Технологиялық және коллоидты - бұрғылау ерiтiндiлердiң химиялық қасиеттерi

 

 жоспар

1.Гидродинамикалық және гидростатикалық бұрғылау ерiтiндiлердiң функциялары

2. Функциялар, процесске қатысты қабық түзілуі

3. Бұрғылау ерiтiндiлердiң физика-химиялық функциялары

4. Дисперсиялық жүйелер, сузпензия және эмульсия ерiтiндiлерi

5. Аэрацияланған жуу сұйықтықтары және көбiк

 

Негiзгi ұғымдардың сөздiгi: технологиялық қасиеттер; бұрғылау ерiтiндiлер; сазды материалдар; тампонажды ерiтiндiлер; гидродинамикалық функциялар; гидростатикалық функциялар; қабық түзу; Кольматация; фильтірлеу; химиялық өңдеу.

 

1. Гидродинамикалық және гидростатикалық функциялар бұрғылау Гидродинамикалық функциялар ұңғымадағы ерiтiндiнiң ағындарымен iске асады және төмендегiдей болады: ұңғымадан (шлам) бұрғыланған жыныстарды шығаруда; (турбобурларға) қозғаушыларға сораптың энергия тасымалдауда; (гидромониторлық тиімділік) ұңғыманың түбіндегі жыныстар су шайған жерде; бұрғылау процесстегi қашауды суытады.

Гидростатикалық функция тұрған бұрғылау ерiтiндiлермен iске асады. Осыған келесі функциялар жатады: ұңғыманың оқпанын жүйедегi гидростатикалық тепе-теңдiктiң жасауы - қабат; бұрғыланған жыныс және ауырлатқыштың бөлшектерiн ұстап қалу бұрғылау ерiтiндiнiң таралуын тоқтатылуы; немесе майысқақ жыныс нашар цементтелген ұңғымалар қабырғаға гидростатикалық қысым жасауы; таль жүйесiне жүктеменiң кiшiрейтуi.

 

2. Функциялар, процесске қатысты қабықтанулар.

Қабатқа қозғалыстың процессiндегi өзiмен нәзiк ортаға сұйықтағы (қатты фаза) коллоид бөлшектерi өлшеуге ұсынатын бұрғылау ерiтiндiні оның бетiнде және дер кезiнде сүзгi қабықта ерiтiндiнiң кедергi келтiретiн немесе ары қарай түсуiн қарастырады. Фильтрлеу деп, ұңғыма қабырғаларында сұйық және қатты фазалар бөлiнуiнiң процессi кезінде (тығындау) кольматация нәтижесіне ие болады. Осы функциялардың топтарына жататын: ұңғыманың кеуектi қабырғаларының өтiмдiлiгiнiң кiшiреюi; сақтау немесе нашар цементтелген жыныстардың орамдылығының күшеюi; ұңғымалардың қабырғасы туралы бұрғы және шеген құбырлардың үйкелiсі кезінде кiшiреюi.

 

3. Бұрғылау ерiтiндiлердiң физика-химиялық функциялары.

Химиялық өңдеу деп ұңғыманы бұрғылау процесінде бұрғылау ерітіндісіне арнайы химиялық реагенттерді қосу физика-химиялық функцияға негізделген. Осы функцияларға  жататындр: ұңғыманың қабырға жасаушы жыныстардың орамдылығын сақтауы; коррозия және түрпiлi тозудан бұрғылау жабдықты сақтауы; өнiмдi горизонттарда оларды жару өтiмдiлiгін сақтауы; бұрғылау процессiнде бұрғылау ерiтiндiнiң сипаттарын сақтау; қатты жыныстардың бұрғыланғыштығын жақсарту.

Бұрғылау ерiтiндiнiң функцияларына келесілер жатады: (шламның құрамы бойынша) ұңғыманың геологиялық тiлуiн анықтау; көп жыл қатып жатқан жыныстардың жылулық тәртiбiнiң сақталуы.

Бұрғылау ерiтiндiлер екi немесе көп физика-химиялық фазалардан тұратын жүйе болады. Бiр фазалық жүйе екi немесе көп заттар компоненттер аралық бөліністің болмауы гомогенді деп аталады. Фаза аралық бөлiнiстің нақты беттерi бар болатын жүйелер гетерогендi деп аталады. Оған бұрғылау және тампонажды ерiтiндiлерiнiң көпшiлiгi жатады.

Ресей федерациясындағы және шетелде сазды ерiтiндiлердi өңдеу үшiн (АҚШ-та - 500) бiрнеше жүздеген реагенттер (8-шi сурет) түрі қолданылады. Гумантты реагенттер кең көлемде қолданылады: көмiр сiлтi реагентi (КСР ), сiлтiлiк реагент және т.б. Бұл реагенттер ұнтақ тәрiздi түрде әкелiнедi. Реагенттердiң көпшiлiгiн әзiрлеу технологиясы оңай және олардың суда еруіне негізделген. Реагент еріген соң сазды ерiтiндiлерге ендiредi.

Ұңғыманың оқпанының бүтiндiгi және болуы мүмкiн мұнай әсер ету бұзушылыққа қатысты кедергiлердiң сақтап қалулары үшiн (2200...2400 кг/м³ке дейiн) түбегейлi шектердегi сазды ерiтiндiнi тығыздықтың жоғарылатуының қажеттiлiгi пайда болады. Сазды ерiтiндiлерде ол үшiн үлкен тығыздығы бар ауырлатқыш материалдарды ендiредi, және тиiстi мәндерге дейiн сазды ерiтiндiнi тығыздықтарын сайып келгенде жоғарылатады.

Дәл қазiр қолданылатын ауырлатқыштар олардың тығыздығына байланысты екi топта бөлуге болады. Мысалы, ауырлатқыштарды бiрiншi топқа төмен тығыздықты материалдар жатады - 2600...3500 кг/м³ коллоид саздары, мергелдер, бор, әк тас тағы басқалар. Олар төмен ауырлайтын қабiлеттiлiкке ие болады және ауырлатуды тек қана 1 700 кг/м³ке дейiн қамтамасыз ете алады, сондықтан олар бұрғылау ерiтiндiлердегi қатты фазасы сипатының өсуiне алып келетiнiн және бұрғылау тиiмдiлiгін төмендетеді. Осыған байланысты тиімді ауырлатқыштар  болмаған жағдайда  осы ауырлатқыштар қолданылады.

Ауырлатқыштардың екiншi тобына тығыздығы 3500 кг/м³ материалдар жатады, мысалы, 5300 кг/м³ барит, темiр және сидерит ауырлатқыштары.

Ең жақсы ауырлатқыш барит болып табылады. Бұрғылау мұқтаждықтары  үшiн бариттiң әр түрлi қоспасы (кремнезем, әк тас, доломит тағы басқалар) бар техникалық сорттары әкелiнедi. Темiр ауырлатқыш (гематит, магнетит, пирит) бұрғылау ерiтiндiнiң сапаларын нашарлататын және бұрғылауда техникалық-экономикалықтарды көрсеткiштерiн төмендететiн (суда еритiн тұздардың үлкен санының биiк түрпiлiлiк, мазмұны) кемшiлiктері бар. Сидерит ауырлатқышы (FеСО₃) қышқылды ерігіштігі оны басқа ауырлатқыштардан ерекшеленеді.

Мысалы, бұл топтың ауырлатқыштары аномалиялы биiк қаттық қысымдар, тұздардың ағымы және тағы басқалар ұңғыманың оқпанының тарылуын сақтап қалу үшiн тығыздықты ауырлатқыштарды қолданудың қажеттiгi 5300 кг/м^Зден астам нәтижеде кейде пайда болады.

Ауырлау процесі төмендегiше iске асады. Сазды ерiтiндiге майда бөлшектенген жаңа заттарды ендiредi - ауырлатқыш. Демек, ауырлатқыштың қосымшалары қатты бөлшектердiң ерiтiндiсiндегi сан үлкеедi және оның тұтқырлығы жоғарылайды. Егер норма тұтқырлық жоғары болса, онда ауырланылған ерiтiндi сулармен су қосады. Ерiтiндiнiң фильтрлеу  көрсеткiші көтерiліп, тығыздық күштi төмендеуінен алдын ала  субергіштігін  төмендететін реагенттермен өңдейді. Ерiтiндiнiң тұтқырлығының үлкеюi бөлшектер санының үлкею салдарынан болмайды. Егер ауырлатқыш бөлшектері сумен нашар кiлегейленетін болса ерiтiндiге ауаның көпiршiктерiнiң үлкен саны енгізедi. Бұл кемшілікті жоюдың екі жолы бар: ауырлатқышты алдын ала сумен немесе реагентпен сулау; субергіштігін төмендететін реагенттермен өңдеу. Бұл саз және ауырлатқыштың бөлшектерiнiң жақсы сулануына жеткізедi.

ГТН ге сәйкес қиын аумақты бұрғылаудан бұрын  мiндеттi түрде ауырлатқыш пен химиялық реагенттер қоры болу керек.

Мұндайға қатты фазаның аласа шоғырландыруы бар бұрғылау ерiтiндiлерi жатады – сазды полимер және сазсыз. Кәдiмгi сазды ерiтiндiлерден бұл ерiтiндiлердiң айырмашылығы (сазды ) қатты (3...5% ) фазаның болмашы құрамы немесе толық оның жоқтығы болып табылады. Бұл ерiтiндiлер негiзi полимерлiк реагенттер болып табылады. Олар целлюлозаның әр түрлi түрлендiрулерiне акрил полимерлерiнiң туындыларына биополимерлерге, сонымен бiрге сополимерлерге жатады. Даярлау және бұрғылау ерiтiндiлерiн өңдеу үшiн қолданылатын полимерлер молекулалық шынжырында әр түрлi функционалдық топтарда болатын полиэлектролиттерге жатады. Полимерлердiң ең маңызды қасиеттерiнiң бiрi әр түрлi минералогиялық құрамның дисперсиялық бөлшектерi флокулиралық қабiлеттiлiгі толық немесе жартылай болып табылады.

Бөлшектердiң бұрғыланған жыныстары флокулянттар ретiнде гел, сұйық және ұнтақ түрінде шығарылатын полимерлердi пайдаланады. Бұрғылау алдында су 0, 1.. әзiрлейдi. полимердiң ерiтiндiсi  0, 5%. Сұйық және ұнтақ тәрiздi полимерлердiң ерулерi үшiн цементтегiш агрегатта саз араластырушыны пайдаланады. Полимердiң полимер және оның еруiн жылдамдықтың жоғарылатуының желiмдейтiн бөлшектерiнiң түйiртпегi бiлiмнiң ескертулерi мақсаттардағыға оның араластырылатын сұйықтың көлемiнде бiр қалыпты үлестiре бiртiндеп толықсытады. Гел сияқты полимердi еріту үшiн цементтегiш агрегаттарды қолданады.

Сазды полимер және сазсыз ерiтiндiлердiң оң қасиеттерiне жататындар: қатты фазаның болмауы немесе төмен болуы; жақсы жағатын және ингибитор жасайтын қабiлеттiлiктері; дисперстiк фазаға қарағанда әсер таңдаулы флокулирилайтын; сүзгi қасиеттердiң реттелуі кеңiнен бұрғылаудың есептерiне байланысты болады.

Бұрғылаудың отандық және шетелдік тәжiрибесінде жоғары молекулалық қосылыстар полиакриломидалық негiзде, су полиакрилонитрил, биополимерлер  ерiтiндiлерi полимерлі сазды және сазсыз  таратулар түрінде болды.

Ингибиторлы бұрғылау ерiтiндiлері. Бұл түрдiң ерiтiндiлерi  дисперсиялы саздың онда болатын iсiну кедергi келтiретiн шарттардан жасалатындығымен ерекшеленеді. Ұңғыманың қабырғаларына қосатын ингибиторлы жасалған ерiтiндiлер сазды жыныстардың iсiнуінің алдын алады. Ингибиторлы жасалған бұрғылау ерiтiндiлерінiң ең  көп таралған кальцийлі ертiндi болып табылады, оның ішінде - әктас және гипс.

Әктасты ерiтiндiлер саз және судан басқа төрт міндетті компоненттер кiретiн күрделi жүйе болып табылады: әктас, тұтқырлықты каустик, төмендеткiш және қорғайтын реагент - фильтрлеу көрсеткiшін төмендеткiш. Бұдан басқа құрамында арнайы косылыстар болуы мүмкін (мұнай немесе дизель отыны, ауырлатқыш тағы басқалар). Әктас әдетте 0, 2...1, 5% мөлшерде қосылады және сазға тiкелей оның қасиетiн өзгертетін негiзгi ингибиторлық қосылыс болып табылады.

Оған өнiмдi қабаттағы судың зиянды ықпалын төмендету үшiн кейбiр (жуу сұйықтықтарының фильтратымен) суы бар қуыстағы кеңiстiктiң бетiнiң молекулалық өзара әрекеттесуiнiң күштерiн мұнайы бар шекараға және беттiк керiлiстiң төмендетуiне алып келетін (павалар) беттiк-активтi зат. Өнiмдi қабатқа түсетiн судың беттiк керiлiсінің төмендеуiнен тамшы дисперсияланып өнімді аймақтан оның жеңiлiрек ығысуына алып келедi.

Ұңғыманың оқпаны барлық тiлуi бойынша орнықты жыныстар болған жағдайда немесе үлкенiрек оның бөлiгi, бекiтiлмеген оқпанның бөлiгiндегi қабаттық үлкен қысымы бар мұнай горизонттарының жоқтығында, күштi құрғатылған мұнай объекттерiнiң жоқтығы  кезінде сумен жуу рұқсат етіледі. Аспапты ұстап  қалудан сақтау үшін ұңғымаға берiлетiн  жуу сұйықтығының  тазалығын оның ластанбауын  қадағалау керек. Сумен жуу барысында  бұрғылау кезінде бiр уақытта 55 ...58 л/с көлеммен жуу сұйықтығын беретін екі сорап қажет ол ластанған сұйықтықты алмастыруға жеткілікті көлемдегі судың қоры болу керек.

Диаметр бойынша (6...8м) ұңғыманың төменгi интервалының сыналаудан аман болу үшiн жаңа қашау оның алдыңғы қашау қуыстың шамасы жәнеқашаудың жұмысты күйіне байланысты жүктемег төмен күйiнде жаңа қашаумен жұмыс iстеуi керек.

Ұңғыманы сумен жуудан сазды ерітіндімен жууға ауыстырудың екі әдісі бар. Сазды ерiтiндiге өтудің бiрiншi әдісінде жуу сұйықтығына бұрғылауды тоқтатпай сазды ерiтiндiнi бiр қалыпты  уақытымен қосып отыру керек.

Сазды ерiтiндiмен жууға өтудің екiншi әдісі циркуляциялық жүйеде сазды ерiтiндiнi сумен алмастырады. Сазды ерiтiндiге өту әдетте 2...4 тәулік iшiнде іске асады. Бұл уақыт аралығындағы бұрғылау сумен шаю арқылы бұрғылаумен салыстырғанда тиiмдiлiгi азаяды, қашаудың механикалық жылдамдығы және өтуі төмендейдi. Бұрғылау сұйықтығын біркелкі алмастыру осы операцияны жүргізу уақыты едәуір азаяды және бірнеше сағат көлемінде өтеді. Суды сазды ерітіндімен алмастырудың алдында сазды ерiтiндiні жұтудан сақтау үшiн ерiтiндiнiң кету аймағын цементтеу керек

Қашауды ауыстыру үшiн бұрғы бағанасың көтерудiн алдында бұрғыланған жынысты толығымен тазалау керек. Сумен жуу арқылы бұрғылау процесінде қабаттың қарқынды пайда болуында суды  сазды ерiтiндiмен алмастыру керек.

Дисперсиялық жүйенiң дисперстi фазасы деп - бөлшектенген және басқа затта біркелкі таралған дисперсті орта атауын алған зат. Фазада, орта да қатты, сұйық және газ тәрізді бола алады. Яғни, бұрғылау және тампонажды ерiтiндiлер әр түрлi өлшемдердiң дисперстiк фазаның бөлшегі болатын полидисперсиялы жүйелерге жатады.

Бөлшектердiң дисперсиялық  дәрежесi дисперсиялықпен бейнеленедi, Д - шама, бөлшек, d (см-1) керi көлденең өлшемi. Дисперсиялық жоғары болған сайын ортақ фаза бөлiнiсiнiң бетi де жоғарылайды.

Жүйенiң дисперсиялық дәрежесi бойынша (коллоид) жоғары дисперсиялы және дөрекi дисперсиялыққа жiктеледi. Коллоид бөлшектерiнiң өлшемi 1x10-5-1x10-8 шектерде болады.

Дөрекi дисперсиялық жүйелерде суспензия, эмульсия және желдетiлген сұйықтарды бұрғылау ерiтiндi ретiнде қолданады.

Суспензиялар - лай сұйықтары қатты заттың бөлшектерiн олардың ойлап-пiшiлген күйі болады. Яғни,  ауырлық күшiнiң ықпалымен бөлшектер отырады. Седиментациямен дисперстiк фазаны белгiлi бiр уақытқа оның компоненттерiнiң нәтижеде гравитациялық бөлiнуi сазды ерiтiндiсiн нақтылы көлем бөлген санымен анықталады. Седиментация сазды ерiтiндiнiң тұрақтылығын жанама сипаттайды.

Эмульсия ерiтiндiлерi.  Эмульсиялар - бiр сұйықта басқа сұйықтың өте ұсақ тамшылар күйінде болатын көп фазалы сұйық жүйе. Бұл жүйелер аумалы. Эмульсиялар тек қана беттiк-активтi заттар (эмульгаторлар ) болған жағдайда бар бола алады. Олар коалисценциилер процесстiң нәтижесiнде бүлiнедi, яғни дисперстiк фазаның бөлшектерiнiң iрiлендiрiліп өзара араласып кетуде.

Егер тек қана су және майды араластырса, онда араластыру кезінде тамшылар араластыру тоқтағаннан кейін қосылады да жеке қабаттар түзеді. Егер май және суға тамшыcына эмульгатор деп аталатын үшiншi затты қоса араластырғанда, тамшы бетіне таралып,  беттiк керiлiсті азайтып және  олар бiр-бiрiнен тебіледі. Кәдiмгi сазды ерiтiндiлердiң эмульсия сазды ерiтiндiлерi мұнайдың өте ұсақ тамшылары немесе оның өңдеуiнiң кейбiр өнiмдерiнiң түрiндегi қосымша компоненттiң жүйесiнде қатысулармен айырмашылығы болады.

Эмульсия сазды ерiтiндiлерiн әр түрлi бастапқы сазды ерiтiндiлерден даярлауға болады. Эмульгаторлар ретiнде крахмал, (кмц) натри карбоксиметил полисахариды, бентонит, лигниттер, натри, қалий және тағы басқа заттың жоғарғы алюминді май қышқылды тұздары пайдаланылады. Эмульгатордың сазды ерiтiндiлерiн көпшiлiктерде өзi сазды зат болып табылады, сондықтан эмульсия арнайы эмульгатордың қосымшасысыз да түзіле алады. Бірақ бұл жағдайда тұрақты эмульсия алу үшін эмульгаторларды периодты түрде қосу міндетті.

Мұнай және эмульгатор арнайы сызық бойынша сазды ерiтiндiге бұрғылау сорабының қабылдауына май келтiреді. Демек, мұндай берiлістің арқасында ерiтiндiнiң кедергi жасауын және қойылтуын қамтамасыз етiледi. Ерiтiндiге мұнай және эмульгатор жаңа қашауды түсiруден кейiн және ұзартудан кейiн дереу қойылту процесінде үзiлiстің болмауы үшін. Эмульсия ерiтiндiсiнiң химиялық өңдеуi бұрғылау процесінде оның даярлауында қарапайым әдiспен  жасалады. Эмульсия ерiтiндiсiндегi мұнай компонентiнiң (тығыздықтар, су серпу, құрылым - механикалық қасиеттер) параметрлерiне байланысты (8ден 50 аралығында) түбегейлi шектерде ауытқи алады.

Мұнай компоненттерiнiң ендiрiлетiн сазды ерiтiндiлерге қарқынды қойылту үшiн әр түрлi конструкциялардың диспергаторларын қолданады.

Желдетiлген жуу сұйықтықтары және көбiк.

Желдетiлген сұйық деп ауаның көпiршiктерiнiң түрiндегi дисперстiк фаза болатын көп фазалы жүйені айтады. Егер ауа орта ролдi ойнаса, онда мұндай сұйықтар көбiктер деп аталады.

Бұрғылау кезінде ұңғыманы ауамен немесе газбен  тазалағанда  механикалық жылдамдық және қашаудың өтуі артады. Бұл тау жыныстары олардың сулауысыз бұзылуы, сүзгi сазды қабықтың түптегі жоқтығы, қашаудың сууы жақсы, бұрғыланған жыныс, гидростатикалық қысымның жоқтығы қарқынды тазартудан астам болады.

Ұңғыманы бұрғылауда түпті ауамен немесе газбен тазалау әмбебап тәсіл болып табылмайды. Газының ауасымен тiлулер, сонымен бiрге жұтуды аймақ немесе жуу сұйықтығының апатты күтуi, мәңгi тоңның аймағы, өнiмдi горизонттар, терең емес және сейсмикалық ұңғымаларда кездесетiн қабатты құрғақ тазартумен бұрғылау өте тиiмдi. Кейбiр мұнайлы аудандардағы қаттарды  түптік ауамен тазалау арқылы ашады. Желдетiлген ерiтiндiлердiң енгiзуi бұрғылау ерiтiндiнiң бағанасының гидростатикалық қысымының төмендетуiн қажеттiлiкпен жұтулардың аймақтарын бұрғылаумен байланысты.

Бұрғылау процесінде ерiтiндiнi желдету циркуляциялық бұрғылау ерітіндісіне жүйелі түрде ауаны қосу арқылы жүргізіледі. Жылжымалы компрессорлық қондырғыларын  шығын өлшегiш арқылы (тiк құбырға әдетте тiкелей) бұрғылау сораптарына бастырмалатқыш сызықтары кеpi клапан және араластырғыш арқылы қосады. Қалыпты компрессорлар қысымы және олардың өнiмдiлiгi бұрғылау және аэрацияның қабылданған дәрежесiнiң нақты шарттарына байланысты анықтайды. Аэрациялар дәрежемен бұрғылау ерiтiндiнiң көлемiне нормалы шарт келтiрiлген толтырылатын ауаның көлемiнiң қатынасымен анықталады. Ескертулер және жұтылулармен күресу үшiн сазды ерiтiндiлердi әдетте желдетедi.

Мұнай-газ бар қабаттардың табиғи күйiн сақтап ашу үшін жуу сұйық ретінде көбiктi қолданады. Екi фазалы және үш фазалы көбiктер қолданыла алады. Екi фазалы көбiк беттiк-активтi затты желдетiлген су ерiтiндiсi болады. Үш фазалық көбiк қосымша стабилизатор болып табылған қатты фазаны екi фазалы бар болумен ерекшеленеді.