Analiza możliwości podwyższenia stabilności termicznej płuczek wiertniczych poprzez dobór środków chemicznych

• Autorzy: Jasiński Bartłomiej

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2021.03.02

Warianty tytułu

EN

Possibility of increasing the thermal stability of drilling muds through the use of chemicals agents

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

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.

Słowa kluczowe

PL

płuczka wiertnicza; odporność termiczna; wiercenia geotermalne

EN

drilling mud; thermal stability; geothermal drilling

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2021
• Tom: R. 77, nr 3
• Strony: 152--163
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz.

Twórcy

autor

Jasiński Bartłomiej

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Abdo J., Haneef M.D., 2012. Nano-Enhanced Drilling Fluids: Pioneering Approach to Overcome Uncompromising Drilling Problems. Journal of Energy Resources Technology, 134(1): 014501. DOI: 10.1115/1.4005244.
• Abdo J., Haneef M.D., 2013. Clay Nanoparticles Modified Drilling Fluids for Drilling of Deep Hydrocarbon Wells. Applied Clay Science,86: 76–82. DOI: 10.1016/j.clay.2013.10.017.
• Davarpanah A., Mirshekari B., 2019. Effect of formate fluids on the shale stabilization of shale layers. Energy Reports, 5: 987–992. DOI:10.1016/j.egyr.2019.07.016.
• Dębińska E., 2015. Niekonwencjonalne zaczyny cementowe z dodatkiem nanokrzemionki. Nafta-Gaz, 5: 290–300.
• Downs J.D., 2011. Life Without Barite: Ten Years of Drilling Deep HPHT Gas Wells With Cesium Formate Brine. Society of PetroleumEngineers. DOI: 10.2118/145562-MS.
• Hajto M., 2018. Potencjał geotermalny Polski oraz możliwości adaptacji międzynarodowej klasyfikacji zasobów geotermalnych UNFC2009. Nafta-Gaz, 12: 898–904. DOI: 10.18668/NG.2018.12.04 .
• Howard S.K., 1995. Formate Brines for Drilling and Completion: State of the Art. Society of Petroleum Engineers. DOI: 10.2118/30498-MS.
• Iijima S., 2002. Carbon nanotubes: past, present, and future. Physica B: Condensed Matter, 323(1–4): 1–5. DOI: 10.1016/S0921-4526(02)00869-4.
• Jarczewski W., Huculak M., Dej M., 2015. Wykorzystanie energii geotermalnej w Polsce. Prace Geograficzne, 141: 87–104. DOI:10.4467/20833113PG.15.011.4063.
• Kruszewski M., Wittig V., 2017. Wiercenia geotermalne za wodami w stanie nadkrytycznym jako szansa na zrewolucjonizowanie światowego rynku energii. Wiadomości Naftowe i Gazownicze, 12(230): 4–8.
• Megantech. <http://www.megantech.pl> (dostęp: 28.10.2020).
• Nebol’sin V.A., Galstyan V., Silina Y.E., 2020. Graphene oxide and its chemical nature: Multi-stage interactions between the oxygen and Graphene. Surfaces and Interfaces, 21. DOI: 10.1016/j.surfin.2020.100763.
• Polak R., Dziki D., Krzykowski A., Rudy S., Różyło R., 2014. Elektrownie geotermalne oparte na systemach binarnych. Motrol. Motoryzacja i Energetyka Rolnictwa, 16: 101–104.
• Raczkowski J., Półchłopek T., 1998. Materiały i środki chemiczne do sporządzania płuczek wiertniczych. Prace Instytutu Górnictwa Naftowego i Gazownictwa, 95: 1–319.
• Rafati R., Smith S.R., Haddad A.S., Novara R., Hamidi H., 2018. Effect of nanoparticles on the modifications of drilling fluids properties:A review of recent advances. Journal of Petroleum Science and Engineering, 161: 61–76. DOI:10.1016/j.petrol.2017.11.067.
• Sahu A., Jain A., Gulbake A., 2017. The role of carbon nanotubes in nanobiomedicines. International Journal of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences, 9(6): 235–251. DOI: 10.22159/ijpps.2017v9i6.18522.
• Sala K., 2018. Przemysłowe wykorzystanie energii geotermalnej w Polsce na przykładzie geotermalnego zakładu ciepłowniczego w Bańskiej Niżnej. Prace Komisji Geografii Przemysłu Polskiego Towarzystwa Geograficznego, 32: 73–82.
• Schlumberger Oilfield Glossary. <http://www.glossary.oilfield.slb.com> (dostęp: 21.10.2020).
• Sowiżdżał A., 2016. Potencjał geotermalny zbiorników mezozoicznych Niżu Polskiego do produkcji energii elektrycznej. Technika Poszukiwań Geologicznych, 55: 105–115.
• Szadkowski B., Pingot M., 2016. Nanorurki węglowe – materiał przyszłości. Eliksir, 1: 16–19.
• Uliasz M., 1999. Badania laboratoryjne krajowych polimerów sulfonowanych w zastosowaniu do płuczek wiertniczych o pełnym zasoleniu i skażonych jonami dwuwartościowymi. Prace Instytutu Nafty i Gazu, Kraków. Archiwum Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego, Kraków.
• Uliasz M., Herman Z., 2008. Wymagane parametry cieczy roboczych dla ochrony pierwotnych właściwości skał zbiornikowych. Wiertnictwo Nafta Gaz, 25: 753–764.
• Uliasz M., Zima G., Błaż S., Jasiński B., 2016. Roztwory mrówczanów jako składniki płuczek wiertniczych. Przemysł Chemiczny, 95: 297– 302. DOI: 10.15199/62.2016.2.22.
• Zima G., 2015. Nowy rodzaj płuczki wiertniczej do zastosowania w warunkach HPHT. Nafta-Gaz, 8: 556–564.
• Zima G., 2017. Analiza wpływu nanomateriałów na właściwości osadu filtracyjnego. Nafta-Gaz, 5: 312–320. DOI:10.18668/NG.2017.05.03.
• Dokumenty normatywne
• Norma PN-EN ISO 10414-1 Przemysł naftowy i gazowniczy. Badania polowe płynów wiertniczych. Część 1: Płyny na bazie wody.
• Norma PN-EN ISO 10416 Przemysł naftowy i gazowniczy. Płyny wiertnicze. Badania laboratoryjne.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).