Способ определения количества реагента-стабилизатора для обработки бурового раствора

 

Способ определения количества реагента-стабилизатора для обработки бурового раствора, используемого при бурении нефтяных и газовых скважин, осуществляют следующим образом: определяют активность разбуриваемых пород в процессе бурения, активность реагента-стабилизатора, рассчитывают показатель скорости увлажнения породы в дистиллированной воде и рассчитывают концентрацию реагента-стабилизатора.

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для приготовления буровых растворов, обрабатываемых полимерными реагентами и электролитом.

Известен способ определения концентрации реагента, согласно которому приготавливают глинистые суспензии с определенной концентрацией твердой фазы, обрабатывают их реагентом и строят графики зависимости R = f(C_p), где R - исследуемый параметр, С_р - концентрация реагента. По значению R при изменяющейся концентрации реагента С_р судят об оптимальном количестве реагента [1].

Известен способ определения количества реагента-стабилизатора, заключающийся в том, что определяют объемное содержание коллоидной глинистой составляющей в буровом растворе С_к, коэффициент активности исследуемого реагента К_р и его оптимальную концентрацию в буровом растворе по формуле [2]: C_р = n где С_р - количество реагента-стабилизатора, которое следует ввести в буровой раствор, %; С_к - объемное содержание коллоидной глинистой составляющей в буровом растворе; К_р - коэффициент активности реагента-стабилизатора; n - показатель, характеризующий отношение органического коллоида к неорганическому.

Недостатком известного способа является небольшая точность определения количества реагента для обработки буровых растворов, так как в данном случае не учитываются физико-химические свойства разбуриваемых пород и время их контакта с раствором.

Определение количества реагента без учета указанных факторов приводит к перерасходу химреагента или осложнениям ствола скважины (осыпям и обвалам стенок скважин) в результате недостатка реагента в буровом растворе.

Цель изобретения - повышение точности способа, предупреждение и ликвидация осложнений при разбуривании неустойчивых глинистых пород при одновременном снижении расхода реагента-стабилизатора.

Сущность способа состоит в том, что, с целью повышения точности способа, предупреждения и ликвидации осложнений при разбуривании неустойчивых глинистых пород при одновременном снижении расхода реагента-стабилизатора, дополнительно в процессе бурения определяют активность разбуриваемых пород и рассчитывают показатель скорости увлажнения породы в дистиллированной воде по формуле V_n = V_б˙K_п, где V_n - скорость увлажнения разбуриваемых пород в дистиллированной воде, м/ч; V_б - константа, равная - 0,35, характеризующая скорость увлажнения в дистиллированной воде бентонита с коэффициентом активности К_о = 1,0 м/ч; К_п - коэффициент коллоидной активности разбуриваемых пород, а определение количества реагента-стабилизатора производят по следующей зависимости C_р = (1-m)V_п/V_o+Σ CZ-C_к+Σ CZ где С_р - оптимальное количество реагента-стабилизатора, %; К_р - коэффициент активности реагента-стабилизатора;
М - объемное содержание твердой фазы в буровом растворе в долях единицы;
С'_эл.i; С"_эл.i - соответственно минерализация водной фазы бурового раствора и поровой воды;
Z_i', Z_i" - соответственно валентность катионов электролитов водной фазы бурового раствора и паровой воды;
С_к - объемное содержание коллоидной глинистой составляющей в буровом растворе, %;
V_о - требуемая скорость увлажнения разбуриваемых пород, м/ч; при этом требуемую скорость увлажнения разбуриваемых пород определяют по формуле
V_o= 198,9 где V_о - требуемая скорость увлажнения разбуриваемых пород, м/ч;
R_c - радиус ствола скважины, м;
ρ_р- плотность бурового раствора, кг/м³;
t - время контакта разбуриваемых пород с буровым раствором, ч;
ρ_п- величина порового давления в эквиваленте плотности, кг/м³.

Определение концентрации реагента-стабилизатора в буровом растворе осуществляют следующим образом.

В процессе бурения (промывки) скважины отбирают шлам (керн) и известным методом определяют коэффициент коллоидности разбуриваемых пород, минерализацию поровой воды, градиент поpового давления и рассчитывают скорость увлажнения разбуриваемых пород в дистиллированной воде. Затем определяют объемное содержание твердой фазы и коллоидной составляющей в буровом растворе минерализацию его водной фазы, выбирают реагент-стабилизатор для обработки бурового раствора и определяют его количество по предлагаемой формуле.

П р и м е р. Определяют оптимальное количество реагента-стабилизатора в буровом растворе при бурении скважины N 5419 (куст8^в) Суторминской площади ПО "Ноябрьскнефтегаз".

Исходные данные: глубина скважины равна 2727 м, диаметр скважины ниже кондуктора 0,214 м, общее время бурения скважины ниже кондуктора t = 456 ч. В процессе бурения определяют плотность раствора - ρ_р= 1150 кг/м³, объемное содержание твердой фазы М = 0,0937 в долях единицы; объемное содержание коллоидной глинистой составляющей С_к = 1,82%, градиент порового давления ρ_п= 1100 кг/см³. Отбирают шлам (керн) и по известной методике определяют минерализацию поpовой воды С_эл" (С_эл" = 0,0%) и минерализацию водной фазы бурового раствора С_эл (С_эл = 0,0). По известной методике определяют коэффициент активности разбуриваемых пород К_п, максимальный коэффициент активности (К_п = 0,4) имеют глинистые породы, залегающие в интервале 500-1300 м. Расчет требуемого количества реагента в буровом растворе проводят для вскрытия глин, имеющих максимальный коэффициент активности.

Определяют скорость увлажнения разбуриваемых пород в дистиллированной воде:
V_n = V_б˙К_п = 0,35˙0,4 = 0,14 м/ч.

Определяют требуемое значение показателя скорости увлажнения разбуриваемых пород:
V_o= = = 0,048 м/ч
На данной скважине буровой раствор обрабатывается КМЦ-600, имеющий коэффициент активности - К_р = 4,32.

Определяют требуемое количество КМЦ-600 по предлагаемому способу:
Z = или 1,4 кг на 1 м³ бурового раствора.

Определяют требуемое количество КМЦ-600 по известному способу:
C_р = n = = 0,42 или 4/2 кг на 1 м³
раствора, где n = 1,0.

Как видно из вышеуказанных данных, требуемое содержание реагента в буровом растворе меньше предельного значения, определенного по известному способу
С_р< , (0,14% < 0,42%)
Определяют общее количество КМЦ-600, требуемое для бурения скважины N 5419 на Суторминской площади.

Количество КМЦ-600 для бурения скважины можно определить из зависимости
А_i = V_в˙С_р, где А_i -требуемый раствор реагента, кг;
V_в - объем добавляющей воды для обработки раствора, м³;
С_р - масса реагента (в нашем случае КМЦ-600) в 1 м³ бурового раствора, кг/м³.

В соответствии с регламентом на технологию регулирования содержания твердой фазы в буровых растворах на Суторминском месторождении требуемый расход воды для обработки раствора составляет V_в = 418 м³.

Определяют требуемое общее количество КМЦ-600 для бурения скважины по известному способу
А_кмц' = V_в˙С_р = 418˙4,2 = 1755,6 кг.

Определяют требуемое общее количество КМЦ-600 для бурения скважины по предлагаемому способу
А_кмц" = V_в˙С_р" = 418˙1,4 = 585,2 кг.

При бурении скважины N 5419 обработку бурового раствора КМЦ-600 осуществляют в количестве, определенном по предлагаемому способу. Скважина пробурена без осложнений. Общий расход КМЦ-600 составляет - 561 кг.

Отклонение фактического расхода КМЦ-600 от расхода, определенного по предлагаемому способу, составляет
E = 100=4,3%
Отклонение фактического расхода КМЦ-600 от расхода, определенного по известному способу, составляет
E = 100=213,0%
Определяют экономическую эффективность применения предлагаемого способа определения количества реагента при бурении рассматриваемой скважины
Э = (А_кмц - А_кмц)а = (1755,6 - 585,2).2,0=
= 2341,0 руб, где а - стоимость 1 кг КМЦ-600, а = 2,0 руб/кг.

Способ определения количества реагентов испытан при бурении ряда скважин на Суторминской площади ПО "Ноябрьскнефтегаз".

Результаты испытаний приведены в таблице.

Как видно из данных таблицы, количество реагента в три раза меньше количества, определенного по известному способу.

Следовательно, применение предлагаемого способа позволяет повысить точность определения требуемой концентрации реагента в буровом растворе, предупредить осложнения в стволе скважины, уменьшить расход реагента и получить значительный эффект при бурении скважин.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА РЕАГЕНТА-СТАБИЛИЗАТОРА ДЛЯ ОБРАБОТКИ БУРОВОГО РАСТВОРА путем отбора шлама в процессе бурения, определения коэффициента активности реагента-стабилизатора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности способа, предупреждения и ликвидации осложнений при разбуривании неустойчивых глинистых пород при одновременном снижении расхода реагента-стабилизатора, дополнительно в процессе бурения определяют активность разбуриваемых пород и рассчитывают показатели скорости увлажнения породы в дистиллированной воде по формуле
V_п = V_б · K_п,
где V_п - скорость увлажнения разбуриваемых пород в дистиллированной воде, м/ч;
V_б - константа, равная 0,35;
K_п - коэффициент коллоидной активности разбуриваемых пород,
а определение количества реагента-стабилизатора производят по зависимости

где C_р - оптимальное количество реагента-стабилизатора, %;
M - объемное содержание твердой фазы в буровом растворе, доли единицы;
K_р - коэффициент активности реагента-стабилизатора;
- минерализация водной фазы бурового раствора и поровой воды соответственно, моль/л;
- валентность катионов водной фазы бурового раствора и поровой воды соответственно;
C_к - объемное содержание коллоидной глинистой составляющей в буровом растворе, %;
V₀ - требуемая скорость увлажнения разбуриваемых пород, м/ч,
при этом требуемую скорость увлажнения разбуриваемых пород определяют по формуле

где R_с - радиус ствола скважины, м;
ρ_p - плотность бурового раствора, кг/м³;
t - время контакта разбуриваемых пород с буровым раствором, ч;
ρ_п - величина порового давления в эквиваленте плотности, кг/м³.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3