Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

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.

2

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.

3

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.

4

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.

5

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.

6

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.

7

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.

8

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.

9

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.

10

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.

11

Drilling mud influence on sandstone poroelastic parameters

Knez Dariusz, Rajaoalison Herimitsinjo, Nkunzi Donatille

Journal of Geotechnology and Energy

|

2022

|

Vol. 39, no. 1

5--13

EN

Perhaps the most critical challenge faced during drilling operations is related to the stability of the well. Additionally, drilling mud plays a crucial role in wellbore stability, as one of its main uses is to support the wellbore wall during the drilling operation. However, ignorance of the effects of drilling mud on the mechanical properties of rock formation can also lead to well failure. The stability of the wellbore is also influenced by pore pressure during the drilling process. The analysis of changes in rock poroelastic parameters after drilling mud saturation was found to be useful regarding the abovementioned issues. Therefore, the measurement of the dynamic Young’s modulus, Poisson’s ratio and Biot’s coefficient of sandstone samples was carried out to determine their trends of variations with confining pressure in different conditions such as dry, water and drilling mud filtrate saturation. The findings indicate that both the dynamic Young’s modulus and the Poisson’s ratio of the sandstone rock increased after saturation with water and drilling mud filtrate, while the Biot’s coefficient was reduced. Furthermore, the velocity of the P wave, the dynamic Young’s modulus and the dynamic Poisson’s ratio of the sandstone rock were proportional to the confining pressure, while the Biot’s coefficient were inversely proportional to the confining pressure. The results imply that effective stress calculation can be influenced by changes in poroelastic parameters established from geophysical measurements, and risk management of wellbore stability stability was increased.

12

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.

13

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.

14

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.

15

Rola związków glinu w stabilizowaniu skał ilasto-łupkowych

Uliasz Małgorzata

Nafta-Gaz

|

2020

|

R. 76, nr 1

29--36

PL

W większości rejonów kraju, w których prowadzone są prace poszukiwawcze, przekrój jednostek geologicznych odznacza się przewagą skał ilasto-łupkowych. Skały te łatwo ulegają zjawiskom dyspersji lub pęcznienia, jak również wykazują uszkodzenie struktury w postaci szczelin i mikroszczelin. W związku z tym, są one często źródłem występowania nieprzewidzianych trudności wynikających z braku stateczności ściany otworu wiertniczego uniemożliwiającej niekiedy osiągnięcie planowanej jego głębokości. Stateczność ściany otworu wiertniczego rozpatrywana jest najczęściej w dwóch aspektach, tj. mechanicznym, w ramach którego analizowane są siły i ciśnienie działające na ścianę otworu oraz fizykochemicznym, dotyczącym oddziaływania płuczki wiertniczej na przewiercane warstwy. Dużą rolę w stabilizowaniu skał ilasto-łupkowych przypisuje się jednak fizykochemicznemu oddziaływaniu płuczki wiertniczej. Zarówno badania laboratoryjne, jak i doświadczenia przemysłowe dowodzą, że odpowiedni dobór składu płuczki wiertniczej mający wpływ na jej właściwości reologiczno-strukturalne i inhibitujące, ułatwia sterowanie przebiegiem procesów fizykochemicznych zachodzących w układzie skała ilasta– płuczka wiertnicza. W warunkach otworowych do przewiercania skał ilasto-łupkowych różniących się składem mineralogicznym oraz właściwościami fizyczno-mechanicznymi stosowana jest głównie płuczka o potrójnym inhibitowaniu zawierająca w składzie inhibitor jonowy – KCl oraz dwa organiczne inhibitory polimerowe – PHPA i poliglikol. Jednym z nowszych kierunków badań laboratoryjnych przeprowadzonych w INiG-PIB było wykorzystanie w składzie płuczki związków glinu w połączeniu z kwasami organicznymi, tj. huminowym i fulwowym. Kompozycja tych środków w składzie opracowanej płuczki pełniła rolę podstawowego, nieorganicznego inhibitora polimerowego – Al-KHF, zwanego stabilizatorem łupków. Jego mechanizm oddziaływania na skały łupkowe polega na blokowaniu ich por przez powstałe osady Al(OH)3 i flokuły kwasu humusowego. W odpowiednich warunkach otworowych powstałe wytrącenia osadzając się w porach i mikroszczelinach tworzą fizyczną barierę, która blokuje dostęp wody/filtratu i zapobiega wzrostowi w nich ciśnienia. W artykule przedstawione zostały wyniki wybranych metod badawczych, na podstawie których określono wpływ opracowanej płuczki wiertniczej zawierającej stabilizator glinowy oraz płuczki stosowanej w warunkach otworowych na stabilność łupków różniących się zawartością frakcji ilastej. Analiza wyników badań wykazała, że w zależności od właściwości hydrofilowych skał ilasto-łupkowych, do ich przewiercania może być stosowana płuczka wiertnicza zawierająca Al-KHF zarówno z dodatkiem, jak i bez dodatku glikolu.

EN

In most regions of the country where exploration is carried out, the cross-section of geological units is characterized by the predominance of clay and shale rocks. These rocks can easily disperse or swell; they also show structural damage in the form of crevices and micro-fractures. Therefore, they are often a source of unforeseen difficulties resulting from the lack of stability of the borehole wall, which sometimes prevents it from reaching its planned depth. The borehole wall stability is most often considered in two aspects, i.e. mechanical, which analyzes the forces and pressure acting on the borehole wall, and physicochemical, regarding the impact of the drilling fluid on the drilled layers. However, a significant role in stabilizing shale rocks is attributed to the physicochemical impact of drilling mud. Both laboratory tests and industrial experiments prove that the proper selection of drilling mud composition influencing its rheological and structural as well as inhibiting properties facilitates controlling the course of physicochemical processes occurring in the clay rock - drilling mud system. In borehole drilling of clay-shale rocks differing in mineralogical composition as well as physical and mechanical properties, a tripleinhibited drilling mud containing ionic inhibitor – KCl and two organic polymer inhibitors – PHPA and polyglycol is used. One of the newer directions of laboratory tests conducted at INiG – PIB was the use of aluminum compounds in the drilling mud composition in combination with organic acids, i.e. humic and fulvic acids. The composition of these agents in the composition of the developed drilling mud played the role of the basic, inorganic polymer inhibitor – Al-KHF, called the shale stabilizer. Its mechanism of impact on shale rocks consists in blocking their pores by the resulting Al(OH)3 deposits and humic acid flocculates. Under appropriate borehole conditions, the resulting precipitates, forming in pores and micro-fractures, create a physical barrier that blocks water/filtrate access and prevents pressure build-up. The article presents the results of selected research methods on the basis of which the influence of the developed drilling mud containing aluminum stabilizer and the mud used in borehole conditions on the stability of shales with different clay content was determined. Analysis of the test results showed that depending on the hydrophilic properties of clay shale, a drilling mud containing Al-KHF with or without glycol may be used to drill them.

16

Płuczka wiertnicza z dodatkiem pochodnych alkoholi tłuszczowych

Zima Grzegorz

Nafta-Gaz

|

2020

|

R. 76, nr 3

162--174

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań nad opracowaniem płuczek wiertniczych zawierających pochodne alkoholi tłuszczowych, które zapewnią uzyskanie ich optymalnych właściwości inhibitacyjnych w warunkach otworowych. W składach płuczek zostały zastosowane alkoksylowe pochodne alkoholi tłuszczowych, które są środkami niejonowymi i ich inhibitacyjne właściwości zostały potwierdzone we wcześniej przeprowadzonych badaniach. Płuczki o opracowanych składach zostały poddane badaniom w warunkach HPHT oraz obecności skażeń chemicznych i wzrastającej zawartości fazy stałej. Ze względu na możliwość zastosowania płuczek zawierających nowe rodzaje inhibitorów do dowiercania złóż, przeprowadzono również badania ich wpływu na uszkodzenie przepuszczalności skał zbiornikowych. Zastosowanie nowego rodzaju inhibitora wymagało opracowania metodyki kontrolowania jego zawartości w płuczce oraz metodyki obróbki płuczki w czasie wiercenia. Dotychczas stosowane tego typu inhibitory to tzw. poliglikole, będące polimerami tlenku etylenu lub kopolimerami tlenku etylenu i tlenku propylenu różniące się masą cząsteczkową. Głównym badaniem potwierdzającym inhibitacyjne właściwości płuczek jest badanie dyspersji skały ilastej, standardowo przeprowadzane w warunkach otoczenia. W niniejszym artykule opisano badania dyspersji w warunkach podwyższonej temperatury celem potwierdzenia właściwości inhibitacyjnych badanych środków w warunkach zbliżonych do otworowych. Badania dyspersji powiązano dodatkowo z pomiarami pęcznienia, czyli przyrostu objętościowego skały ilastej w środowisku płuczek wiertniczych. Przeprowadzono również badania płuczek zawierających nowe rodzaje poliglikoli w warunkach otworopodobnych: wykonano badania odporności tych płuczek na skażenie jonami metali dwuwartościowych (Ca2+ i Mg2+), skażenie fazą stałą (zmielonym łupkiem mioceńskim imitującym zwierciny) oraz działanie podwyższonej temperatury. Przedstawiona w artykule tematyka jest wynikiem niesłabnącego zainteresowania ze strony przemysłu stosowaniem płuczek z dodatkiem tego typu inhibitorów. Środki te posiadają podobne właściwości do dotychczas stosowanych poliglikoli, ale wykazują większą efektywność w warunkach otworowych.

EN

The article presents the results of research on the development of drilling muds containing derivatives of fatty alcohols, which will ensure that their optimal inhibitory properties in borehole conditions are achieved. In the mud compositions, alkoxy derivatives of fatty alcohols were used, which are non-ionic agents and their inhibitory properties have been confirmed in earlier studies. Drilling fluids were tested under HPHT conditions as well as under conditions of chemical contamination and increasing solids content. Due to the possibility of using muds containing new types of inhibitors to drill-in, studies on their effect on damage to reservoir rock permeability were also conducted. The use of a new type of inhibitor required the development of a methodology for controlling its content in the mud and a method for treating the mud during drilling. Previously used inhibitors of this type are polyglycols that are polymers of ethylene oxide or copolymers of ethylene oxide and propylene oxide differing in molecular weight. The main test confirming the inhibitory properties of scrubbers is the testing of clay rock dispersion, normally carried out under ambient conditions. This article describes dispersion studies under elevated temperature conditions to confirm the inhibitory properties of test agents under conditions similar to wellbore. Dispersion studies were additionally associated with swelling measurements, i.e. volumetric growth of clay rock in the drilling mud environment. Muds containing new types of polyglycols were also tested in borehole-like conditions: tests on the resistance of these muds to divalent metal ions (Ca2+ and Mg2+), solid phase contamination (ground Miocene shale imitating drill cuttings) and increased temperature. The subject matter presented in the article is the result of industry interest in the use of muds with the addition of this type of inhibitors. These agents have similar properties to the previously used polyglycols, but show greater efficiency under well conditions.

17

Laboratory research on selection of effective antimicrobial substances and H2S scavengers used in drilling fluid technology and underground gas storage

Turkiewicz Anna, Janiga Marek, Rogaliński Marcin

Nafta-Gaz

|

2020

|

R. 76, nr 12

903--912

EN

The article discusses the results of biocide tests for application in the oil and gas industry. This research was carried out with the use of active agents, such as: nano-silver particle suspension, and the solutions of two antimicrobial substances. The second part of the laboratory study was testing H2S scavengers. Preparations recommended for drilling fluid technology and underground gas storage facilities were used. It should be noted that biogenic processes can largely cause the phenomenon of degradation of drilling fluids. As a result of these processes, drilling mud gets contaminated and loses its technological and rheological properties, making it incapable of fulfilling its role during drilling operations. All the tested scavengers were triazine products. In general, this agent in a solution acts in two ways. The application of triazine derivatives (three isomeric forms) is a good means of eliminating microorganisms from drilling fluid or formation water. These active agents have strong antimicrobial properties. On the other hand, these substances can also neutralise the hydrogen sulphide. The research enaNafta-Gabled determination of the effectiveness of the antimicrobial activity of the following substances: nano-silver particles, nano-Ag in combination with oxazolidine, and nano-Ag with a combination with glyoxal. The results of laboratory tests also allowed for a comparison of the efficiency of the action of individual H2S scavengers. The first two tests were conducted in the range of nano-silver particles concentrations from 0.05 to 0.6% vol., while the next tests (i.e. with the application of nano-Ag/biocide) were carried out in the concentration range from 0.02 to 0.5% vol. Bacterial or fungal colony units (CFU) were used as a reference method for assessing the microbial water quality. The formation water came from a facility of underground gas storage (collective water – i.e. water from separators). In parallel tests, the number of bacteria was also determined in the contaminated water-based polymer drilling mud. The number of microorganisms in the tested samples was compared with the CFUs in control samples without biocide. The described research is part of a complex study intended to conduct biomonitoring of deposit environments and to eliminate bacterial contamination and sulphating of hydrocarbons, especially in stored natural gas. Industrial operations in this field make it possible to maintain the correct quality of stored gas and contribute to the improvement of exploitation. Selected effective substances will be used in the future in industry to reduce the content of biogenic hydrogen sulphide and to decrease a number of harmful microorganisms in drilling muds and formation waters.

PL

W artykule omówiono wyniki testów skuteczności działania biocydów dla potrzeb przemysłu naftowego i gazowniczego. Badania zostały przeprowadzone z zastosowaniem zawiesiny cząstek nanosrebra oraz roztworów dwóch produktów biobójczych. Druga część pracy dotyczyła testów skuteczności działania pochłaniaczy siarkowodoru wytworzonych na bazie triazyny. Użyto preparatów rekomendowanych do zastosowania zarówno w technologii płynów wiertniczych, jak i w obiektach podziemnego magazynowania gazu (PMG). Pochodne triazyny (trzy formy izomeryczne) stosowane w przemyśle mają silne własności bakteriobiobójcze w odniesieniu do skażonych płuczek wiertniczych i wód złożowych. Należy zaznaczyć, że procesy biogenne są w dużej mierze odpowiedzialne za biodegradację cieczy wiertniczych. W wyniku tego tracą one swoje własności technologiczne i reologiczne, a także nie spełniają określonych zadań w otworze wiertniczym. Testowane w ramach pracy neutralizatory są produktami chemicznymi, których działanie jest dwutorowe. Mają one jednocześnie zdolność eliminacji bakterii ze skażonego środowiska, jak również pochłaniają wytworzony w nim siarkowodór. Badania pozwoliły na określenie aktywności biobójczej następujących substancji: nanosrebra, następnie nanosrebra w połączeniu z oksazolidyną oraz nanosrebra w połączeniu z glioksalem. Testy laboratoryjne umożliwiły również porównanie efektywności działania poszczególnych neutralizatorów H2S. W badaniach ukierunkowanych na obecność bakterii oraz grzybów określano liczbę JTK (jednostek tworzących kolonie) w próbkach testowych w odniesieniu do liczby mikroorganizmów występujących w próbce kontrolnej (próbka płynu bez substancji biobójczej). Badania te przeprowadzono równolegle w środowisku zainfekowanych płynów, tj. wody złożowej z obiektów PMG (wody zbiorczej – jest to woda pobierana z separatorów) oraz wodno-dyspersyjnej polimerowej płuczki wiertniczej. Omawiane prace badawcze stanowią część kompleksowych badań biomonitoringowych środowisk złożowych, które prowadzone są w celu zwalczenia skażenia mikrobiologicznego i jednocześnie eliminacji zasiarczenia węglowodorów, szczególnie w obiektach magazynowania gazu ziemnego. Badania te przyczyniają się do utrzymania prawidłowej jakości gazu magazynowanego w PMG i tym samym prowadzą do usprawnienia eksploatacji. Wytypowane skuteczne preparaty chemiczne zostaną w przyszłości wykorzystane w przemyśle do zmniejszenia zawartości biogennego siarkowodoru oraz redukcji liczby niekorzystnych mikroorganizmów w środowisku płuczek wiertniczych i wód złożowych.

18

Drilling muds for coal deposits

Błaż Sławomir

Nafta-Gaz

|

2020

|

R. 76, nr 10

701--709

EN

The instability of coal beds, both in the overburden and in the production zone during drilling, in particular with directional borehole, is well known. One of the main coal attributes is presence of cracks and micro-fractures in it. This linked network of cracks is considered as the main source of many problems related to coal instability. Stresses occurring in such formations exceed the coal compressive strength. During drilling, coal becomes unstable, which can result in borehole wall collapsing, stuck pipe, or even complete loss of the borehole. Using improper drilling muds can cause additional problems. In coal, a poorly selected drilling mud can damage the natural permeability of the near-well zone. Drilling muds penetrating the pores and cracks in the coal can lead to permanent destruction of the near-well zone, partially or completely limiting the supply of methane to the borehole. Muds used for drilling in coal deposits should therefore both stabilize the borehole wall and affect minor damage to the drilled formation. The experience acquired while drilling low-permeability shale rocks generally does not correlate with the practices and guidelines used to drill holes in coal deposits due to the unique physical and mechanical characteristics of coal. One of the ways to improve the stability of coal deposits when using water-based drilling muds is to prevent the penetration of mud filtrate into the rock matrix, which can be achieved by chemical modification of the drilling mud composition or physical sealing of pores and fractures with special materials. The article presents research on the development of a new drilling mud system dedicated to coalbed methane (CBM) drilling.

PL

Niestabilność pokładów węgla zarówno w nadkładzie, jak i w strefie produktywnej podczas ich rozwiercania, w szczególności otworami kierunkowymi, jest powszechnie znana. Jedną z głównych cech węgla jest występowanie w nim systemu spękań i mikroszczelin. To właśnie tę połączoną sieć spękań uważa się za źródło wielu problemów związanych z niestabilnością węgla. Występujące naprężenia w takich formacjach przewyższają wytrzymałość węgla kamiennego na ściskanie. Podczas realizacji prac wiertniczych węgiel kamienny staje się niestabilny, może dochodzić do obsypywania ścian otworu, przychwycenia przewodu, a niekiedy do całkowitej utraty otworu. Zastosowanie do wiercenia niewłaściwych płuczek wiertniczych może powodować dodatkowe problemy. W skale, jaką jest węgiel kamienny, źle dobrana płuczka wiertnicza może uszkodzić naturalną przepuszczalność strefy przyotworowej. Płuczka, wnikając w pory oraz spękania węgla, może doprowadzić do trwałego zniszczenia strefy przyotworowej, ograniczając częściowo lub całkowicie dopływ metanu do otworu. Płuczka wiertnicza stosowana do przewiercania pokładów węgla powinna zatem zarówno stabilizować otwór podczas fazy wiercenia, jak też wpływać na niewielkie uszkodzenie przewiercanej formacji. Doświadczenia nabyte podczas przewiercania skał łupkowych o niskiej przepuszczalności na ogół nie korelują z praktykami i wytycznymi w zakresie wiercenia otworów w pokładach węgla z uwagi na wyjątkową charakterystykę fizyczno-mechaniczną węgli. Jednym ze sposobów poprawy stabilności utworów węgla przy wykorzystywaniu wodnodyspersyjnych płuczek wiertniczych jest przeciwdziałanie wnikaniu filtratu płuczkowego do matrycy skały, co można osiągnąć poprzez chemiczną modyfikację składu płuczki wiertniczej lub fizyczne uszczelnianie porów i szczelin specjalnymi materiałami. W artykule przedstawiono badania nad opracowaniem nowego systemu płuczki wiertniczej przeznaczonej do rozwiercania złóż metanu zlokalizowanego w pokładach węgla kamiennego.

19

Application of zeolites in removal of hazardous metal ions from drilling mud wastewater

Borowski Gabriel, Kujawska Justyna, Wasąg Henryk

Physicochemical Problems of Mineral Processing

|

2019

|

Vol. 55, iss. 6

1467--1474

EN

In this study, the adsorption behavior of natural and activated zeolites with respect to Cd2+, Cr3+, Pb2+and Zn2+, was studied in order to consider theirabilityto remove hazardousmetals fromdrilling mud. The batch method was employed, using initial metal concentrations in solution in the range of0.1 to 2.5 mg/dm3. It was determined that independently of the concentration, the adsorption ratios of zeolite towardsmetal cations match the Langmuir and Freundlich isotherms. The results of the research on the reduction of concentration of hazardousmetals from drilling mud wastewater by means of natural and activated zeoliteswere presented in the further part of this work. Natural and activated zeolites were introduced in portions (from 0.2to 10 g) to 100 cm3of wastewater; then, the content of metalions was determined using an inductively coupled plasma spectrometer. The experimental data showed that the applicationof activated zeolite enabled the removal rate of Cr3+, Pb2+, Zn2+and Cd2+close to 93%, 45%, 56% and 84%, respectively. In the case of the natural zeolite, the degree of hazardousmetals removal was lower by only a few percent, but still high enough to beinteresting from the practical point of view. Satisfactory effects of hazardousmetal ionsremoval from drilling muds were achieved using 2 to 5 g of zeolite. The obtained results proved that the natural zeolite constitutes an important material for efficient removal of hazardousmetalionsfrom drilling mud wastewater.

20

New shale hydration inhibitors adapted to the downhole conditions

Zima Grzegorz

Nafta-Gaz

|

2019

|

R. 75, nr 12

751--758

EN

The subject of the paper is the application of polyol compounds as active shale formation hydration inhibitors in drilling muds as the result of permanent interest from the industry in the use of this type drilling mud systems. Due to opportunity of precise compounds selection ensuring optimum properties of the drilling mud under specific down hole conditions, new agents have been developed that work effectively in a wider temperature range experienced in borehole conditions. The paper describes laboratory research carried over polyols that haven’t been used in drilling fluids technology yet but may ensure optimal inhibition properties in the wide temperature range. Compounds belongs to polyglycols category like ethylene oxide or copolymers of ethylene oxide and propylene oxide with different molecular weight, are widely use so far. However, in the presented discussion other agents were used, which are products of ethoxylation and propoxylation of long-chain hydrocarbon fatty alcohols (10 and more carbon atoms). The main test that can prove drilling mud inhibitory properties is active shale dispersion investigation, routinely carried in ambient conditions. As part of the additional tests carried out, the influence of the inhibitors used on the active shale dispersion under elevated temperature conditions was determined in order to confirm the inhibitory properties of these agents in near-down hole conditions. Near down hole conditions test was also carried out on drilling muds containing polyols group compounds, ie resistance test to contamination with ions of divalent metals (Ca2+ and Mg2+), solid phase contamination (milled Miocene shale pretending drill cuttings) and increased temperature. Investigations were also carried out on clouding of polyol solutions in 7% KCl solution. The acquired results indicate that chemical compound presence of the hydrophobic chain derived from fatty alcohol in the molecule further increases the effectiveness of the rock hydration inhibitor. The results obtained during the study allowed for a better understanding of the inhibition mechanism of these agents on the active shale. The new rock hydration inhibitor developed as part of the work can be used in industrial conditions.

PL

Przedstawiona w artykule tematyka dotyczy zastosowania w płuczkach wiertniczych związków z grupy polioli jako inhibitorów hydratacji skał ilastych i jest wynikiem ciągłego zainteresowania ze strony przemysłu wykorzystaniem tego typu płuczek. Ze względu na możliwość bardziej precyzyjnego doboru związków zapewniających optymalne właściwości płuczki w określonych warunkach otworowych – opracowano nowe środki działające efektywnie w szerszym zakresie temperatur występujących w warunkach otworowych. W niniejszym artykule opisano badania laboratoryjne nad doborem dotychczas niestosowanych w technologii płuczkowej polioli, które zapewnią uzyskanie optymalnych właściwości inhibicyjnych płuczek wiertniczych w szerokim zakresie temperatury. Dotychczas wykorzystywane środki z tej grupy to tzw. poliglikole, będące polimerami tlenku etylenu lub kopolimerami tlenku etylenu i tlenku propylenu, różniące się masą cząsteczkową. Natomiast w przedstawionych badaniach użyto dodatkowo innych środków, które są produktami etoksylowania i propoksylowania alkoholi o długich łańcuchach węglowodorowych (10 i więcej atomów węgla). Głównym badaniem potwierdzającym inhibicyjne właściwości płuczek jest badanie dyspersji skały ilastej, standardowo przeprowadzane w warunkach otoczenia. W ramach wykonanych dodatkowo badań określono wpływ użytych inhibitorów na dyspersję skały ilastej w warunkach podwyższonej temperatury celem potwierdzenia właściwości inhibicyjnych tych środków w warunkach zbliżonych do otworowych. Przeprowadzono również badania płuczek zawierających związki z grupy polioli w warunkach otworopodobnych, tj. wykonano badania odporności tych płuczek na skażenie jonami metali dwuwartościowych (Ca2+ i Mg2+), skażenie fazą stałą (zmielonym łupkiem mioceńskim, imitującym zwierciny) oraz działanie podwyższonej temperatury. Wykonano również badania temperatury mętnienia roztworów polioli w 7-procentowym roztworze KCl. Uzyskane wyniki badań wskazują, że obecność w cząsteczce związku chemicznego łańcucha hydrofobowego pochodzącego od alkoholu tłuszczowego dodatkowo zwiększa efektywność działania inhibitora hydratacji skał. Wyniki otrzymane podczas badań pozwoliły na lepsze zrozumienie mechanizmu inhibicyjnego działania tych środków na skały ilaste. Opracowany w ramach pracy nowy inhibitor hydratacji skał może znaleźć zastosowanie w warunkach przemysłowych.