Підвищення ефективності систем біополімерних безглинистих бурових розчинів

Abstract

Дисертація присвячена підвищенню термічної стійкості систем біополімерних безглинистих бурових розчинів та розробці технології регулювання їх властивостей в умовах високих температур. На підставі теоретичних та експериментальних досліджень встановлено, що зростання межі термічної стійкості, забезпечення високих реологічних характеристик і низьких показників фільтрації біополімерних систем в умовах високих пластових температур можливе внаслідок синергетичної взаємодії солей і білкових речовин. Розроблено і впроваджено у галузі рецептуру мінералізованого біополімерного безглинистого бурового розчину Біокар-МТ, обов’язковим компонентом якого є органо-мінеральний реагент Алеврон, що виконує функції термостійкого регулятора фільтрації та реологічних показників на вибої свердловини. В дисертаційній роботі запропоновано критерій термічної стійкості біополімерних безглинистих систем, досліджено інгібуючі, реологічні, структурно-механічні і фільтраційні властивості бурового розчину Біокар-МТ при температурах до 150 °С.

Диссертация посвящена повышению термической устойчивости систем биополимерных безглинистых буровых растворов и разработке технологии регулирования их свойств в условиях высоких температур. Предложен критерий термической устойчивости биополимерных безглинистых систем, соответствующий температуре плавления упорядоченной полимерной структуры жидкости и определяемый как точка перегиба кривой зависимости напряжения сдвига (или вязкости) от температуры. Показана зависимость термической устойчивости от минерализации и солевого состава бурового раствора. Исследованы ингибирующие свойства отдельных солей (хлориды калия, натрия и кальция, нитрат кальция) и их композиций. Установлено синергетическое усиление ингибирующего воздействия биополимерных систем на глинистые породы при совместном применении хлоридов калия и натрия. Ингибирование глинистых пород поливалентными солями при концентрациях свыше 25 - 30 % превышает эффект от применения хлорида калия. Показано, что минерализованные биополимерные системы характеризуются повышенной ферментативной устойчивостью. В системе Биокар при концентрациях солей от 15 % и выше специальные реагенты-бактерициды не используются. Установлено, что снижение показателя фильтрации безглинистых буровых растворов возникает вследствие уменьшения проницаемости корки, сформированной преимущественно грубодисперсными частицами слабо гидратированных инертных наполнителей. Эффективными регуляторами показателя фильтрации таких систем в забойных условиях являются полимерные вещества, способные кольматировать и уплотнять пористую среду корки, а также замедлять температурное разжижение фильтрата и повышать ее гидравлическое сопротивление. Такими свойствами обладают различные типы растительных и животных белков с ограниченной растворимостью. Синергетическое взаимодействие солей и белковых веществ позволяет обеспечить высокие реологические свойства и низкие показатели фильтрации биополимерных систем в условиях высоких температур при одновременном увеличении предела их термической устойчивости. Разработана и внедрена в отрасли рецептура минерализованного биополимерного бурового раствора Биокар-МТ, включающая белоксодержащий реагент Алеврон с функциями термостойкого регулятора фильтрации и реологических свойств в забойных условиях. На основе исследований реологических, структурно-механических и фильтрационных свойств бурового раствора Биокар-МТ получены регрессионные модели, которые позволяют прогнозировать их изменения в зависимости от концентраций реагентов и температур (до 150 °С), а также обосновать выбор оптимальных рецептур для конкретных условий бурения. Теоретические положения диссертационной работы подтверждены успешными промышленными испытаниями разработанной рецептуры биополимерной безглинистой системы Биокар-МТ в сложных горно-геологических условиях Украины.

The thesis is devoted to the topic of the increase of thermal stability of biopolymer clayless drilling mud systems and the development of technology elaborated in order to control their properties at high temperatures. On the basis of theoretical and experimental studies it was established that the increase of thermal stability limit, securing high rheological characteristics and low filtration loss of biopolymer systems at high formation temperatures is possible due to synergistic interaction of salts and protein substances. The recipe of mineralized biopolymer clayless drilling mud Biocar-MT was developed and utilized in practice. Its mandatory component is organic-mineral Alevron agent that serves both as the heat-resistant regulator of filtration and rheological parameters at bottomhole. Given thesis proposes the criterion of thermal stability for clayless biopolymer systems, inhibiting, rheological, structural-mechanical and filtration properties of drilling mud Biokar-MT at temperatures up to 150°C were investigated.