Примеси в буровых растворах на водной основе Юлия

Ключевые цели: Встретясь с примесью, ответить на вопрос: «ЧТО ДЕЛАТЬ? » • Определить примесь • Определить обработку • Если возможно, провести пилотный тест • Обработать раствор. Не допустить переобработки! 2 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Неблагоприятные последствия попадания примеси Изменения физических и химических свойст: • Рост ДНС • Рост СНС • Рост фильтрации • Неблагоприятное изменение химических свойств. Тяжесть отрицательного воздействия ~ концентрации глинистых частиц МВТ – хороший показатель концентрации частиц глины 3 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Цель обработки примесей • Вернуть первоначальные физические свойства раствора • Вернуть первоначальные химические свойства

Основные примеси • ЦЕМЕНТ • АНГИДРИТ/ ГИПС • МАГНИЙ (Mg 2+) • СОЛЬ •

Факторы влияющие на степень изменения параметров бурового раствора при загрязнении • Тип системы бурового раствора • Тип примеси • Концентрация активной твердой фазы 6 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Обработка примеси • Приспособление к примеси – смириться с изменением свойств, вызванным примесью. • Частичная обработка – частичное восстановление первоначальных свойств. • Некоторые примеси не могут быть экономически эффективно удалены. 7 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Цемент 8 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Загрязнение цементом Цемент – сложный силикат извести Мало растворимое вещество, диссоциирует в воде: • Смещение химического равновесия зависит от уровня р. Н 9 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Растворимость кальция VS. p. H % Растворимость 100 80 60 40 20 0 10

Загрязнение цементом Источники: • Разбуривание цемента • Попадание жидкого цемента при цементировании • Барит

Загрязнение цементом Изменение физических свойств: ↗ • MW не меняется ил небольшой рост • УВ ↑ растет • ПВ ↗→ без изменений или небольшой рост • ДНС ↑ сильно растет • Gel 10 с ↑ сильно растет • Gel 10 мин ↑ сильно растет • Фильтрация ↑ растет • Тв. фаза → без изменений или небольшой рост 12 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Загрязнение цементом Изменение химических свойств: • p. H ↑ Растет • Pm ↑ Растет • Pf ↑ Растет • Mf ↑ Растет • Ca 2+ ↑ Растет ↓ Снижается если p. H > 11. 7 13 2/5/2018 если p. H < 11. 7 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Загрязнение цементом Обработка: • Удалить затвердевший цемент оборудованием очистки • Снизить р. Н и щелочноесть ЕСЛИ НЕОБХОДИМО • Высадить избыток Ca 2+ • Обработать дефлокулянтами 14 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Загрязенение цементом Обработка: • Лигносульфонат – это и дефлокулянт и понизитель р. Н • Sodium Bicarbonate Почему НЕЛЬЗЯ использовать кальцинированную соду? 15 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Загрязенение цементом Приспособление к примеси: • Разбавить • Обработать дефлокулянтом • Добавить понизитель водоотдачи

Загрязнение цементом: Полимерные системы Предварительная обработка: • Предварительная обработка ½ - 1 ppb Citric Acid (лимонная кислота) для снижения p. H до 7 • Предварительная обработка (¼ - ½) ppb Sodium Bicarbonate • Обработать загрязненный раствор на устье Citric Acid для p. H до < 10. 0 • Добавить Sodium Bicarbonate для осаждения остаточного (Ca+2) • НЕ добавляйте полимеры в раствор до полного осаждения цемента и стабилизации p. H < 10. 0 17 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Гипс и Ангидрит 18 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Гипс и ангидрит АНГИДРИТ ГИПС • р. Н = 6. 0 • Источник ионов

Загрязнение гипсом и ангидритом Источники: • Пласт • Промышленный гипс 20 2/5/2018 Confidential Information

Загрязнение гипсом и ангидритом Изменение физических свойств: • Уд. вес → без изменений • УВ ↑ растет • ПВ → без изменений или небольшой рост • ДНС ↑ застет • Gel 10 с ↑ растет • Gel 10 мин ↑ растет • Фильтрация ↑ растет • % Тв. фаза 21 2/5/2018 → без изменений Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Загрязнение гипсом и ангидритом Изменение химических свойств: • p. H ↓ снижение • Pm ↓ снижение • Pf ↓ снижение • Mf ↓ снижение • Ca 2+ ↑ увеличение • Cl- 22 → 2/5/2018 без изменений Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Растворимость кальция VS. p. H % Растворимость 100 80 60 40 20 0 23

Загрязнение гипсом и ангидритом Обработка: • Увеличить p. H и щелочность • Осадить кальций • Обработать дефлокулянтом • Добавить понизители водоотдачи, при необходимости 24 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Загрязнение гипсом и ангидритом Обработка: осаждение ионов кальция из раствора • Кальцинированная сода – Soda Ash. Осаждает кальций. • Каустическая сода – Caustic Soda. Осаждает кальций и поднимает щелочность. 25 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Загрязнение гипсом и ангидритом Обработка: приспособление к примеси • Увеличить p. H до 9. 5 - 10. 5 (снизить растворимость кальция) • Разбавить • Обработать дефлокулянтами • CO 2 из атмосферы и выбуренной породы будут осаждать кальций 26 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Загрязнение гипсом и ангидритом Обработка раствора: перевод системы в гипсовую • Если планируется бурение протяженных секций гипса – возможно потребуется перевести систему в гипсовый раствор Процедура перевода: • Гипс до избытка (8 - 12 ppb) • Каустик до p. H 9. 5 - 10. 5 • Лигносульфонат в качестве дефлокулянта • Понизитель фильтрации устойчивый к Ca 2+ (если необходимо) 27 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Соль 28 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Загрязнение солью Источники: • соляной пласт • соляной купол • приток пластовой воды 29

Загрязнение солью Типы соли: • Галит • Сильвин • Бишофит • Карналлит 30 2/5/2018

Загрязнение солью Изменение физических свойств: • MW ↗→ растет или немного увеличивается • УВ ↑ растет • ПВ ↗→ не меняется или растет (при больших концентрациях) • ↑ растет • Gel 10 с ↑ растет • 31 ДНС Gel 10 мин • Фильтрация ↑ 2/5/2018 ↑ растет Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Загрязнение солью Изменение химических свойств: • p. H ↓ снижается • Pm ↓ снижается • Pf ↓ снижается • Mf ↓ снижается • Ca 2+ ↑↗ от небольшого до значительного увеличения (в зависимости от типа соли) • Cl- 32 ↑ 2/5/2018 растут! Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Загрязнение солью Обработка: • Приспособление • Перевод системы в соленасыщеный раствор • Переход на

Загрязнение солью Обработка: «приспособление» • Разбавление • Обработка Caustic Soda для контроля p. H • Обработка Лигносульфонатом для контроля ДНС • Обработка понизителем водоотдачи, по необходимости 34 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Магний 35 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Загрязнение магнием Источники: • Морская вода • Выбуренная порода (соль) 36 2/5/2018 Confidential Information

Загрязнение магнием Обработка: • В присутствии гидрооскид-ионов магний осаждается в виде гидрооксида магния: добавьте источник магния р. Н>10. 5 • Обработка кальцинированной содой Soda Ash – связывание ионов магния в карбонат магния 37 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Карбонаты и бикарбонат 38 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Карбонатно-бикарбонатное загрязнение Источники загрязнения: • СО 2 из воздуха через насосы, воронку, вибросита и перемешиватели – наземная обвязка • Газопроявление CО 2 • Переобработка Soda Ash или Bicarb. • Разложение химреагентов (лигносульфонат) • Барит 39 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Карбонатно-бикарбонатное загрязнение Углекислота: • Формула • р. Н = 3. 8 • При поступлении

Равновесие между карбонатами и бикарбонатами 41 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Карбонатно-бикарбонатное загрязнение Наблюдения: • Дефлокулянты не работают. • В небольших концентрациях, если p. H раствора < 10. 0 обработка Сaustic soda приведет к снижению реологии. 42 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

YP vs. CO 32 - and HCO 3 ДНС (lb/100 ft²) 60 CO 32

Карбонатно-бикарбонатное загрязнение Физичесике свойства раствора • MW → без изменений • УВ ↗ небольшой рост • ПВ → без изменений • ДНС ↑ рост • Gel 10 с ↗ небольшой рост • СНС 10 мин ↑ значительный рост • Фильтрация ↗ небольшой рост • Тв. фаза → без изменений * В случае проявления CO 2 реология/СНС вырастут значительно 44 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Карбонатно-бикарбонатное загрязнение Химические свойства раствора • p. H ↓ Снижение • Pm ↓ Снижение • Pf ↗→ незначительный рост или не изменяется • Mf ↑ РАСТЕТ • Ca ↓ Снижается • Cl- → Не меняется *Если присутствует «избыток извести» , Pm будет снижаться до его истощения. 45 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Равновесие между карбонатами и бикарбонатами 46 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Карбонатно-бикарбонатное загрязнение Методы определения карбонатой агрессии: • Метод Pf / Mf • Метод p.

Метод Pf / Mf • Метод Pf/Mf не количественный метод определения концентрации ионов карбонатов/бикарбонатов в растворе • Различные отношения Pf/Mf помогают установить вероятность карбонатной/бикарбонатной агрессии. • Если Mf < 5. 0 cc of 0. 02 N H 2 SO 4, вероятнее всего нет карбонатной проблемы. • Если Mf > 5. 0 cc of 0. 02 N H 2 SO 4 и отношение Pf/Mf растет, возможно существует карбонатная проблема, нужно использовать количественный метод (p. H/Pf или Garrett Gas Train) 48 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

p. H vs ALKALINITY (р. Н/Рf) Эффект на р. Н от использования ТОЛЬКО КАУСТИЧЕСКОЙ СОДЫ (без щелочности от карбонатов и бикарбонатов – деионизированая вода): p. H 9 10 11 12 13 14 Na. OH, ppb 0. 00014 0. 14 1. 4 14. 0 Pf 0. 0005 0. 5 5. 0 50. 0 OH, ppm 0. 17 1. 7 17. 0 170. 0 1, 700. 0 17, 000. 0 NOTE: Each time the concentration of Na. OH goes up by a factor of 10, the p. H goes up one unit. 49 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

GARRETT GAS TRAIN 50 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Обработка карбонатной/бикарбонатной примеси: ИЗВЕСТЬ ГИПС • р. Н=12. 4 • р. Н=6. 0 • Обработка бикарбонатоной примеси • Обработка карбонатной примеси 51 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Обработка карбонатной/бикарбонатной примеси: Поддерживать р. Н на уровне 10. 3 -11. 3 • При этом уровне р. Н бикарбонаты переходят в карбонаты и кальций находится в растворенном состоянии • Добавить источник кальция § ИЗВЕСТЬ если р. Н < 10 § ИЗВЕСТЬ и ГИПС § ГИПС 52 2/5/2018 если 10 < p. H < 11 если р. Н > 11 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Загрязнение выбуренной породой или карбонатная агрессия? • Иногда за карбонатную агрессию принимают загрязнение выбуренной породой – вязкость и СНС растут в обоих случаях. 53 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Загрязнение выбуренной породой или карбонатная агрессия? • Проанализируйте изменения свойств раствора • Особенное внимание уделите росту : • Твердой фазы низкой плотности • MBT • ПВ 54 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Загрязнение выбуренной породой или карбонатная агрессия? • После анализа твердой фазы проанализируйте хим. свойства раствора: • Если p. H↓ а Pf ↑ или → – это первая индикация карбонатной агрессии • Если и p. H↓ и Pf↓ – проблема скорее всего связана с выбуренной породой 55 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Сероводоро д H 2 S 56 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Сероводород Источники: • поступление из пласта или пластовой воды • термальное разложение органических веществ пласта • действие бактерий (незначительное количество) • разрушение серосодержащих материалов • вода затворения 57 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Сероводород • Формула: • p. H=3. 8 • Токсичный газ • Может привести к

Сероводород Индикаторы: • Рост ВЯЗКОСТИ, ДНС И СНС на выходе из скважины • Снижение p. H и щелочности • Запах тухлых яиц • Потемнение раствора • Почернение бурильной колонны 59 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Сероводород Физические свойства раствора: • УД. ВЕС → без изменений • УВ ↑ растет • ПВ → без изменений • ДНС ↑ растет • Gel 10 с ↑ рост • Gel 10 мин ↑ рост • Фильтрация ↗ небольшой рост • Тв. фаза → без изменений 60 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Сероводород Химические свойства раствора: • p. H ↓ снижается • Pm ↓ снижается • Pf ↓ снижается • Mf ↓ снижается • Ca 2+ ↗ немного растет • Cl- → без изменений 61 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Формы соединений H 2 S при разных р. Н > 12 р. Н <

Присутствие соединений серы в зависимости от p. H % 100 HS H 2 S

Сероводород Обработка: • Увеличить p. H to > 11. 0 (каустик Caustic) • Добавить буфер p. H > 11. 0 (известь Lime) • Обработать оксидом цинка Zinc Oxide (Zn. O) • (1 ppb удаляет примерно 1100 mg/l S 2 -) 64 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Выбуренна я порода 65 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Загрязнение выбуренной породой Признаки: • Присутствие большого количества твердой фазы низкой плотности • Присутствие большого количества коллоидной твердой фазы 66 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Загрязнение выбуренной породой Тяжесть загрязнения будет зависеть от: • Концентрации • Активности (активная тв. фаза увеличивает и ПВ и ДНС) • Формы и размера • С увеличением забойной температуры – тяжесть загрязнения также растет. 67 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Загрязнение выбуренной породой Изменение физических свойств: ↗ • MW рост • FV ↗ растет • PV ↗ растет • YP ↗ растет • Gel 10 с ↗ растет • Gel мин ↗ растет • Фильтрация ↗→↘ в зависимости от состаяния и концентрации тв. ф. возможны варианты • Solids ↗ растет • MBT ↗ растет 68 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Загрязнение выбуренной породой Изменение химических свойств: ↘ • p. H немного снижается • Pm ↘ немного снижается • Pf ↘ немного снижается • Mf ↘ немного снижается • Pf/Mf Ratio → без изменений • Ca 2+ → без изменений или немного растет • Cl- → без изменений или немного растут 69 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Загрязнение выбуренной породой Обработка: ПРОВЕСТИ ОЦЕНКУ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ: • Разбавление? • Замещение? Провести обработку в соответствии 70 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Загрязнение выбуренной породой ВЫБУРЕННАЯ ПОРОДА УСИЛИВАЕТ ДЕЙСТВИЕ ВСЕХ ПРИМЕСЕЙ 71 2/5/2018 Confidential Information ©

Определите тип примеси? Свойства раствора Плотность 1. 44 1. 46 1. 44 PV 18 18 20 18 YP 10 16 16 24 Gels 2/5 6/26 18/30 20/40 6/18 14/32 Фильтраци 5. 0 я 7. 2 6. 8 9. 0 5. 7 12. 0 р. Н 11. 0 10. 0 12. 5 10. 7 10. 5 Pm 3. 0 2. 0 6. 4 2. 5 2. 2 Pf 1. 5 0. 7 2. 0 1. 1 0. 8 Mf 2. 5 8. 0 1. 4 4. 8 2. 2 1. 8 Cl- 1 000 1 300 10 000 Ca 2+ 120 40 520 40 160 200 Тв. фаза 17 17 19 17 25 25 25 37. 5 25 MBT 72 25 2/5/2018 Примесь? Confidential Information © 2010 M-I SWACO Базовы ?

Определение примеси Свойства раствора Плотность 1. 44 1. 46 1. 44 PV 18 18 20 18 YP 10 16 16 24 Gels 2/5 6/26 18/30 20/40 6/18 14/32 Фильтраци 5. 0 я 7. 2 6. 8 9. 0 5. 7 12. 0 р. Н 11. 0 10. 0 12. 5 10. 7 10. 5 Pm 3. 0 2. 0 6. 4 2. 5 2. 2 Pf 1. 5 0. 7 2. 0 1. 1 0. 8 Mf 2. 5 8. 0 1. 4 4. 8 2. 2 1. 8 Cl – 1 000 1 300 10 000 Ca 2+ 120 40 520 40 160 200 Тв. фаза 17 17 19 17 25 25 25 37. 5 25 MBT 73 25 2/5/2018 Примесь? Confidential Information © 2010 M-I SWACO Базовы CO ?

Определение примеси Свойства раствора Плотность 1. 44 1. 46 1. 44 PV 18 18 20 18 YP 10 16 16 24 Gels 2/5 6/26 18/30 20/40 6/18 14/32 Фильтраци 5. 0 я 7. 2 6. 8 9. 0 5. 7 12. 0 р. Н 11. 0 10. 0 12. 5 10. 7 10. 5 Pm 3. 0 2. 0 6. 4 2. 5 2. 2 Pf 1. 5 0. 7 2. 0 1. 1 0. 8 Mf 2. 5 8. 0 1. 4 4. 8 2. 2 1. 8 Cl – 1 000 1 300 10 000 Ca 2+ 120 40 520 40 160 200 Тв. фаза 17 17 19 17 25 25 25 37. 5 25 Гипс ? MBT 74 25 2/5/2018 Примесь? Confidential Information © 2010 M-I SWACO Базовы CO

Определение примеси Свойства раствора Плотность 1. 44 1. 46 1. 44 PV 18 18 20 18 YP 10 16 16 24 Gels 2/5 6/26 18/30 20/40 6/18 14/32 Фильтраци 5. 0 я 7. 2 6. 8 9. 0 5. 7 12. 0 р. Н 11. 0 10. 0 12. 5 10. 7 10. 5 Pm 3. 0 2. 0 6. 4 2. 5 2. 2 Pf 1. 5 0. 7 2. 0 1. 1 0. 8 Mf 2. 5 8. 0 1. 4 4. 8 2. 2 1. 8 Cl – 1 000 1 300 10 000 Ca 2+ 120 40 520 40 160 200 Тв. фаза 17 17 19 17 25 25 25 37. 5 25 Гипс Цемент ? MBT 75 25 2/5/2018 Примесь? Confidential Information © 2010 M-I SWACO Базовы CO

Определение примеси Свойства раствора Плотность 1. 44 1. 46 1. 44 PV 18 18 20 18 YP 10 16 16 24 Gels 2/5 6/26 18/30 20/40 6/18 14/32 Фильтраци 5. 0 я 7. 2 6. 8 9. 0 5. 7 12. 0 р. Н 11. 0 10. 0 12. 5 10. 7 10. 5 Pm 3. 0 2. 0 6. 4 2. 5 2. 2 Pf 1. 5 0. 7 2. 0 1. 1 0. 8 Mf 2. 5 8. 0 1. 4 4. 8 2. 2 1. 8 Cl – 1 000 1 300 10 000 Ca 2+ 120 40 520 40 160 200 Тв. фаза 17 17 19 17 25 25 25 37. 5 25 Гипс Цемент Шлам ? MBT 76 25 2/5/2018 Примесь? Confidential Information © 2010 M-I SWACO Базовы CO

Определение примеси Свойства раствора Плотность 1. 44 1. 46 1. 44 PV 18 18 20 18 YP 10 16 16 24 Gels 2/5 6/26 18/30 20/40 6/18 14/32 Фильтраци 5. 0 я 7. 2 6. 8 9. 0 5. 7 12. 0 р. Н 11. 0 10. 0 12. 5 10. 7 10. 5 Pm 3. 0 2. 0 6. 4 2. 5 2. 2 Pf 1. 5 0. 7 2. 0 1. 1 0. 8 Mf 2. 5 8. 0 1. 4 4. 8 2. 2 1. 8 Cl – 1 000 1 300 10 000 Ca 2+ 120 40 520 40 160 200 Тв. фаза 17 17 19 17 25 25 25 37. 5 25 Гипс Цемент Шлам Соль MBT 77 25 2/5/2018 Примесь? Confidential Information © 2010 M-I SWACO Базовы CO

Загрязнение бурового раствора 78 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Вопросы? 79 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Заключение Параметры раствора неожиданно изменились. ЧТО ДЕЛАТЬ? • Определить примесь • Определить обработку • Если возможно, провести пилотный тест • Обработать раствор. Не допустить переобработки! 80 2/5/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO