Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Środek pochodzenia roślinnego do zastosowania w płuczkach wiertniczych przy wykonywaniu otworów geotermalnych

Zima Grzegorz, Błaż Sławomir, Jasiński Bartłomiej

Nafta-Gaz

|

2025

|

R. 81, nr 5

334--341

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych nowego rodzaju środka do płuczek wiertniczych. Badania te przeprowadzono na płuczkach o składach opartych na kompozycji środków pochodzenia naturalnego, takich jak zwiększające lepkość, regulujące filtrację i inhibitujące hydratację skał. Opisane badania umożliwiły opracowanie składu płuczki nietoksycznej o właściwościach pozwalających na zastosowanie jej do odwiercenia otworu. Wykonano badania na płuczkach o różnym stopniu zmineralizowania i zawartości fazy stałej. Przeprowadzono również badania w kierunku opracowania płuczki wiertniczej charakteryzującej się skutecznym inhibitowaniem hydratacji skał przy zastosowaniu nietoksycznych środków. Uzyskane wyniki badań pozwoliły na dobór nowych środków chemicznych do płuczek wiertniczych. Przeprowadzone badania umożliwiły opracowanie skutecznego sposobu regulowania filtracji, parametrów reologicznych i właściwości inhibicyjnych płuczek wiertniczych podczas wiercenia otworów geotermalnych, gdzie występuje ryzyko skażenia wód. Wyniki badań otrzymane w proponowanej pracy przyczyniają się ponadto do poszerzenia zakresu materiałów stosowanych w technologii płuczkowej. W ramach opisanej pracy wykonano badania płuczek, w których składach zastosowano dodatek Psyllium pozyskanego z rośliny Plantago ovata (babka jajowata). Płuczki te w swoich składach zawierały również inne materiały i środki pochodzenia naturalnego. Jako koloid ochronny zastosowano skrobię kleikowaną, jako środek strukturotwórczy – ksantan, welan lub skleroglukan, inhibitor jonowy – KCl oraz blokator węglanowy. Następnie dla uzyskania poprawy inhibicyjnych właściwości płuczek wiertniczych wprowadzono do składu dodatek inhibitora polimerowego w postaci pochodnej alkoholu tłuszczowego. Dotychczas uzyskane wyniki badań wskazują na możliwość wdrożenia do praktyki przemysłowej nowego środka pozyskiwanego z materiału roślinnego do płuczek wiertniczych, szczególnie przeznaczonych do warunków, w których istnieje ryzyko skażenia wód.

EN

The article presents the results of laboratory tests of a new type of drilling fluid agent. These tests were conducted using mud formulations based on the compositions containing agents of natural origin, such as viscosifiers, filtration control agents, and rock hydration inhibitors. The described tests led to the development of a non-toxic fluid composition with properties suitable for use in well drilling. Tests were also carried out on muds with varying degrees of mineralization and solid phase content. Research was also carried out to develop a drilling mud with effective rock hydration inhibition, using non-toxic agents. The results enabled the selection of new chemical agents for drilling fluids. The study led to the development of an effective method for controlling filtration, rheological parameters, and inhibition properties of drilling fluids during geothermal well drilling, where there is a risk of water contamination. Moreover, the research results obtained in this study contribute to expanding the range of materials used in mud technology. In the described work, tests were carried out on drilling muds containing Psyllium derived from the Plantago ovata plant. These muds also contained other natural materials and agents. Starch was used as a filtration-reducing agent; xanthan, welan, or scleroglucan as a structure-forming agents; KCl as an ion inhibitor; and a calcium carbonate blocker. To improve the inhibitory properties of drilling muds, a polymer inhibitor in the form of a fatty alcohol derivative was added to the mud composition. The test results indicate the potential for introducing a new agent derived from plant material into industrial practice for drilling muds, particularly under conditions where there is a risk of water contamination.

2

Biowęgiel jako innowacyjny środek mostkujący w płuczkach wiertniczych

Jasiński Bartłomiej, Zima Grzegorz, Błaż Sławomir

Nafta-Gaz

|

2025

|

R. 81, nr 5

342--354

PL

Biowęgiel powstaje w procesie pirolizy w temperaturze 350–700°C przy ograniczonym dostępie powietrza z pozostałości biomasowych pochodzących z produkcji drzewnej, przetwórstwa owocowo-warzywnego czy produkcji rolnej. Do jego produkcji wykorzystuje się także wysegregowane biodegradowalne odpady komunalne czy też osady ściekowe. Z uwagi na właściwości fizyczne biowęgla, takie jak duża wytrzymałość oraz możliwość uzyskiwania różnych granulacji, przeprowadzono badania nad możliwością zastosowania tego materiału w technologii płuczkowej jako materiału blokującego. Zastosowanie w płuczce wiertniczej zmielonego biowęgla o odpowiednio dobranych rozmiarach ziaren może pozwolić na utworzenie na ścianie otworu wiertniczego szczelnego osadu, co z kolei może przyczynić się do ograniczenia inwazji filtratu z płuczki do strefy przyodwiertowej. W artykule zaprezentowano wyniki badań nad wpływem dodatku biowęgla o zróżnicowanych pod względem wielkości ziaren frakcjach na parametry technologiczne płuczek wiertniczych ze szczególnym uwzględnieniem filtracji. W pierwszej kolejności przeprowadzono dobór składu płuczki wiertniczej, której parametry reologiczne zapewnią zawieszenie fazy stałej w postaci środków blokujących, tj. biowęgla oraz tradycyjnego blokatora węglanowego. Po opracowaniu płuczki bazowej jej skład modyfikowano poprzez dodatek różnych konfiguracji środków blokujących, ze względu na ich budowę chemiczną, jak i wielkość ziaren. Tak zmodyfikowane płuczki poddano badaniom właściwości technologicznych, takich jak: parametry reologiczne, filtracja, pH. Na podstawie wyników przeprowadzonych badań w realizowanej pracy określono, które z badanych składów są najbardziej efektywne w obniżaniu filtracji płuczek wiertniczych.

EN

Biochar is produced by pyrolysis at 350–700°C under limited air supply from biomass derived from wood production, fruit and vegetable processing, or agricultural operations. Segregated biodegradable municipal waste or sewage sludge is also used in its production. Due to the physical properties of biochar, such as high strength and the possibility of obtaining various grain sizes, research has been conducted into the potential use of this material in drilling mud technology as a bridging agent. The use of ground biochar with appropriately sized grains in drilling mud may enable the formation of an impenetrable filter cake on the borehole wall, which, in turn, can help reduce the invasion of mud filtrate into the near-wellbore zone. This article presents the results of a study on the effect of adding biochar with different grain size fractions on the technological parameters of drilling muds, with particular emphasis on filtration. Initially, the composition of the drilling mud was selected to ensure rheological parameters that allow for the suspension of the solid phase in the form of bridging agents, i.e. biochar and carbonate blocker. Once the base mud was developed, its composition was modified by adding different configurations of bridging agents, taking into account their chemical structure and grain size. The modified muds were subjected to tests of technological properties, including rheological parameters, filtration, and pH. Based on the results of the study, the compositions most effective in reducing the filtration of drilling muds were identified.

3

Aspects of effective removal of rock particles from inclined and horizontal boreholes

Shirinov Magomed M., Bogopolsky Vadim O., Bagirov Azad A.

Nafta-Gaz

|

2025

|

R. 81, nr 3

183--187

EN

Drilling inclined and horizontal wells in offshore conditions presents numerous challenges. One of the main reasons for the large number of complications that can occur when drilling long boreholes, is the removal of cuttings without causing interference at the wellhead. The technical and technological approach discussed in this study constitutes a primary concern in enhancing the efficacy of borehole cleaning from the formation particles in both directional and horizontal wells, particularly in cases of substantial deviations. This technique, which takes geological conditions into account, is compared with traditional well-cleaning methods. It should be noted that the article is of a review nature. One of the most critical aspects of directional well construction is the efficient transportation of drilled rock particles (cuttings) from the well. Ensuring high-quality sludge transport to the surface is essential when drilling horizontal wells. Inadequate borehole cleaning leads to the accumulation of sludge, resulting in severe issues that may require substantial cost to resolve. The efficiency of sludge removal by the upward flow of the drilling mud depends significantly on the borehole’s zenith angle. As this angle increases, sludge becomes more challenging. The most significant difficulties typically occur in the 60–90° range, where sludge accumulates on the bottom wall of the well, forming an extended and stable “slurry cushion”. Cleaning the borehole in this interval appears to be a challenging task that frequently necessitates a significant investment of time.

PL

Wiercenie odchylonych i poziomych odwiertów w warunkach morskich wiąże się z licznymi wyzwaniami. Jednym z głównych problemów w długich otworach wiertniczych jest skuteczne usuwanie zwiercin bez zakłócania pracy na głowicy odwiertu. Podejście techniczne i technologiczne omówione w niniejszym opracowaniu koncentruje się na zwiększeniu efektywności oczyszczania otworów z cząstek skał w odwiertach kierunkowych i poziomych, szczególnie w przypadku znacznych odchyleń. Technika ta, uwzględniająca warunki geologiczne, jest porównywana z tradycyjnymi metodami oczyszczania otworów wiertniczych. Należy podkreślić, że artykuł ma charakter przeglądowy. Jednym z kluczowych aspektów budowy odwiertów kierunkowych jest efektywne usuwanie zwiercin. Zapewnienie odpowiedniego transportu urobku na powierzchnię ma kluczowe znaczenie podczas wiercenia odwiertów poziomych. Niewystarczające oczyszczanie odwiertu prowadzi do gromadzenia się zwiercin, co skutkuje poważnymi problemami wymagającymi znacznych nakładów finansowych na ich rozwiązanie. Skuteczność usuwania zwiercin przez przepływ płuczki wiertniczej w górę zależy w znacznym stopniu od kąta zenitalnego odwiertu. Wraz ze wzrostem tego kąta, usuwanie zwiercin staje się coraz trudniejsze. Największe trudności występują zwykle w zakresie 60–90°, gdzie zwierciny gromadzą się na dolnej ścianie otworu, tworząc wydłużoną i stabilną warstwę osadową. Oczyszczanie odwiertu w tym obszarze jest trudnym zadaniem, które często wymaga znacznych nakładów czasu.

4

Płuczki do wierceń geotermalnych - kluczowe kryteria doboru

Szczygieł Andrzej, Jamrozik Aleksandra

Wiadomości Naftowe i Gazownicze

|

2024

|

R. 27, Nr 1 (299)

4-10

PL

Wiercenie otworów geotermalnych z niewłaściwie zaprojektowanym płynem wiertniczym może wiązać się z wieloma wcześniej niezdefiniowanymi zagrożeniami, z których wszystkie mogą zmniejszać przepuszczalność formacji. Wybór najbardziej odpowiedniego systemu wymaga zrozumienia złoża i formacji, które mają być przewiercane. Oprócz tego, że płuczka wiertnicza jest bezpieczna i ekonomiczna w stosowaniu, powinna być kompatybilna z płynem złożowym, tak aby uniknąć wytrącania się soli lub osadów. Odpowiednio zaprojektowany płyn powinien tworzyć osad filtracyjny na powierzchni formacji i nie powinien wnikać zbyt głęboko w formację. Filtrat powinien hamować lub zapobiegać pęcznieniu reaktywnych cząstek ilastych w porach lub szczelinach formacji złożowej. Gdy mechanizm uszkodzeń zmniejszy przepuszczalność złoża, rzadko jest możliwe przywrócenie złoża do pierwotnego stanu.

EN

Drilling geothermal wells with unproperly designed drilling fluid can introduce a host of previously undefined risks, all of which can reduce formation permeability. Selecting the most suitable fluid system requires an understanding of the reservoir and formations to be drilled. In addition to being safe and economical for the application, a drilling fluid should be compatible with the reservoir fluid to avoid causing precipitation of salts or scales. A properly designed fluid should establish a filter cake on the face of the formation and shouldn’t penetrate too far into the formation. The fluid filtrate should inhibit or prevent swelling of reactive clay particles within the pore throats or fractures. Once a damage mechanism has diminished the permeability of a reservoir, it seldom is possible to restore the reservoir to its original condition.

5

Gospodarka obiegu zamkniętego w branży technologii bezwykopowych – potencjalne zastosowanie aktualnie dostępnych rozwiązań

Siąkała Łukasz, Źrebiec Damian

Wiadomości Naftowe i Gazownicze

|

2024

|

R. 27, Nr 7 (305)

4-11

PL

Ze względu na postępującą urbanizację, technologie bezwykopowe stają się jedyną możliwością rozbudowy infrastruktury czy usuwania jej bieżących awarii. W procesie wiercenia otworów dla inżynierskich instalacji infrastrukturalnych, coraz większą uwagę przywiązuje się do aspektów finansowych, jakościowych, ale przede wszystkim kwestii środowiskowych. Fakt ten ma bezpośredni wpływ na coraz powszechniejsze stosowanie zasad gospodarki obiegu zamkniętego.[1] [Płyny i dodatki stosowane w branży Technologii Bezwykopowych - kluczowe kryteria doboru (część 2)].Artykuł poświęcony gospodarce obiegu zamkniętego w branży technologii bezwykopowych, skupia się na omówieniu wykorzystywanych lub mających potencjalne zastosowanie urządzeń oraz systemów w procesie budowy bezwykopowej. Zrozumienie i przygotowanie procesu w ramach zasad obiegu zamkniętego, pozwala na optymalizację kosztów, zwiększenie tempa oraz efektywności, przy zachowaniu wysokiej jakości realizowanych prac.

EN

The article starts a discussion of the closed system economy within the Trenchless Industry for applying, utilizing the available and potential usage solutions in the market. Compact cities, especially in Europe, created an urge to develop advanced trenchless techniques, sometimes the only option for expansion, rehabilitation or removal of current infrastructure failures. In the drilling for the engineering infrastructure installations, more and more attention is on the financial, quality, safety and environmental aspects, which create the need for effective closed, close to zero-waste systems to improve performance. The focus will be here on introducing and describing the most popular equipment and techniques utilized to create the closed system for trenchless, Horizontal Directional Drilling, Micro Tunnel Boring Machines and Direct Steerable Pipe Thrusting.

6

Gospodarka obiegu zamkniętego w branży oil & gas - potencjalne zastosowanie aktualnie dostępnych rozwiązań

Źrebiec Damian, Mamczak Bartosz

Wiadomości Naftowe i Gazownicze

|

2024

|

R. 27, Nr 6 (304)

10-17

PL

Gospodarka obiegu zamkniętego to proces polegający na maksymalnym wykorzystaniu zasobów w procesie produkcji oraz ograniczeniu negatywnego oddziaływania odpadów na środowisko naturalne. W kontekście obiegu zamkniętego w branży Ropa i Gaz, kluczowym narzędziem prawidłowego funkcjonowania systemu jest efektywne wykorzystanie płuczek, ich należyte magazynowanie i ponowne wykorzystanie w przyszłości, zastosowanie wysoko jakościowych materiałów chemicznych, efektywny proces odgazowania, neutralizacja skażeń, oczyszczanie płuczek wiertniczych, dosuszanie zwiercin, odzysk barytu i optymalizacja kosztów transportowych. Odpowiedni dobór receptury płuczek, a następnie dodatków neutralizujących potencjalne skażenia mogące występować podczas wiercenia oraz wykorzystanie odpowiedniego sprzętu oczyszczającego pozwala na ograniczenie zużycia materiałów chemicznych. Ogranicza to również konieczność rozcieńczania płuczki w celu obniżenia zawartości procentowej fazy stałej, a co za tym idzie, kosztów związanych z utylizacją płuczki poprzez zwiększanie jej objętości. Efektywne wykorzystanie dostępnych rozwiązań opisanych w artykule pozwala również na przygotowanie płynu wiertniczego do jego magazynowania i tym samym do jego ponownego wykorzystania.

EN

A circular economy is a process aimed at maximizing resource utilization in the production process while minimizing the negative impact of waste on the natural environment. In the context of the circular economy within the oil and gas industry, the effective use of drilling fluids, their proper storage and future reuse, the application of high-quality chemical materials, and efficient processes for degassing, contamination neutralization, cleaning of drilling fluids, drying of cuttings, barite recovery, and optimization of transportation costs are key tools for the proper functioning of the system. The appropriate formulation of drilling fluids, followed by the addition of neutralizing agents to address potential contaminants that may arise during drilling, as well as the use of suitable cleaning equipment, helps reduce the consumption of chemicals. This also reduces the need to dilute the drilling fluid to lower percentage of solid phase content, thereby decreasing costs associated with the disposal of drilling fluids by increasing their volume. Efficient use of the available solutions described in the article also allows for the preparation of drilling fluids for storage and their reuse.

7

Determination of dynamic formation pressure in the wellbore zone

Bahshaliyeva Shirin

Nafta-Gaz

|

2024

|

R. 80, nr 10

625–-628

EN

The article shows that the pressure drop in the near-wellbore zone decreases with increasing time that the well is left uncased due to the filtration of the drilling fluid filtrate into the formation. Under certain conditions, this does not pose a risk of drill string sticking. From the perspective of establishing the nature of changes in dynamic reservoir pressure behind the mud cake, the experimental studies by Johnson and Klotz (Stepanov, 1999), which determine the amount of filtrate entering the reservoir under both static and dynamic conditions, are particularly interesting. It should be noted that establishing the amount of filtrate experimentally takes into account in advance the nonlinearity of fluid movement along the borehole wall and through formation rocks. Reservoir pressure will increase to the depth of penetration of the drilling fluid filtrate, so the value of Rk is taken equal to the radius of a certain contour with formation pressure. The article shows that the dynamic reservoir pressure behind the mud cake initially rises intensively over time, and then, after a certain point, remains almost constant; the filtrate from the drilling fluid entering the formation partially displaces the reservoir fluid and fills the resulting pore space. During dynamic filtration, an intensive increase in pressure behind the mud cake occurs within 20–30 hours and depends little on the absolute values of fluid loss from the washing liquid, the thickness of the mud cake, and the initial pressure drop. Experience in drilling deep wells shows that sticking of the lower part of the drill string primarily occurs when opening productive horizons with low permeability (0.06–2) · 10–15 m2. Consequently, the ratio of the permeability of the rock of deep-lying productive horizons to that of the mud cake is approximately more than 1,000. Therefore, when opening productive horizons, pressure equalization practically does not occur, and leaving the drill string against these rock formations without movement for 15–20 minutes leads to its sticking due to the pressure difference.

PL

W artykule wykazano, że spadek ciśnienia w strefie przyodwiertowej zmniejsza się wraz z wydłużeniem czasu, w którym odwiert pozostaje niezarurowany, ze względu na przenikanie filtratu płuczki wiertniczej do formacji. W określonych warunkach nie stwarza to ryzyka zakleszczenia przewodu wiertniczego. Z punktu widzenia ustalenia charakteru zmian ciśnienia dynamicznego w złożu poza osadem płuczkowym, szczególnie interesujące są badania eksperymentalne Johnsona i Klotza (Stepanov, 1999), które określają ilość filtratu przedostającego się do złoża zarówno w warunkach statycznych, jak i dynamicznych. Należy zauważyć, że ustalając ilość filtratu eksperymentalnie, z góry zakłada się nieliniowość ruchu płynu wzdłuż ściany odwiertu i przez skały formacji. Ciśnienie złożowe będzie wzrastać do głębokości penetracji filtratu płuczki wiertniczej, dlatego wartość Rk przyjmuje się jako równą promieniowi danego konturu przy ciśnieniu złożowym. W artykule wykazano, że dynamiczne ciśnienie złożowe za osadem płuczkowym początkowo intensywnie rośnie w czasie, a następnie, po pewnym czasie, pozostaje prawie stałe; filtrat z z płuczki wiertniczej wpływający do formacji częściowo wypiera płyn złożowy i wypełnia powstałą przestrzeń porową. Podczas filtracji dynamicznej intensywny wzrost ciśnienia za osadem płuczkowym następuje w ciągu 20–30 godzin i zależy w niewielkim stopniu od bezwzględnych wartości utraty płuczki, grubości osadu płuczkowego i początkowego spadku ciśnienia. Doświadczenie w wierceniu głębokich odwiertów pokazuje, że zakleszczenie dolnej części przewodu wiertniczego występuje głównie podczas wiercenia horyzontów produkcyjnych o niskiej przepuszczalności (0,06–2) · 10–15 m2. W związku z tym stosunek przepuszczalności skał głęboko położonych horyzontów produkcyjnych do przepuszczalności osadu płuczkowego wynosi w przybliżeniu ponad 1000. Dlatego podczas przewiercania poziomów złożowych praktycznie nie występuje wyrównanie ciśnienia, a pozostawienie przewodu wiertniczego w tych formacjach bez ruchu przez 15–20 minut prowadzi do jego zakleszczenia z powodu różnicy ciśnień.

8

Wpływ cieczy przemywających na jakość zacementowania rur po użyciu płuczek wiertniczych o różnych mechanizmach inhibitowania hydratacji

Jasiński Bartłomiej, Uliasz Małgorzata, Zima Grzegorz, Błaż Sławomir

Nafta-Gaz

|

2023

|

R. 79, nr 3

171--183

PL

Jednym z najważniejszych wymogów stawianych przed zabiegiem cementowania kolumn rur okładzinowych jest to, aby stwardniały zaczyn cementowy tworzył maksymalnie szczelne i trwałe połączenie między rurami a skałą. Mimo dużego postępu w technice cementowania, jak i coraz bardziej nowoczesnych składów stosowanych zaczynów cementowych ciągle zdarzają się nieudane zabiegi, szczególnie w utworach ilastych i zailonych. W trakcie przewiercania tego typu skał niekontrolowana hydratacja wywołana fizykochemicznym oddziaływaniem filtratu z nieodpowiednio zastosowanej płuczki wiertniczej może powodować naruszenie stateczności ściany otworu przez zachodzenie zjawiska dyspersji lub pęcznienia, dlatego stosuje się płuczki wiertnicze zawierające w składzie związki chemiczne mające za zadanie maksymalne ograniczenie niekorzystnego zjawiska pęcznienia minerałów ilastych. Utworzony na ścianie otworu osad korzystnie wpływa na proces wiercenia, jednak może być przyczyną gorszej przyczepności kamienia cementowego po zabiegu cementowania rur okładzinowych. Artykuł przedstawia wyniki badań laboratoryjnych nad sformułowaniem składu cieczy przemywających pozwalających uzyskać wysoką jakość zacementowania kolumn rur okładzinowych po stosowaniu przy wierceniu płuczek wiertniczych zawierających różne inhibitory hydratacji skał ilastych: lateks, glikol, poliaminę. Do oceny skuteczności działania poszczególnych cieczy przemywających wykorzystano nowatorską metodykę badawczą polegającą na zastosowaniu cylindrycznych rdzeni skalnych. Na rdzeniach tych wytwarzano osad płuczkowy w warunkach otworopodobnych, używając aparatu Grace M2200 oraz specjalnie przystosowanej do tego komory HPHT. Następnie próbki poddawano przemywaniu za pomocą cieczy zawierających różne środki powierzchniowo czynne, a na końcu cementowano. Zacementowane próbki rdzeni skalnych były sezonowane w temperaturze 20°C oraz 50°C przez okres dwóch i siedmiu dni, po czym mierzono siłę potrzebną do zerwania przyczepności na kontakcie stwardniałego zaczynu cementowego ze skałą. Analiza uzyskanych wyników pozwoliła wytypować środki, których użycie zapewnia najwyższą efektywność w usuwaniu osadu wytworzonego przez płuczkę wiertniczą.

EN

One of the main criteria to be met prior to the cementing the casing pipe column is that the hardened cement slurry should form the most tight and durable connection between the pipes and the rock. Despite the great progress in both the cementing technique and the increasingly modern compositions of the cement slurries used, unsuccessful treatments still occur, especially in clay and silt formations. When drilling through this type of rock, uncontrolled hydration caused by the physicochemical influence of the filtrate from improperly applied drilling mud may disturb the stability of the borehole wall through dispersion or swelling phenomena. This is why drilling fluids containing chemical compounds are used to minimize the unfavorable phenomenon of mineral swelling. The sediment formed on the wall of the hole has a positive effect on the drilling process, but it may lead to deteriorated adhesion of the cement stone after cementing of the casing pipes. The article presents the results of laboratory studies on the formulation of washer fluids to achieve high-quality cementation of casing columns after the use of drilling muds containing various hydration inhibitors of clay rocks: latex, glycol, polyamine. An innovative research methodology based on the use of cylindrical rock cores was used to assess the effectiveness of washer fluids. On these cores, a filter cake was produced in borehole-like conditions, using the Grace M2200 apparatus and a specially adapted HPHT chamber. The samples were then washed with liquids containing various surfactants and finally cemented. The cemented rock core samples were seasoned at 20°C and 50°C for two and seven days, and then the force needed to break the adhesion on the contact of the hardened cement slurry with the rock was measured. The analysis of the obtained results made it possible to select the agents the use of which ensures the highest efficiency in removing the sediment produced by the drilling mud.

9

Płuczka wiertnicza na osnowie polimerów syntetycznych z dodatkiem nanomateriałów dostosowana do warunków otworowych

Zima Grzegorz, Jasiński Bartłomiej, Uliasz Małgorzata, Błaż Sławomir

Nafta-Gaz

|

2023

|

R. 79, nr 3

157--170

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań nad zastosowaniem poli-merów syntetycznych zbudowanych z merów winylowoamidowych, winylowosulfonowych, akrylowosulfonowych lub bezwodnika maleinowego do regulowania filtracji płuczek wiertniczych. Płuczki te zawierały w swoim składzie koloid ochronny typu skrobiowego, biopolimer, nanokrzemionkę hydrofobową dyspergowaną za pomocą sonifikatora w wodnym roztworze środków powierzchniowo czynnych oraz jonowy inhibitor hydratacji skał (KCl) i blokator węglanowy celem wytworzenia osadu filtracyjnego. Na podstawie przeprowadzonych badań z wykorzystaniem nowych środków syntetycznych dokonano ich doboru do regulowania filtracji oraz parametrów reologicznych płuczek wiertniczych w różnych warunkach geologicznych. Badania przeprowadzono dla płuczek o różnym stopniu zmineralizowania, przy różnej zawartości fazy stałej. Wykonano również badania właściwości smarnych i inhibicyjnych płuczek. Na podstawie uzyskanych wyników zaproponowano składy płuczek charakteryzujące się niską filtracją w warunkach HPHT. Przeprowadzono pomiary statycznej filtracji HPHT na standardowych sączkach do pomiaru filtracji oraz w temperaturach 60°C i 120°C. Filtrację przy użyciu aparatu Grace M2200 HPHT wykonano na rdzeniach o porowatości 20 µm. W celu odtworzenia warunków otworowych do płuczek dodawano zwierciny (zmielony łupek mioceński) i skażenia chemiczne w postaci chlorków wapnia i magnezu. Wyniki pomiarów na aparacie Grace M2200 HPHT podane w artykule zostały przeliczone na podstawie stosunku po- wierzchni filtracji w celu porównania ze statyczną filtracją HPHT. Uzyskane wyniki badań mogą znaleźć zastosowanie w warunkach przemysłowych podczas głębokich wierceń oraz pozyskiwania energii geotermalnej.

EN

The article presents the results of research on the use of synthetic polymers made of vinylamide, vinylsulfonic, acryl-sulfonic or maleic anhydride to regulate the filtration of drilling fluids. These muds contained a starch-type colloid, a biopolymer, hydrophobic nanosilica dispersed using a sonificator in an aqueous solution of surfactants, as well as an ionic rock hydration inhibitor (KCl) and a carbonate blocker to produce a filter cake. Based on the research carried out with the use of new synthetic agents, their selection was made for regulating the filtration and rheological parameters of drilling fluids under various geological conditions. The tests were carried out for muds of various mineralization levels, with different solids content. The lubricating and inhibitory properties of the muds were also tested. On the basis of the obtained results, the drilling fluids compositions with low HPHT filtration were proposed. Static HPHT filtration measurements were performed on standard filters for filtration measurement and at a temperature of 60 and 120°C. Filtration using a Grace M2200 HPHT apparatus was performed on cores with a porosity of 20 µm. In order to restore the borehole conditions, drill cuttings (ground Miocene shale) and chemical contamination in the form of calcium and magnesium chlorides were added to the muds. The results of the measurements made using the Grace M2200 HPHT apparatus given in the article were converted from the filtration area ratio for comparison with the static HPHT filtration. The obtained research results can be used in industrial conditions during deep drilling and the acquisition of geothermal energy.

10

Method of sidetracking by opening two windows in the columns of different diameters

Asadov Famil A., Akhundova Nargiz R., Rzazade Samad A., Bahshaliyeva Shirin

Nafta-Gaz

|

2023

|

R. 79, nr 8

537--544

EN

While drilling from a vertical shaft the orientation of the diverter is carried out with the help of a magnetometer, leaving an interval of 18 m from the casing. The length of the milled interval could be reduced if a gyroscopic compass is used to orient the BHA. The open borehole section is covered with a strong cement sheath. To avoid magnetic interference, the bridge is drilled down to a depth of 6 m above the bottom of the open interval. A disadvantage of the full casing section milling method is an increased requirement on the strength of the cement bridge for drilling, and the difficulty in finding the head of the lower casing section if it needs to be drilled through after the sidetrack. In many cases, the mechanical drilling rate is limited by the conditions for removing cuttings, and for a horizontal section, the problem of removing cuttings becomes even more complicated. The design of modern milling tools is meant to produce small swarf that does not form clusters and is easily removed from the hole. During milling, it is preferable to flush the well with polymer drilling muds rather than clay muds. Hydrocarbon-based muds are not recommended for milling at all. An alternative to milling the entire casing cross-section is to make windows in the casing. This requires the installation of an oriented whipstock and the milling of the window in several stages. After a whipstock is positioned in the required direction, the stud connecting it with a milling machine of the first stage is cut off. On this basis, the paper proposes a method of sidetracking.

PL

Podczas wiercenia pionowego odwiertu orientację odchylacza przeprowadza się za pomocą magnetometru, pozostawiając niezarurowany interwał 18 m. Długość wyfrezowanego interwału mogłaby zostać zmniejszona, gdyby do orientacji BHA użyto kompasu żyroskopowego. Udostępniony odcinek odwiertu pokryty jest solidnym płaszczem cementowym. W celu uniknięcia zakłóceń magnetycznych płaszcz cementowy zwiercany jest do głębokości 6 m nad spodem otwartego interwału. Wadą metody frezowania całej sekcji obudowy są zwiększone wymagania co do wytrzymałości korka cementowego przy wierceniu oraz trudność w znalezieniu czoła dolnego odcinka rur okładzinowych w przypadku konieczności jej przewiercenia po wykonaniu sidetrackingu. W wielu przypadkach prędkość wiercenia mechanicznego jest ograniczona warunkami usuwania zwiercin, a dla odcinka poziomego problem usuwania zwiercin staje się jeszcze bardziej skomplikowany. Konstrukcja nowoczesnych narzędzi frezujących ma na celu wytwarzanie małych wiór, które nie tworzą skupisk i są łatwe do usunięcia z otworu. Podczas frezowania bardziej korzystne jest płukanie odwiertu płuczkami polimerowymi niż płuczkami ilastymi. Z kolei płuczki na bazie węglowodorów w ogóle nie są zalecane do frezowania. Alternatywą dla frezowania całego przekroju rur okładzinowych jest wykonanie w nich okien. Wymaga to zamontowania zorientowanego klina odchylającego i wyfrezowania okna w kilku etapach. Po ustawieniu klina odchylającego w wymaganym kierunku odcinany jest kołek łączący go z frezarką pierwszego stopnia. Na tej podstawie w artykule zaproponowano wykorzystanie metody sidetrackingu.

11

Experimental studies of the carrying capacity of the drilling fluid

Chudyk Igor, Dudych Ivan, Seniushkovych Mykola, Vytvytsky Ivan, Vytiaz Andrii

Nafta-Gaz

|

2023

|

R. 79, nr 9

584--591

EN

The main factors affecting the efficiency of the carrying capacity of drilling fluid are analysed in the paper. A description of the design of an experimental setup for modeling the well flushing process is presented, which makes it possible to evaluate the efficiency of the carrying capacity of a fluid from a variety of factors under study. To conduct experimental studies of the influence of factors on the efficiency of cleaning wells from cuttings, an experimental plan was built using the Taguchi methods for six factors at three levels of their change. According to the plan, we studied the effect of such parameters on the carrying capacity of the drilling fluid at various values of its flow rate: the variability of the drill string in the well; the cuttings particle diameter; the plastic viscosity of the drilling fluid; the pulsation frequency; the rotation of the drill string and its longitudinal movement. The nature of the formation of stagnant rock zones in the annulus of directional wells has been assessed. The influence of factors according to the constructed plan of the experiment at the distance of the beginning of settlement of the cuttings was studied. Based on the results of the studies, it was found that changing the range of these factors reduces the volume of rock deposited on the lower wall of the directional wellbore. It has been established that the use of a pulsating flow of flushing fluid makes it possible to reduce the value of its consumption and improve the efficiency of cleaning the annular space of wells from cuttings.

PL

W artykule przeanalizowano główne czynniki wpływające na efektywność nośności płuczek wiertniczych. Podano opis projektu eksperymentalnej instalacji do modelowania procesu płukania otworów, która pozwala na ocenę efektywności nośności płynu od różnych badanych czynników. W celu przeprowadzenia badań eksperymentalnych wpływu czynników na efektywność oczyszczania otworów ze zwiercin zbudowano plan eksperymentu metodami Taguchi dla sześciu czynników na trzech poziomach ich zmiany. Zgodnie ze skonstruowanym planem zbadano wpływ następujących parametrów na nośność płuczki wiertniczej przy różnych wartościach jej natężenia przepływu: mimośrodowość przewodu wiertniczego w otworze, średnica cząstek zwiercin, lepkość plastyczna płuczki wiertniczej, częstotliwość pulsacji, obrót przewodu wiertniczego i jego ruch wzdłużny. Oceniono charakter powstawania stref stagnacji cząstek skalnych w przestrzeni pierścieniowej odwiertów kierunkowych. Zgodnie ze skonstruowanym planem eksperymentu badano wpływ poszczególnych czynników na długość początkowego odcinka osadzania się zwiercin. Na podstawie wyników przeprowadzonych badań ustalono, że zmiana zakresu tych czynników zmniejsza objętość skały, która osadziła się na dolnej ścianie odwiertu kierunkowego. Stwierdzono, że zastosowanie pulsacyjnego przepływu płynu przemywającego pozwala na zmniejszenie wartości jej zużycia oraz poprawę efektywności oczyszczania przestrzeni pierścieniowej otworów ze zwiercin.

12

Badania laboratoryjne nad zwiększeniem przewodności cieplnej płuczek wiertniczych przeznaczonych do wierceń geotermalnych

Błaż Sławomir, Zima Grzegorz, Jasiński Bartłomiej

Nafta-Gaz

|

2023

|

R. 79, nr 5

338--348

PL

Jednym z potencjalnych kierunków rozwoju energetyki w Polsce jest wykorzystanie dla celów geotermalnych jako źródła energii głęboko zlokalizowanych wód o wysokich temperaturach. Udostępnianie złóż geotermalnych wiąże się z wysokimi wymogami stawianymi stosowanym płuczkom wiertniczym. Wysoka temperatura i ciśnienie panujące na dnie otworu wiertniczego są główną przyczyną zmiany parametrów reologicznych, ekwiwalentnej gęstości cyrkulacyjnej i objętości płuczki wiertniczej. Dlatego niezmiernie istotne jest, aby płuczka wiertnicza miała odpowiednią charakterystykę przewodnictwa cieplnego. Szczególnie ważne jest to w przypadkach wiercenia otworów, gdzie występująca różnica między ciśnieniem porowym a ciśnieniem szczelinowania jest niewielka. Właściwości termofizyczne, takie jak przewodność cieplna i ciepło właściwe płuczki wiertniczej, wpływają na wymianę ciepła i odgrywają zasadniczą rolę w profilu temperaturowym cieczy wiertniczych cyrkulujących w otworze. Przewodność cieplna i właściwa pojemność cieplna są zależne od składu płuczki wiertniczej, gęstości, właściwości reologiczno-strukturalnych i zawartości fazy stałej. W artykule przedstawiono badania przewodności cieplnej wodnodyspersyjnych płuczek wiertniczych przeznaczonych do wierceń geotermalnych. Określono wpływ podstawowych składników płuczki oraz środków do regulowania jej parametrów na właściwości termofizyczne. Zaprezentowane zostały wyniki badań z zakresu prac eksperymentalnych zmierzających do wyboru i zastosowania środków chemicznych poprawiających przewodność cieplną płuczek wiertniczych. Na podstawie analizy otrzymanych wyników z badań laboratoryjnych opracowano skład płuczki wiertniczej do wiercenia otworów geotermalnych charakteryzującej się zwiększonymi wartościami przewodności cieplnej przy zachowaniu wysokiej odporności na działanie wysokiej temperatury i ciśnienia.

EN

One of the potential directions of energy development in Poland is the use of deep waters with high temperatures as a source of energy for geothermal purposes. Accessing geothermal deposits is associated with exacting requirements in terms of the drilling muds used. The high temperature and pressure at the bottom of the borehole are the main cause of changes in rheological parameters, equivalent circulation density and drilling mud volume. Therefore, it is of the utmost importance that the drilling mud has adequate thermal conductivity characteristics. This is especially important in cases of drilling holes where the difference between the pore pressure and the fracture pressure is small. Thermophysical properties such as the thermal conductivity and heat capacity of the drilling mud affect heat transfer and play an essential role in the temperature profile of the drilling fluids circulating in the hole. Thermal conductivity and proper heat capacity depend on the drilling mud composition, density, rheological and structural parameters and solid phase content. The article presents the study of thermal conductivity of water based drilling muds intended for geothermal drilling. The influence of basic mud components and agents regulating its parameters on thermophysical properties was determined. The results of experimental research designed to select and apply chemicals to improve the thermal conductivity of drilling muds are presented. Based on the analysis of the results obtained from laboratory tests, a composition for drilling mud for drilling geothermal boreholes was created with enhanced thermal conductivity while maintaining strong resistance to high temperature and pressure.

13

Płuczka aminowo-glikolowa szansą na stabilność reaktywnych formacji ilasto-łupkowych oraz frakcji ilastej skał piaskowcowych

Uliasz Małgorzata, Zima Grzegorz, Jasiński Bartłomiej

Nafta-Gaz

|

2022

|

R. 78, nr 10

720--732

PL

Podczas przewiercania warstw skał ilasto-łupkowych często występują problemy z utrzymaniem stateczności ściany otworu. Wywołują je zarówno czynniki związane z regionalnymi oraz lokalnymi warunkami naprężeniowymi na danym obszarze, z właściwościami mechanicznymi skał w otworze, jak i z fizykochemicznymi oddziaływaniami w układzie skała–płuczka wiertnicza. Procesy fizykochemiczne związane z reakcją płuczki z przewiercanymi reaktywnymi utworami iłowców i mułowców są jednymi z kluczowych przyczyn niestabilności tych warstw. Zapobieganie skutkom tych niekorzystnych procesów fizykochemicznych należy prowadzić poprzez dobór mineralizacji płuczki wiertniczej w odniesieniu do mineralizacji wody w skale oraz zastosowanie w jej składzie inhibitorów polimerowych efektywnie ograniczających hydratację „wrażliwych na wodę” skał ilasto-łupkowych. W związku z tym ciągle są poszukiwane nowe technologie wysokoinhibitowanych płuczek wiertniczych, które pozwoliłyby na zmniejszenie hydratacji przewiercanych warstw w stopniu zbliżonym do efektu zastosowania płuczki inwersyjnej. Takie działanie przypisywane jest płuczkom, w których rolę inhibitora polimerowego pełnią środki zawierające w łańcuchu głównym grupę aminową. Środki te ze względu na specjalny mechanizm oddziaływania na przestrzenie międzypakietowe minerałów ilastych wyróżniają się wyższą skutecznością zapobiegania ich pęcznieniu i dyspersji niż znane i dotychczas stosowane inhibitory polimerowe. W artykule przestawione zostały wyniki badań nad opracowaniem wysokoinhibitowanej płuczki wiertniczej zawierającej różne rodzaje środków aminowych. Badania laboratoryjne przeprowadzono dla warunków występujących w przewiercanych utworach jednostek karpackich, jednostki stebnickiej i miocenu autochtonicznego. Celem tych badań była ocena właściwości reologiczno-strukturalnych i inhibitujących oraz filtracji nowej odmiany inhibitowanej płuczki wiertniczej – aminowo-glikolowej. Przeprowadzone w warunkach otworopodobnych badania z różnymi rodzajami środków aminowych wykazały przydatność tej płuczki do przewiercania warstw skał ilasto-łupkowych i dowiercania horyzontów produktywnych występujących na złożu Przemyśl.

EN

During drilling through shale rocks, problems with maintaining the stability of the borehole wall often occur. These issues are caused by factors related to both regional and local stress conditions in the impacted area, mechanical properties of rocks in the borehole and physicochemical interactions in the rock-drilling mud system. Physicochemical processes related to the reaction of the drilling mud with the drilled reactive clay and mudstone formations are one of the key reasons for the instability of these layers. Prevention of the effects of these adverse physicochemical processes should be lead through the selection of drilling fluid mineralization in relation to the mineralization of water in the rock and the use of polymeric inhibitors in its composition effectively limiting the hydration of “water sensitive” clay-shale rocks. Therefore, new technologies of highly inhibited drilling muds are still being researched, which would allow to reduce the hydration of the drilled layers to match that of the effect of using an inversion mud. This effect is attributed to the drilling muds, in which the role of the polymer inhibitor is played by agents containing an amino group in the main chain. Due to the special mechanism of impact on the interlayer spaces of clay minerals, these chemical agents are distinguished by a higher effectiveness of prevention of their swelling and dispersion compared to the hitherto known and previously used polymer inhibitors. The article presents the results of research on the development of a highly inhibited drilling mud containing various types of amine agents. The laboratory tests were carried out in conditions occurring in the drilled formations of the Outer Carpathian units, the Stebnik unit as well as the autochthonous Miocene. The aim of these studies was to assess the rheological-structural and inhibiting properties as well as the filtration of the new type of inhibited drilling mud – amine-glycol. Tests carried out in borehole-like conditions with different the types of amine agents showed the suitability of this drilling mud for drilling clay-shale layers and for drilling productive horizons occurring in the Przemyśl gas field.

14

Badania nad podwyższeniem odporności płuczek wiertniczych z uwagi na niekorzystne warunki złożowe podczas wierceń geotermalnych

Jasiński Bartłomiej, Uliasz Małgorzata, Zima Grzegorz, Błaż Sławomir

Nafta-Gaz

|

2022

|

R. 78, nr 4

274--287

PL

Udostępnianie złóż geotermalnych wiąże się z wysokimi wymogami stawianymi stosowanym płuczkom wiertniczym. Trudności podczas wiercenia wynikają głównie z podwyższonej temperatury i ciśnienia oraz czynników związanych ze składem mineralogicznym przewiercanych warstw oraz dopływających wód. W warunkach podwyższonej temperatury dochodzi do obniżenia wartości parametrów reologicznych i do wzrostu filtracji płuczki wiertniczej. Dzieje się tak na skutek zmian fizycznych zachodzących w płuczce pod wpływem temperatury lub pod wpływem degradacji polimerów odpowiedzialnych za nadawanie płuczce odpowiednich parametrów reologicznych i za ograniczanie filtracji. W pierwszym przypadku jest to proces odwracalny, natomiast w przypadku degradacji polimeru konieczna jest ciągła obróbka płuczki przez dodanie kolejnych porcji polimeru. Z degradacją polimeru mamy do czynienia szczególnie w przypadku równoczesnego występowania podwyższonej temperatury i skażeń jonami dwuwartościowymi (Ca2+ i Mg2+). Dobra stabilność termiczna płuczki zależy głównie od rodzaju i stężenia stosowanych do jej sporządzenia środków chemicznych charakteryzujących się zwiększoną odpornością termiczną. Artykuł przedstawia wyniki badań przeprowadzonych z wykorzystaniem środków takich jak: poli(kwas 2-akryloamido-2-metylopropanosulfonowy) (AMPS), sole mrówczanowe oraz nanocząsteczki węgla (nanorurki i tlenek grafenu). Przeprowadzono badania wpływu tych środków na podstawowe parametry płuczek wiertniczych, czyli na: parametry reologiczno-strukturalne, filtrację, pH. Następnie próbki płuczek zmodyfikowanych poprzez zastosowanie dodatku wyselekcjonowanych środków były poddawane oddziaływaniu temperatury 130°C przez 24 godziny w obecności jonów Ca2+ oraz Mg2+. Na podstawie uzyskanych wyników dokonano oceny skuteczności działania poszczególnych środków oraz wytypowano skład płuczki najlepiej spełniający wymogi zastosowania do wierceń geotermalnych.

EN

Drilling in geothermal reservoirs is associated with high requirements for the used drilling muds. Difficulties during drilling are mainly caused by the increased temperature and pressure as well as factors related to the mineralogical composition of the drilled layers and inflowing waters. In conditions of higher temperature there is a reduction in value of rheological parameters and increase in filtration of drilling muds. It happens as a result of physical changes taking place in the drilling mud due to temperature or the degradation of polymers responsible for giving the drilling mud appropriate rheological parameters and limiting filtration. In the first case, it is a reversible process, while in the case of polymer degradation, it is necessary to continuously treat the drilling mud by adding successive portions of polymer. Polymers degradation takes place especially in the case of simultaneous occurrence of increased temperature and contamination with divalent ions (Ca2+ and Mg2+). Good thermal stability of the drilling mud depends mainly on the type and concentration of chemicals used for its preparation, characterized by increased thermal resistance. The article presents the results of research based on the basis of measures such as: poly(2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid) (AMPS), formate salts and carbon nanoparticles (nanotubes and graphene oxide). Examinations included the influence of these agents on the parameters of drilling fluids, such as: rheological and structural parameters, filtration, and pH. Then, samples of drilling mud modified by the addition of selected agents were heated to the temperature of 130°C for 24 hours in the presence of Ca2+ and Mg2+ ions. On the basis of obtained results, the effectiveness of individual agents was assessed and the drilling mud composition best suited to the requirements of geothermal drilling was selected.

15

Badania nad doborem materiałów blokujących do tymczasowego uszczelnienia ściany otworu

Jasiński Bartłomiej, Uliasz Małgorzata, Budak Paweł, Majkrzak Marcin, Kłyż Łukasz

Nafta-Gaz

|

2022

|

R. 78, nr 5

358--374

PL

Skały zbiornikowe charakteryzują się systemem szczelin i porów, w których nagromadzone są węglowodory, a zwykle także woda złożowa. Proces dowiercania wymaga zastosowania cieczy, które mogą zapewnić odpowiedni stopień uszczelnienia przestrzeni porowej skał strefy przyodwiertowej, a jednocześnie nie grożą trwałym uszkodzeniem przepuszczalności formacji. Przedostanie się nadmiernej ilości fazy stałej lub filtratu płuczkowego do skały złożowej może doprowadzić do trwałego uszkodzenia przepuszczalności, co skutkuje ograniczeniem lub całkowitym brakiem możliwości eksploatacji złoża węglowodorów. Cząstki stałe o wymiarach mniejszych od średnic porów skały wnikają w głąb i blokują kanały porowe, zmniejszając przepuszczalność tym skuteczniej, im są bardziej miękkie i elastyczne. Z kolei wnikający filtrat powoduje wystąpienie wielu zjawisk fizycznych i chemicznych w skale zbiornikowej, przy czym decydującą rolę odgrywają pęcznienie i dyspersja minerałów ilastych wchodzących w skład skały zbiornikowej oraz zjawiska adhezyjno-kapilarne. Niniejszy artykuł prezentuje wyniki badań przeprowadzonych w celu opracowania składów cieczy charakteryzujących się jak najlepszą zdolnością do wytwarzania ścisłego osadu uszczelniającego na ścianie otworu, który jednocześnie w jak najwyższym stopniu ograniczy uszkodzenie strefy przyodwiertowej poprzez minimalizację zjawiska wnikania do niej filtratu oraz cząsteczek fazy stałej zawartej w cieczach wiertniczych. W charakterze środków mostkujących, oprócz tradycyjnych blokatorów węglanowych, zastosowane zostały nowoczesne środki takie jak mielony hausmanit (tetratlenek trimanganu). Przeprowadzono badania nad doborem składu płuczki wiertniczej, której parametry reologiczne zapewnią zawieszenie fazy stałej w postaci różnych rodzajów blokatorów. Po opracowaniu płuczki bazowej jej skład modyfikowano poprzez dodatek różnych konfiguracji blokatorów. Zestawy blokatorów dodawanych do płuczki były zróżnicowane zarówno pod względem budowy chemicznej, jak i rozmiaru cząstek. Tak zmodyfikowane płuczki poddano badaniom właściwości technologicznych, takich jak: parametry reologiczne, filtracja API, pH. W kolejnym etapie przeprowadzono badania laboratoryjne uszkodzenia przepuszczalności próbek skały zbiornikowej pod wpływem oddziaływania płuczki bazowej oraz płuczek z dodatkiem blokatorów, a także badania filtracji przez rdzenie skalne. Na podstawie uzyskanych w toku realizacji pracy wyników badań określono, które z badanych składów są najbardziej efektywne w zapobieganiu uszkodzenia przepuszczalności skał strefy przyodwiertowej.

EN

Reservoir rocks are characterized by a system of fissures and pores in which hydrocarbons accumulate. The drilling process requires the use of liquids that are able to provide the appropriate degree of sealing to minimize the risk of damage to the deposit. Penetration of an excessive amount of the solid phase or filtrate into the deposit rock may lead to permanent damage to the permeability, which results in the limitation or complete inability to exploit the hydrocarbons. Solid particles with dimensions smaller than the rock pore diameters penetrate deep into and block the pore channels, reducing the permeability. In turn, the penetrating filtrate causes the occurrence of many physical and chemical phenomena in the reservoir rock, where the decisive role is played by the swelling and dispersion of clay minerals included in the reservoir rock as well as adhesive-capillary phenomena. This article presents the results of research carried out in order to develop liquid compositions characterized by the best ability to produce a tight sealing deposit on the borehole wall, which at the same time will minimize damage to the near-well zone by minimizing the penetration of filtrate and solid phase particles. As bridging agents, in addition to traditional carbonate blockers, modern agents such as ground hausmanite (trimanganese tetroxide) have been used. Research was carried out on the selection of the composition of the drilling fluid, the rheological parameters of which will ensure the suspension of the solid phase in the form of various types of bridging agents. Following the development of the base mud, its composition was modified by adding different bridging agents configurations. The sets of agents added to the drilling mud varied both in terms of chemical structure and particle size. Such modified drilling muds were tested for technological properties, such as rheological parameters, API filtration, and pH. In the next stage, laboratory tests were carried out on the damage to the permeability of reservoir rock samples under the influence of the base mud and muds with the addition of bridging agents, and filtration through the rock cores. Based on the research obtained in the course of the work, it was determined which of the tested compositions are the most effective in preventing damage to productive zone.

16

Badania laboratoryjne nad zastosowaniem tetratlenku trimanganu jako materiału obciążającego do płuczek wiertniczych

Błaż Sławomir, Zima Grzegorz, Jasiński Bartłomiej

Nafta-Gaz

|

2022

|

R. 78, nr 3

208--218

PL

Wiercenie otworów metodą nadciśnieniową wymaga stosowania płuczek wiertniczych o gęstości gwarantującej zrównoważenie ciśnienia złożowego i zapewnienie stabilności otworu. Do zwiększania gęstości płuczek wiertniczych najczęściej wykorzystywane są materiały obciążające takie jak węglan wapnia, baryt, ferrohem, hematyt. W praktyce do obciążania płuczek wiertniczych do dowiercania stosowany jest węglan wapnia CaCO3 z uwagi na jego wysoką rozpuszczalność w kwasie. Jednak zbyt duża koncentracja węglanu wapnia w płuczce wpływa na podwyższenie parametrów reologicznych płuczki oraz związane z tym komplikacje wiertnicze (np. przechwycenie przewodu wiertniczego). Dlatego też do płuczek o wyższej gęstości w celu zmniejszenia ilości materiałów stałych dodawany jest baryt, charakteryzujący się znacznie większą gęstością – 4,2 g/cm3 . Płuczki wiertnicze obciążane barytem w zmiennych warunkach ciśnienia i temperatury narażone są na częste zmiany gęstości, wynikające ze statycznego i dynamicznego osiadania barytu. Podczas wiercenia baryt może także powodować znaczne uszkodzenia formacji złożowych i konieczne jest w związku z tym przeprowadzenie zabiegów stymulacyjnych. Zwiększenie przepuszczalności złoża przeprowadza się między innymi poprzez zabieg kwasowania. Baryt jako materiał obciążający nie reaguje z powszechnie stosowanymi w zabiegach kwasami, co może powodować trwałe uszkodzenie złoża. Stosunkowo nowym rodzajem materiału obciążającego, który wykazuje zupełnie inne właściwości niż standardowy baryt używany do obciążania płuczek jest tetratlenek trimanganu. Materiał ten z uwagi na swoje właściwości wykazuje niewielki wpływ na parametry reologiczne płuczki, łatwo ulega w niej zawieszeniu, a dodatkowo stabilizuje zawiesiny, ograniczając sedymentację zwierconej fazy stałej, co ma znaczenie przy wierceniu otworów kierunkowych. W artykule przedstawiono badania laboratoryjne nad możliwością zastosowania tetratlenku trimanganu Mn3O4 jako środka do regulowania gęstości płuczek przeznaczonych do wiercenia otworów w warunkach wysokiej temperatury i ciśnienia HTHP. Tetratlenek trimanganu jako materiał obciążający może stanowić alternatywę dla barytu, szczególnie w płuczkach wiertniczych stosowanych do wiercenia otworów geotermalnych oraz do dowiercania horyzontów produktywnych. Opracowane płuczki zawierające nowy rodzaj materiału obciążającego charakteryzują się mniejszą tendencją do sedymentacji materiału obciążającego i niższymi parametrami reologicznymi w porównaniu z konwencjonalnymi płuczkami wiertniczymi obciążonymi barytem.

EN

Drilling holes using the overpressure method requires the use of drilling fluids with a density that guarantees the balance of the reservoir pressure and ensures the stability of the hole. Weighting materials such as calcium carbonate, barite, ferrohem, hematite are most often used to increase the density of drilling fluids. In practice, calcium carbonate CaCO3 is used for weighting drilling fluids due to its high acid solubility. However, too high a concentration of calcium carbonate in the drilling fluid increases the rheological parameters of the drilling fluid and the related drilling complications (e.g. interception of the drill string). Therefore, barite with a much higher density of 4.2 kg/m3 is added to higher-density muds to reduce the amount of solids. Drilling muds weighted with barite under changing pressure and temperature conditions are exposed to frequent changes in density resulting from static and dynamic barite sedimentation. During drilling, barite can also cause significant damage to reservoir formations, and it is therefore necessary to carry out stimulation treatments. The permeability of the deposit is increased through, among other things, acidization. Barite as a weighting material does not react with acids commonly used in treatments, which may cause permanent damage to the deposit. A relatively new type of weighting material that exhibits completely different properties compared to the standard barite used for weight drilling muds is trimanganese tetroxide. Due to its properties, this material has little effect on the rheological parameters of the drilling muds, it can be easily suspended in the drilling muds, and in addition it stabilizes the suspensions, limiting sedimentation of the solid phase, which is important when drilling directional holes. The article presents laboratory research on the possibility of using trimanganese tetroxide Mn3O4 as an agent to regulate the density of muds intended for drilling holes in HTHP conditions. Trimanganese tetroxide as a weighting material can be an alternative to barite, especially in drilling fluids used for drilling geothermal holes and drilling productive horizons. The developed muds containing a new type of weighting material are characterized by a lower tendency to cause sedimentation of the weighting material and lower rheological parameters compared to conventional bariteweighted drilling muds.

17

Testy biocydów i neutralizatorów H2S jako dodatków do płuczek wiertniczych i płynów szczelinujących

Kapusta Piotr, Turkiewicz Anna, Brzeszcz Joanna

Nafta-Gaz

|

2021

|

R. 77, nr 3

143--151

PL

W artykule przedstawiono wyniki testów substancji o działaniu biobójczym pod kątem możliwego zastosowania jako dodatków do płuczek wiertniczych i płynów szczelinujących. Celem pracy było wytypowanie najbardziej skutecznych substancji biobójczych poprzez zbadanie efektów ich działania na bakterie tlenowe (aerobowe), beztlenowe (anaerobowe), grzyby, bakterie redukujące siarczany (SRB) oraz konsorcjum mikroorganizmów. Uwzględniono rozmaite związki, ponieważ zawsze nadrzędnym celem jest wybór substancji o najwyższej aktywności, przede wszystkim zaś z grupy tych, które nie podlegały jeszcze testom. Szczególną uwagę poświęcono substancjom, które oprócz znanych właściwości biobójczych mają także zdolność neutralizacji siarkowodoru i zredukowanych związków siarki (ang. H2S scavengers), oraz tzw. zielonym biocydom, czyli takim, które uważane są za bezpieczne dla środowiska. Większość testowanych środków biobójczych okazała się skuteczna w stosunku do bakterii tlenowych i beztlenowych, podczas gdy 10 z 12 badanych cechowało się dobrą bądź bardzo dobrą aktywnością (niskie wartości MIC i MBC) wobec bakterii SRB, w tym także 3 z 4 neutralizatorów H2S. Z drugiej strony tylko niektóre środki biobójcze wykazały dobrą bądź bardzo dobrą aktywność w stosunku do grzybów i konsorcjum mikroorganizmów; były to środki oparte na aminach czwartorzędowych (Bardac LF i Barquat CB-80), na pochodnych triazyny (Biostat i Petrosweet HSW 82165) oraz na DBNPA (Biopol C-103L). Po wprowadzeniu do płuczki wiertniczej i płynu szczelinującego związki aminowe (Bardac LF i Barquat CB-80), jak również mieszanina środków biobójczych (Grotan OX i Preventol GDA 50) okazały się skuteczniejsze od tych zawierających pochodne triazyny (Biostat, Petrosweet HSW 82165) lub DBNPA (Biopol C-103L), ponieważ wykazywały pełną aktywność już przy stężeniu 800 ppm. Przyjazny dla środowiska środek biobójczy Aquacar THPS 75 był najmniej skuteczny.

EN

The article presents the results of studies on substances with a biocidal effect in terms of their possible use as additives to drilling muds and fracturing fluids. The aim of the work was to identify the most effective biocides by examining their action on aerobic and anaerobic bacteria, fungi, sulfate-reducing bacteria (SRB), and a consortium of microorganisms. Various chemicals have been considered, due to a constant and overriding goal to find the one with the highest activity, and above all, the ones that have not yet been tested. Particular attention was paid to substances that, apart from known biocidal properties, have also the ability to neutralize hydrogen sulfide, and to reduced sulfur compounds (H2S scavengers), and the so-called “green biocides”, i.e. those that are considered safe for the environment. Most of the tested biocidal agents were effective against aerobic and anaerobic bacteria, while 10 out of 12 showed good or very good activity against SRB (low MIC and MBC values), including 3 out of 4 H2S scavengers. On the other hand, only some biocidal agents proved to be effective against fungi and microbial consortium; among them were agents containing quaternary ammonium compounds (Bardac LF and Barquat CB-80), triazine derivatives (Biostat and Petrosweet HSW 82165) and DBNPA (Biopol C-103L). Bardac LF and Barquat CB-80, together with the mixture of Grotan OX and Preventol GDA 50, upon introduction to the drilling mud and fracturing fluid, were superior over other biocidal agents (Biostat, Petrosweet HSW 82165 and Biopol C-103L), showing the full activity at 800 ppm. Environmentally friendly biocide Aquacar THPS 75 appeared to be the least effective.

18

Metodyka kontrolowania związków aminowych i lateksów w płuczkach wiertniczych

Zima Grzegorz

Nafta-Gaz

|

2021

|

R. 77, nr 3

164--174

PL

Obecnie w praktyce przemysłowej w składach płuczek wiertniczych coraz częściej są stosowane inhibitory hydratacji skał zaliczane do związków aminowych. Dla tego typu związków nie opracowano dotychczas metodyki oznaczania ich zawartości w płuczce wiertniczej, a prawidłowe serwisowanie tego rodzaju płuczek wymaga ciągłego kontrolowania ich zawartości celem zapewnienia odpowiednich właściwości inhibicyjnych. Podczas wiercenia związki aminowe adsorbują się na powierzchni skał i ich stężenie ulega zmniejszeniu, co skutkuje obniżeniem inhibicyjnych właściwości płuczki. Często stosowanym w składach płuczek dodatkiem jest lateks, którego oznaczanie jest niezbędne do zapewnienia stabilności parametrów płuczki. Związki tego typu zapewniają utrzymanie stateczności ścian otworu wiertniczego, a ich zawartość również ulega zmniejszeniu podczas głębienia otworu. Uzyskane w opisanych w artykule badaniach wyniki pozwoliły na zaproponowanie metod oznaczania związków aminowych i lateksów. Metody te mogą być wykorzystane w laboratorium polowym podczas serwisowania płuczek wiertniczych. W artykule przedstawiono metodykę oznaczania zawartości nowych rodzajów środków chemicznych stosowanych do płuczek wiertniczych, tj. inhibitorów hydratacji skał zaliczanych do związków aminowych oraz lateksów. Zaproponowane metody umożliwiają prawidłowe serwisowanie płuczek z dodatkiem tych środków, zapewniające utrzymanie odpowiednich właściwości płuczek. Metoda oznaczania związków aminowych polega na określeniu całkowitej zawartości azotu w filtracie płuczki wiertniczej. Rozcieńczenie filtratu pozwala na uzyskanie wyników w zakresie pomiarowym metody i obniżenie stężenia jonów chlorkowych, których ilość nie może przekraczać 10 000 mg/dm3 . Pierwsza z metod oznaczania lateksu polega na wagowym oznaczeniu suchej pozostałości po wydzieleniu lateksu z filtratu płuczkowego acetonem. Druga natomiast opiera się na pomiarach nefelometrycznych rozcieńczonego dziesięciokrotnie filtratu. Wynikiem pomiaru jest wartość NTU (ang. nephelometric turbidity unit – nefelometryczna jednostka mętności) zależna od zawartości lateksu w filtracie. Wszystkie z opracowanych metod wymagają sporządzenia krzywych wzorcowych, które stanowią podstawę do obliczania zawartości danego środka w płuczce.

EN

In industrial practice, rock hydration inhibitors, classified as amine compounds, are being increasingly used in drilling mud compositions. There is no methodology for determining this type of compounds content in the drilling mud, and proper servicing of this type of muds requires constant monitoring of their content to ensure appropriate inhibitory properties. During drilling, amine compounds adsorb on the surface of rocks and their concentration decreases during drilling and reduces the inhibitory properties of the mud. A common additive used in the composition of drilling muds is latex, the determination of which is necessary to ensure the mud parameters stability. Compounds of this type ensure the stability of the borehole wall, while their content also decreases during drilling. The results obtained from the research presented in the article allowed to propose methods for the determination of amine compounds and latexes. These methods can be used in the field laboratory when servicing drilling muds. The article presents the methodology for determining the content of new types of chemicals used in drilling muds, i.e. rock hydration inhibitors classified as amine compounds and latexes. The proposed methods enable proper servicing of muds with the addition of the agents that ensure the maintenance of appropriate mud properties. The method for the determination of amine compounds consists in determining the total nitrogen in the drilling mud filtrate. Dilution of the filtrate provides the results within the measuring range of the method and reduces the concentration of chloride ions, the amount of which may not exceed 10 000 mg/dm3 . The first method of latex determination is weight determination of the dry residue after separation of the latex from the filtrate with acetone. The second one is based on nephelometric measurements of a tenfold diluted filtrate. The measurement result is the NTU (nephelometric turbidity unit) value depending on the latex content in the filtrate. All of the developed methods require the preparation of calibration curves, which are the basis for calculating the content of a given agent in the mud.

19

Analiza możliwości podwyższenia stabilności termicznej płuczek wiertniczych poprzez dobór środków chemicznych

Jasiński Bartłomiej

Nafta-Gaz

|

2021

|

R. 77, nr 3

152--163

PL

Wiercenie otworów o znacznej głębokości lub w celu udostępniania wód termalnych stawia coraz wyższe wymagania wobec właściwości stosowanych płuczek wiertniczych. Z uwagi na bardzo wysoką temperaturę utrzymywanie w czasie wiercenia odpowiedniej reologii płuczki może okazać się trudne, szczególnie w przypadku występowania dopływu wysokozmineralizowych solanek. Odziaływanie wysokiej temperatury powoduje znaczne obniżenie efektywności działania większości stosowanych obecnie w technologii płuczkowej środków polimerowych, w skrajnych przypadkach powodując całkowite i nieodwracalne zniszczenie ich struktury. Najbardziej narażone są polimery o wiązaniach eterowych, do których zalicza się środki skrobiowe i celulozowe. Na podstawie danych literaturowych można stwierdzić, że niekorzystne cechy tych polimerów mogą być skutecznie kompensowane dodatkami polimerów syntetycznych, np. sulfonowanych. Kolejnym kierunkiem w polepszaniu odporności termicznej płuczek wskazywanym przez literaturę jest wykorzystanie nanocząsteczek węgla: płatków grafenu i nanorurek. W artykule przedstawiono analizę możliwości poprawy stabilności termicznej płuczek wiertniczych poprzez zastosowanie środków chemicznych pozwalających zachować odpowiednie parametry reologiczno-strukturalne i filtrację w zakresie temperatury do 130°C. W toku badań do płuczki polimerowo-potasowej dodawano trzy rodzaje środków chemicznych w różnych stężeniach. Przeprowadzono badania wpływu tych środków na podstawowe parametry technologiczne płuczki wiertniczej. Następnie próbki płuczek zmodyfikowanych poprzez dodatek wyselekcjonowanych środków były poddawane oddziaływaniu temperatury wynoszącej 130°C przez okres 24 godzin. Po tym czasie próbki chłodzono do temperatury 20°C, następnie mierzono ich parametry technologiczne i porównywano z wynikami uzyskanymi przed postarzaniem w wysokiej temperaturze, a na podstawie otrzymanych wyników dokonywano oceny skuteczności działania poszczególnych środków. Spośród przebadanych środków, których działanie miało zabezpieczać płuczkę wiertniczą przed niekorzystnym wpływem wysokiej temperatury, najkorzystniejsze działanie wykazał mrówczan potasu w połączeniu ze środkiem poliAMPS.

EN

Drilling deep holes or drilling to provide access to thermal waters places increasingly high demands on the properties of the drilling muds. Due to the very high temperature, it may be difficult to maintain the appropriate rheology of the drilling fluid during drilling, especially when an inflow of highly mineralized brines occurs. High temperatures significantly reduce the effectiveness of most of the polymeric agents currently used in the drilling muds technology, in extreme cases causing complete and irreversible damage to their structure. Polymers with ether bonds, which include starches and cellulose, are the most vulnerable. Based on the literature data, it can be concluded that the disadvantages of these polymers can be effectively compensated by the addition of synthetic polymers, e.g. sulfonated polymers. Another direction in improving the thermal resistance of drilling muds indicated in the literature is the use of carbon nanoparticles: graphene flakes and nanotubes. The article presents an analysis of the possibilities of improving thermal stability of drilling muds by using chemical agents that allow to maintain appropriate rheological and structural parameters and filtration at temperatures up to 130°C. During the tests, three types of chemicals were added to the polymer-potassium drilling mud at different concentrations. The impact of these modifications on technological parameters of the drilling mud was tested. Then, samples modified by the addition of selected agents were exposed to the temperature of 130°C for a period of 24 hours. After this time, the samples were cooled to 20°C, then their technological parameters were measured and compared with the results obtained before aging at high temperature, and based on the obtained results, the effectiveness of individual agents was assessed. Among the agents tested to protect drilling mud against the adverse effects of high temperature, the most beneficial effect was shown by potassium formate in combination with PoliAMPS.

20

Polymeric structure-forming agent for drilling muds

Wysocki Sławomir, Gaczoł Magdalena, Wiśniowski Rafał

Polimery

|

2020

|

T. 65, nr 2

136--143

EN

Recently, studies contributing to development of complete mud system, which would enable drilling the borehole of arbitrary length (including directional and horizontal boreholes) without necessity of mud changing are conducted at the Faculty of Drilling, Oil and Gas AGH-UST Krakow. The article describes technological parameters of developed base mud (BFP) which constitutes ground of developed system. BFP mud will be applied as a structure-forming agent allowing suspension of other components in the drilling mud. BFP mud is characterized by low values of plastic viscosity in wide range of concentrations as well as enhanced strength parameters (Yield Point, Geles). Its parameters are easy to adjust to different geological conditions. The mud is resistant to mono- and divalentions and to increased temperature. Due to those facts, abovementioned mud can find application in the drilling industry.

PL

Opisano parametry technologiczne opracowanej na WWNiG AGH w Krakowie płuczki bazowej (BFP), która stanowi podstawę kompletnego systemu płuczkowego umożliwiającego odwiercenie otworu o dowolnej długości (w tym również otworów kierunkowych i horyzontalnych) bez konieczności wymiany płuczki. Płuczka BFP jest przeznaczona do zastosowania jako środek strukturotwórczy, pozwalający na zawieszenie w nim pozostałych surowców płuczkowych. Płuczka BFP charakteryzuje się niewielkimi wartościami lepkości plastycznej, w dużym zakresie stężeń, i polepszonymi właściwościami wytrzymałościowymi (Yield Point, Geles), a parametry te można łatwo regulować. Jest odporna na zasolenie jonami jedno- i dwuwartościowymi oraz na podwyższoną temperaturę. Może znaleźć zastosowanie w przemyśle wiertniczym.