлению ГЭР производительностью 200 м3/сут. с парком емкостей вместимостью 2 тыс.м3. Общий вид завода представлен на рис. 4.2, а схема расположения оборудования показана на рис. 4.3. Завод оснащен насосами У8-6, гидромониторными мешалками, насосами для перекачки раствора и налива его в цистерны, системой БПР, помещением для хранения порошкообразных химреагентов. Это позволяет приготавливать углеводородные компоненты и гидрофобные эмульсии, утяжелять их до заданной плотности, принимать и регенерировать отработанный ГЭР, длительно хранить, поддерживая его показатели на заданном ш цс уровне. Специализированная лаборатория осуществляет контроль за приготовлением ГЭР и изменением его технологических свойств на буровых.
Для транспортировки раствора завод обслуживает специализированная колонна автоцистерн с прицепами, общая грузоподъемность которых за один рейс составляет около 100 т раствора. Организация централизованного приготовления раствора позволила значительно упростить схему монтажа циркуляционной системы буровой установки, и следовательно, сократить сроки ее строительства.
В случае значительной отдаленности буровой (150 250 км), на которой планируется применение раствора на углеводородной основе, разработан и внедрен индивидуальный способ приготовления раствора непосредственно в условиях буровой. Отличительной особенностью схемы монтажа оборудования (рис. 4.4) является то, что она максимально обеспечивает охрану окружающей среды от загрязнения территории буровой нефтепродуктами. Для этих целей под вышечным блоком площадка цементируется с таким расчетом, чтобы все загрязнения но специальным стокам скапливались в шахте объемом 3 4 м3, в которую помещен шламовый насос, перекачивающий отходы бурового раствора в специальную емкость 8, стенки и днище которой зацементированы. Объем емкости 800« 1000 м3. Отделившаяся в емкости 8 жидкая фаза самотеком поступает в металлическую емкость 9, объемом 40 50 м3, а затем по мере необходимости насосом 10 откачивается на специальный металлический поддон, на котором скапливается с вибросит выбуренный шлам с адсорбировавшейся на его поверхности углеводородной фазой ГЭР. Образовавшаяся жидкая пульпа, содержащая выбуренную породу, по шламовой трубе диаметром 324 мм попадает в емкость 8 в которой твердые частицы оседают, а жидкая фаза снова возвращается в емкость 9.
Таким образом имеет место замкнутая циркуляция жидкости. По мере заполнения жидкостью емкости 9, она откачивается и бойлерами вывозится для закачки на поглощение.
Кроме этих мер степень загрязненности территории буровой снижается за счет оборудования устья скважины металлическим сварным поддоном, не позволяющим разливаться буровому раствору в процессе циркуляции, применением для очистки бурильных труб манжеты, оборудованием подсвечника специальным сливом для отвода раствора, стекающего с труб в желобную систему.Отличительной особенностью схемы монтажа оборудования на буровой (рис. 4.4), которая обеспечивается раствором на углеводородной основе централизованно, является отсутствие парка емкостей и гидромешалки.
Таким образом, разработанные и внедренные методы приготовления ГЭР позволяют эффективно решить вопросы охраны окружающей среды, повысить качество приготавливаемого раствора, снизить затраты по его приготовлению и уменьшить пожароопасность.Растворы на углеводородной основе в настоящее время являются новым типом бурового раствора по сравнению с растворами на
