OBM (Oil Based Muds). Растворы на углеводородной основе (РУО) для бурения скважин

1. OBM (Oil Based Muds)

Растворы на углеводородной основе (РУО)

2. Общие положения

Основное отличие РУО от растворов на водной основе –
неполярная дисперсионная среда.
Главные преимущества:
Oil-based muds
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
Основные недостатки:
токсичность
пожаровзрывоопасность
сложность цементирования
плотность и вязкость существенно зависят от давления и
температуры

3. История создания

Начало XX века – первые прямые эмульсии (нефть в воде,
Oil-based muds
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.

4. Что такое РУО?

Трехфазные гетерогенные коллоидные системы, состоящие
из:
Дисперсионной среды – углеводородной жидкости
Дисперсной фазы:
Oil-based muds
капелек воды коллоидного размера
твердых частиц (органофильная глина, барит, карбонат кальция,
гильсонит и т.п.)
РУО
РВО
Нефть
Вода
Вода
Нефть

5. Область применения

Массивные отложения мягких, легко набухающих,
Oil-based muds
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.

6. Область применения

Oil-based muds
Образец глинистого шлама из ствола диаметром 406 мм.

7. РУО компании «Эм-Ай»

Oil-based muds
На «нефтяной» основе (продукты переработки нефти):
Versa-Dril / Versa-Pro на основе дизельного топлива
Versa-Clean / Versa-Pro на основе низковязких минеральных масел
На синтетической основе
Nova-Dril на основе PAO (полиальфаолефинов)
Nova-Plus на основе IO (внутренних/изомерических олефинов)
Nova-Tech на основе LAO (линейных альфа-олефинов)
Eco-Green на основе эстеров
ParaLand на основе LP (линейных парафинов)
Nova-Pro
Неэмульсионные РУО
VersaCore
TruCore
VersaPac (не содержит твердой фазы)
Специальные РУО
Faze-Pro
SigmaDril

8. Состав РУО

Oil-based muds
Состав РУО
Эмульгаторы
ПАВ, снижающие поверхностное натяжение на границе
раздела вода/нефть
Обычно – жирные кислоты, спирты, полимеры и т.п.
Могут быть анионными, катионными и неионогенными
Имеют гидрофильную «голову» и гидрофобный (липофильный)
«хвост»
Используются либо «в чистом виде» (VersaCoat), либо
образуются в растворе в процессе реакции эфиров жирных
кислот с известью (омыления) – VersaMul.
Основное назначение – предотвращение коалесценции
капелек воды и стабилизация эмульсии
Должны всегда находится в растворе в избытке
К
КАПЛЯ
А
В
П
Л
Я
ВОДЫ
О
Д
Ы

9. ПАВ – поверхностно-активные вещества

Oil-based muds
НЕФТЬ
НЕФТЬ
КАПЛЯ
ВОДЫ

10. ПАВ – поверхностно-активные вещества

НЕДОСТАТОЧНАЯ
Oil-based muds
КОНЦЕНТРАЦИЯ ЭМУЛЬГАТОРА
КАПЛЯ
КАПЛЯ
ВОДЫ
ВОДЫ
СРАЩЕНИЕ
КАПЕЛЬ

11. Состав РУО

Oil-based muds
Состав РУО
Смачивающие добавки
ПАВ, снижающие поверхностное натяжение на границе
раздела нефть/твердая фаза
Назначение – гидрофобизация барита, карбоната кальция,
выбуренного шлама, бурового инструмента
Стабилизируют раствор в случае притока пластовой воды
Типичные реагенты – VersaWet, VersaSWA

12. ПАВ – поверхностно-активные вещества

Oil-based muds
- разработан для твердых
веществ
углеводород
Поверхность твердого вещества
Пленка ПАВ

13. Механиз смачивания

Oil-based muds
Угол смачивания нефтью маленький
Нефть
Вода
ТВЕРДОЕ ТЕЛО
“СМАЧИВАЕМОЕ ВОДОЙ”

14. Механиз смачивания

Oil-based muds
Угол смачивания нефтью увеличивается
Вода
Нефть
ТВЕРДОЕ ТЕЛО
“ СМАЧИВАЕМОЕ НЕФТЬЮ”

15. Состав РУО

Oil-based muds
Известь
гашеная – гидроксид кальция Ca(OH)2
негашеная – оксид кальция CaO (осторожно – опасный в
обращении реагент, гигроскопичен, экзотермическая реакция с
водой)
Один из ключевых компонентов практически всех РУО
Образование кальциевых мыл
Щелочность
Нейтрализация кислых газов (H2S и CO2)
Всегда должна находиться в избытке

16. Состав РУО

Загустители
Органофильная глина – VG-69, VG-Plus, VersaGel
Oil-based muds
необходимо наличие полярной жидкости (воды)
степень загущения тем выше, чем больше содержание в эмульсии
воды
медленно набухают при низких температурах
Нефтерастворимые полимеры – Versa-HTP, VersaMod
Понизители фильтрации
VersaTrol, VersaLig, EcoTrol
нерастворимы в водной и углеводородной фазах
Утяжелители
Барит, гематит
Кольматанты
карбонат кальция

17. Дисперсная фаза РУО

Водный раствор соли
Хлорид кальция (предпочтительно)
Хлорид натрия
Oil-based muds
концентрация – 25-35%, активность – 0.6-0.75
концентрация – 20-25%, активность – 0.75-0.9
Цель – снижение активности водной фазы, стабилизация
раствора, усиление ингибирующих свойств, бурение
соляных толщ
Для большинства применений, ненасыщенный раствор дает
несколько лучшие результаты
Вода должна быть тщательно диспергирована в
углеводородной основе

18. Водонефтяное отношение

Водонефтяное отношение (oil/water ratio – OWR) – один из
Oil-based muds
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/м3
рекомендуется только 90:10.
Чем выше водонефтяное отношение – тем выше
концентрация извести, эмульгаторов и понизителей
фильтрации и ниже содержание органофильной глины.

19. Приготовление РУО

Oil-based muds
Приготовление РУО
Порядок ввода реагентов
Углеводородная основа
Загустители (VG-69, VG-Plus)
Эмульгаторы (VersaMul, VersaCoat)
Известь
Водная фаза (раствор хлорида кальция)
Смачивающее ПАВ (VersaMul, VersaWet, VersaSWA)
Реагенты контроля за водоотдачей (VersaTrol)
Утяжелитель (барит)
Кольматанты (карбонат кальция)
Тщательное диспергирование
Время на приготовление – не менее суток
Желательно подогреть до +50°С или более
Перед началом бурения – несколько циклов циркуляции

20. Контроль параметров

Oil-based muds
Контроль параметров
Стандартные API исследования плюс:
HTHP при 35 атм. и температуре +150°С или забойной (по
требованию заказчика)
Электростабильность при +65°С
Активность водной фазы
Специфика:
Реология измеряется при +65°С
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)

21. HTHP Fluid Loss

HTHP регистрируется как (2) х (объем фильтрата в куб.см
Oil-based muds
за 30 минут)
При отсутствии дополнительных инструкций, испытания
проводить при +150oC
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

22. Электростабильность

Напряжение пробоя эмульсии, измеряемое специальным
Oil-based muds
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 +65oС

23. Ретортный анализ

Oil-based muds
Ретортный анализ
Позволяет судить о:
содержании воды и углеводородной основы (водонефтяное
отношение)
содержание соли
содержание твердой фазы
Предпочтительны реторты большего объема (50 мл.)
Проводите анализ тщательно и аккуратно
Внимательно следите за отклонениями

24. Осложнения при использовании РУО

Самый главный враг РУО – вода.
Oil-based muds
Изменение OWR не только сразу влияет на параметры
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 –
VersaWet, VersaSWA.

25. Осложнения при использовании РУО

Падение концентрации эмульгаторов и/или гидрофилизация
Oil-based muds
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.
Способы борьбы – дообработка известью и эмульгаторами,
ввод смачивающих гидрофобизирующих ПАВ – VersaWet,
VersaSWA.

26. Осложнения при использовании РУО

Oil-based muds
Третий главный враг РУО – потери и поглощения раствора в
скважине. Основная проблема в данном случае –
стоимостьраствора.
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.
Цементирование и заканчивание скважин после РУО
требует использования специальных буферных растворов.

27. Осложнения при использовании РУО

РУО исключительно устойчивы к загрязнению солями,
гипсом, ангидритом, сероводородом.
Oil-based muds
РУО плотностью более 1600 кг/м3 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.

28. Заключение

Oil-based muds
Заключение
РУО – идеальный выбор для бурения:
горячих глубоких скважин
массивных солевых отложений
массивных глинистых отложений
протяженных горизонтальных стволов
а также глушения и капитального ремонта скважин