OBM (Oil Based Muds) Растворы на углеводородной основе (РУО) Косяк А. В. Март 2007
u Общие положения n Основное отличие РУО от растворов на водной основе – неполярная дисперсионная среда. n Главные преимущества: Oil-based muds n n n полная инертность по отношению к активным глинистым породам, солям, сероводороду и т. п. высочайшая стабильность свойств, в т. ч. при длительном хранении отсутствие коррозии низкий коэффициент трения исключительно высокая термостабильность n Основные недостатки: n токсичность n пожаровзрывоопасность n сложность цементирования n плотность и вязкость существенно зависят от давления и температуры
u История создания n Начало XX века – первые прямые эмульсии (нефть в воде, Oil-based muds n n n 10 -20%). Мало чем отличались от обычных растворов на водной основе. 20 -е годы XX века – попытки использовать для бурения сырую нефть (пока еще не эмульсии). 40 -е годы XX века – начало разработок и использования обратных эмульсий на основе сырой нефти и/или дизтоплива. 60 -80 -е годы – пик популярности различных инвертных эмульсий. 80 -90 -е годы – использование в качестве углеводородной основы низкотоксичных минеральных масел (EMO, LTMO). Конец XX века – пик популярности растворов на синтетической основе (линейные альфа-олефины - LAO, внутренние олефины - IO, эстеры - esters, линейные парафины - LP.
u Область применения n Массивные отложения мягких, легко набухающих, Oil-based muds n n n гидратирующих и диспергирующихся глин (в т. ч. gumbo). Массивные соляные отложения, в т. ч. карналлит, бишофит и т. п. , особенно перемежающиеся с глинистыми пропластками, ангидритом и т. д. Горячие глубокие скважины, в т. ч. с высоким содержанием сероводорода. Скважины с большими отходами (смещение забоя по горизонтали больше глубины скважины). Пакерные жидкости. Растворы для глушения скважин.
u Область применения Oil-based muds n Образец глинистого шлама из ствола диаметром 406 мм.
u Что такое РУО? n Трехфазные гетерогенные коллоидные системы, состоящие из: n n Дисперсионной среды – углеводородной жидкости Дисперсной фазы: Oil-based muds n n капелек воды коллоидного размера твердых частиц (органофильная глина, барит, карбонат кальция, гильсонит и т. п. )
u РУО компании Эм-Ай Oil-based muds n На «нефтяной» основе (продукты переработки нефти): n Versa-Dril / Versa-Pro на основе дизельного топлива n Versa-Clean / Versa-Pro на основе низковязких минеральных масел n На синтетической основе n Nova-Dril на основе PAO (полиальфаолефинов) n Nova-Plus на основе IO (внутренних/изомерических олефинов) n Nova-Tech на основе LAO (линейных альфа-олефинов) n Eco-Green на основе эстеров n Para. Land на основе LP (линейных парафинов) n Nova-Pro n Неэмульсионные РУО n Versa. Core n Tru. Core n Versa. Pac (не содержит твердой фазы) n Специальные РУО n Faze-Pro n Sigma. Dril
u Прямые эмульсии Oil-based muds n Прямые эмульсии углеводородных жидкостей в растворе на водной основе не могут классифицироваться как РУО. Пример – прямая эмульсия 20 -30% линейного парафина XP -07 в растворе Bara. Dril, предлагаемая компанией «Бароид» . n Прямые эмульсии не обладают ни одним из преимуществ РУО и наследуют все типовые характеристики растворов на водной основе.
Oil-based muds u Классификация инвертных эмульсий n Стандартные (tight) эмульсии n Водоотдача по BM-6 или API отсутствует n Фильтрация по НТНР - минимальна n Фильтрат по HTHP не содержит воды n Высокая электростабильность n Высокая термостабильность n Ослабленные (relaxed) эмульсии n Может наблюдаться водоотдача по API n Фильтрат по HTHP содержит воду n Низкая электростабильность n Используют небольшое количество извести и не используют Versa. Mul
u Состав РУО - (основа) Плотность, г/см 3 Кинематическая вязкость при 40 0 С, с. Ст Температура вспышки, 0 С Температура загустевания, 0 С Анилиновая точка, 0 С Дизельное топливо Oil-based muds Основа раствора 0, 85 3 -4 66, 5 -10 65 Ультра очищенное минеральное масло 0, 81 3, 5 >115 -23, 3 ≈ 88 Минеральное масло 0, 80 2 -3 100 -18 76, 1 Сложные эфиры 0, 85 5 -7 179 -30 25 Поли альфа-олефин (ПАО) 0, 80 5 -7 175 -65 107 Простые эфиры 0, 83 5 -6 166 -10 40 Линейные альфа олефины (ЛАО) 0, 78 2 -3 114 -146 -12 -0 69 -81 Внутренние олефины (ВО) 0, 78 2 -3 137 -24 ≈ 82 Линейные парафины 0, 77 2, 5 >100 -10 >93
Oil-based muds u Состав РУО n Эмульгаторы n ПАВ, снижающие поверхностное натяжение на границе раздела вода/нефть n Обычно – жирные кислоты, спирты, полимеры и т. п. n Могут быть анионными, катионными и неионогенными n Имеют гидрофильную «голову» и гидрофобный (липофильный) «хвост» n Используются либо «в чистом виде» (Versa. Coat), либо образуются в растворе в процессе реакции эфиров жирных кислот с известью (омыления) – Versa. Mul. n Основное назначение – предотвращение коалесценции капелек воды и стабилизация эмульсии n Должны всегда находится в растворе в избытке
u Строение ПАВ Oil-based muds Гидрофильная «голова» (любящая воду – полярная группа) C C C C OH Органофильный «хвост» (гидрофобный – не полярный)
u ПАВ – поверхностно-активные вещества Oil-based muds НЕФТЬ КАПЛЯ ВОДЫ
u ПАВ – поверхностно-активные вещества НЕДОСТАТОЧНАЯ Oil-based muds КОНЦЕНТРАЦИЯ ЭМУЛЬГАТОРА коалесценция КАПЛЯ СРАЩЕНИЕ ВОДЫ КАПЕЛЬ Наи худш ий й уча Cл
Oil-based muds u Состав РУО n Смачивающие добавки n ПАВ, снижающие поверхностное натяжение на границе раздела нефть/твердая фаза n Назначение – гидрофобизация барита, карбоната кальция, выбуренного шлама, бурового инструмента n Стабилизируют раствор в случае притока пластовой воды n Типичные реагенты – Versa. Wet, Versa. SWA
Седиментационная не устойчивость u твердой фазы Твердая фаза Гидратная оболочка Твердая фаза Гидратная оболочка Выпадение твердой фазы Oil-based muds Гидратная оболочка
u ПАВ – поверхностно-активные вещества Oil-based muds - разработан для твердых веществ молекула углеводорода Поверхность твердого вещества молекула углеводорода Пленка ПАВ
u Механиз смачивания Oil-based muds Угол смачивания нефтью маленький Нефть Вода ТВЕРДОЕ ТЕЛО “СМАЧИВАЕМОЕ ВОДОЙ”
u Механиз смачивания Oil-based muds Угол смачивания увеличивается Вода Нефть ТВЕРДОЕ ТЕЛО “ СМАЧИВАЕМОЕ НЕФТЬЮ”
u Гидрофобно-гидрофильный баланс Oil-based muds Длина углеводородной цепи и величина функциональной группы C C C C OH
Oil-based muds u Гидрофобно-гидрофильный баланс
u Состав РУО Oil-based muds n Известь n гашеная – гидроксид кальция Ca(OH)2 n негашеная – оксид кальция Ca. O (осторожно – опасный в обращении реагент, гигроскопичен, экзотермическая реакция с водой) n Один из ключевых компонентов практически всех РУО n Образование кальциевых мыл n Щелочность n Нейтрализация кислых газов (H 2 S и CO 2) n Всегда должна находиться в избытке
u Состав РУО Oil-based muds n Известь n гашеная – гидроксид кальция Ca(OH)2 n негашеная – оксид кальция Ca. O (осторожно – опасный в обращении реагент, гигроскопичен, экзотермическая реакция с водой) n Один из ключевых компонентов практически всех РУО n Образование кальциевых мыл n Щелочность n Нейтрализация кислых газов (H 2 S и CO 2) n Всегда должна находиться в избытке
u Состав РУО n Загустители n Органофильная глина – VG-69, VG-Plus, Versa. Gel n n Oil-based muds n n необходимо наличие полярной жидкости (воды) степень загущения тем выше, чем больше содержание в эмульсии воды медленно набухают при низких температурах Нефтерастворимые полимеры – Versa-HTP, Versa. Mod n Понизители фильтрации n Versa. Trol, Versa. Lig, Eco. Trol n нерастворимы в водной и слабо в углеводородной фазах n Утяжелители n Барит, гематит n Кольматанты n карбонат кальция
u Дисперсная фаза РУО n Водный раствор соли n Хлорид кальция (предпочтительно) n n Хлорид натрия n Oil-based muds концентрация – 25 -35%, активность – 0. 6 -0. 75 концентрация – 20 -25%, активность – 0. 75 -0. 9 n Цель – снижение активности водной фазы, стабилизация раствора, усиление ингибирующих свойств, бурение соляных толщ n Для большинства применений, ненасыщенный раствор дает несколько лучшие результаты n Вода должна быть тщательно диспергирована в углеводородной основе
u Водонефтяное отношение n Водонефтяное отношение (oil/water ratio – OWR) – один из Oil-based muds n n ключевых параметров РУО. Водонефтяное отношение определяет реологические и фильтрационные свойства РУО, стабильность и поведение раствора в скважине. Типовые показатели OWR – от 70: 30 до 90: 10. Для ослабленных (relaxed) эмульсий рекомендуется использовать более высокие отношения (75: 25 или выше). Для плотных (tight) эмульсий допустимо снижение до 60: 40. Чем больше плотность – тем выше должно быть водонефтяное отношение. Для плотностей более 2000 кг/м 3 рекомендуется только 90: 10. Чем ниже водонефтяное отношение – тем выше концентрация извести, эмульгаторов и понизителей фильтрации и ниже содержание органофильной глины.
Oil-based muds u Приготовление РУО n Порядок ввода реагентов n Углеводородная основа n Загустители (VG-69, VG-Plus) n Эмульгаторы (Versa. Mul, Versa. Coat) n Известь n Водная фаза (раствор хлорида кальция) n Смачивающее ПАВ (Versa. Mul, Versa. Wet, Versa. SWA) n Реагенты контроля за водоотдачей (Versa. Trol) n Утяжелитель (барит) n Кольматанты (карбонат кальция) n Тщательное диспергирование n Время на приготовление – не менее суток n Желательно подогреть до +50°С или более n Перед началом бурения – несколько циклов циркуляции
Oil-based muds u Контроль параметров n Стандартные API исследования плюс: n HTHP при 35 атм. и температуре +150°С или забойной (по требованию заказчика) n Электростабильность при +65°С n Активность водной фазы n Специфика: n Реология измеряется при +65°С n n n При нагревании пробы вискозиметр должен работать со скоростью 300 об/мин После завершения реологических испытаний, проверьте нет ли в нагревательной чашке осадков в виде барита Щелочность Содержание извести Содержание хлорид-ионов Для титрования требуется разрушение эмульсии (используется смесь ксилена и изопропилового спирта)
u HTHP Fluid Loss n HTHP регистрируется как (2) х (объем фильтрата в куб. см Oil-based muds n n n за 30 минут) При отсутствии дополнительных инструкций, испытания проводить при +150 o. C Стандартный перепад давления – 35 атм. Фильтрат стандартной (плотной) эмульсии не должен содержать воды Фильтрат свежеприготовленного раствора может содержать небольшое количество воды Проследить, не осаждается ли барит – всегда проверяйте внешний вид и качество фильтрационной корки
u Электростабильность n Напряжение пробоя эмульсии, измеряемое специальным n Oil-based muds n n n прибором с пробником с калиброванным зазором Электростабильность является относительной величиной Электростабильность зависит от «прочности» эмульсии, процентного содержания воды, размера капель воды, температуры и т. п. . . Электростабильность новых (свежеприготовленных) растворов будет низкой пока раствор не пройдет несколько циклов циркуляции через долото. Электростабильность следует замерять при +50° или +65 o. С
Oil-based muds u Ретортный анализ n Позволяет судить о: n содержании воды и углеводородной основы (водонефтяное отношение) n содержание соли n содержание твердой фазы n Предпочтительны реторты большего объема (50 мл. ) n Проводите анализ тщательно и аккуратно n Внимательно следите за отклонениями
u Осложнения при использовании РУО n Самый главный враг РУО – вода. Oil-based muds n Изменение OWR не только сразу влияет на параметры n n раствора, но и чрезвычайно дорого обходится с точки зрения восстановления свойств. Падение OWR при попадании воды может привести к катастрофическому загущению раствора. Единственный способ откорректировать OWR – добавить углеводородную основу. Падение OWR с 90: 10 до 80: 20 потребует добавление объема УО, кратного объему загрязненного раствора, т. е. значительное увеличение стоимости раствора. При попадании воды рекомендуется превентивная обработка смачивающими гидрофобизирующими ПАВами – Versa. Wet, Versa. SWA.
u Приток соленой воды n Усугубляет осложнение n Увеличение процентного содержания воды и снижение Oil-based muds n n n соотношения “нефть к воде” Высокая вязкость Снижение водосмачиваемости твердая фаза Низкая электростабильность Вода в высокотемпературном фильтрате Обработка: n Эмульгатор и известь n Смачивающий гидрофобизирующий агент для утяжелителя и твердой фазы Барит для регулирования плотности и остановки притока n
u Осложнения при использовании РУО n Падение концентрации эмульгаторов и/или гидрофилизация Oil-based muds n n твердой фазы. Гидрофильная твердая фаза в РУО стремиться к слипанию в комки и выпадению в осадок. В утяжеленных растворах ведет к седиментации барита. Гидрофилизация твердой фазы/утяжелителя может привести к закупорке сеток вибросит. Обычно сопровождается ростом вязкости. n Способы борьбы – дообработка известью и эмульгаторами, ввод смачивающих гидрофобизирующих ПАВ – Versa. Wet, Versa. SWA.
u Осложнения при использовании РУО Oil-based muds n Третий главный враг РУО – потери и поглощения раствора в скважине. Основная проблема в данном случае – стоимость. n Не все наполнители совместимы с РУО. Рекомендуется использовать слюду, карбонат кальция, графит. При обработке M-I-X II, Nut Plug, опилками и подобными наполнителями рекомендуется соблюдать осторожность изза их гигроскопичности. n Для катастрофических поглощений следует использовать соляро-бентонитовые составы, цементные мосты, технологию Foram-A-Set или Form-A-Plug.
u Осложнения при использовании РУО Oil-based muds n Загрязнение твердой фазой (выбуренным шламом) ведет к увеличению вязкости, росту водоотдачи, увеличению толщины фильтрационной корки. Однако, в общем случае, РУО существенно более толерантны к этому виду загрязнений. n РУО исключительно устойчивы к загрязнению солями, гипсом, ангидритом, сероводородом. n РУО плотностью более 1600 кг/м 3 склонны к самопроизвольному оседанию барита в динамических условиях при бурении скважин с зенитными углами более 30 градусов. Для утяжеления РУО следует использовать только качественный барит, соответствующий стандартам API. Ни в коем случае не используйте флотационный барит. n Цементирование и заканчивание скважин после РУО требует использования специальных буферных растворов.
u Заключение n РУО – идеальный выбор для бурения: n n Oil-based muds n n n горячих глубоких скважин массивных солевых отложений массивных глинистых отложений малопроницаемых продуктивных пластов протяженных горизонтальных стволов n а также глушения и капитального ремонта скважин n Прямые эмульсии не относятся к РУО n Современные РУО имеют мало общего с ИБР
Скачать презентацию OBM Oil Based Muds Растворы на углеводородной основе
3.06 OBM Растворы на углеводородной основе.ppt