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

• Autorzy: Błaż Sławomir , Zima Grzegorz , Jasiński Bartłomiej

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG. 2022.03.05

Warianty tytułu

EN

Laboratory studies on the use of trimanganese tetroxide as a weighting material for drilling fluids

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

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.

Słowa kluczowe

PL

płuczka wiertnicza; materiał obciążający; tetratlenek trimanganu; baryt; osad filtracyjny; współczynnik sedymentacji

EN

drilling mud; weighting material; trimanganese tetroxide; barite; filter cake; sag factor

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 78, nr 3
• Strony: 208--218
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys.

Twórcy

autor

Błaż Sławomir

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Zima Grzegorz

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Jasiński Bartłomiej

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Abdelmjeed M., Basfar S., Elkatatny S., Al-Majed A., 2019. Prevention of Barite Sag in Oil-Based Drilling Fluids Using a Mixture of Barite and Ilmenite as Weighting Material. Sustainability, 11(20): 5617. DOI: 10.3390/su11205617.
• Al Moajil A.M., Nasr-El-Din H.A., 2010. Reaction of Hydrochloric Acid with Filter Cake Created by Mn3O4 Water-Based Drilling Fluids. SPE Trinidad and Tobago Energy Resources Conference, Port of Spain, Trinidad. DOI: 10.2118/133467-MS.
• Al Moajil A.M., Nasr-El-Din H.A., 2013. Removal of Manganese Tetraoxide Filter Cake Using a Combination of HCl and Organic Acid. SPE Heavy Oil Conference-Canada, Calgary, Alberta, Canada. DOI: 10.2118/165551-MS.
• Al-Bagoury M., Steele Ch., 2012. A New, Alternative Weighting Material for Drilling Fluids. IADC/SPE Drilling Conference and Exhibition, San Diego, California. DOI: 10.2118/151331-MS.
• Al-Foudari S.J., Al-Muhailan M.S., Rajagopalan A., Al-Qadhi F.K., 2015. Alternate Weighting Material for High Pressured Jurassic Wells in Kuwait – Case Histories of Successful K-Formate Mn3O4 Drilling Fluids. SPE/IADC Drilling Conference and Exhibition, London, England, UK. DOI: 10.2118/173056-MS.
• Alrasheed A., Oqaili A.H., Aljubran M.J., Ezi P.C., 2018. Deployment of Fully Automated MPD and Manganese Tetroxide Mud System to Drill Ultra-Narrow Mud Window in HPHT Gas Wells. SPE/IADC Managed Pressure Drilling and Underbalanced Operations Conference and Exhibition, New Orleans, Louisiana, USA. DOI: 10.2118/190000-MS.
• Al-Yami A., Al-Jubran M., Wagle V., Al-Mulhim M., 2018. Development of a New Reservoir-Friendly Drilling Fluid for Higher Gas Production. Abu Dhabi International Petroleum Exhibition & Conference, Abu Dhabi, UAE. DOI: 10.2118/192762-MS.
• Al-Yami A.S., Nasr-El-Din H.A., 2007. An Innovative Manganese Tetra-Oxide/KCl Water-Based Drill-in Fluids for HT/HP Wells. SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Anaheim, California, USA. DOI: 10.2118/110638-MS.
• Amighi M.R., Shahbazi K., 2010. Effective Ways to Avoid Barite Sag and Technologies to Predict Sag in HPHT and Deviated Wells. SPE Deep Gas Conference and Exhibition, Manama, Bahrain. DOI: 10.2118/132015-MS.
• Elkatatny S., 2018. Enhancing the Stability of Invert Emulsion Drilling Fluid for Drilling in High-Pressure High-Temperature Conditions. Energies, 11(9), 2393. DOI: 10.3390/en11092393.
• Elkatatny S.M., Al Moajil A., Nasr-El-Din H.A., 2012. Evaluation of a New Environmentally Friendly Treatment to Remove Mn3O4 Filter Cake. IADC/SPE Asia Pacific Drilling Technology Conference and Exhibition, Tianjin, China. DOI: 10.2118/156451-MS.
• Jasiński B., 2012. Wpływ oksydantów na wielkość sedymentacji fazy stałej w zasolonych płuczkach wiertniczych. Nafta-Gaz, 68(9): 602–610.
• Li Q., Li S., 2020. Ultra-High Density Oil-Based Drilling Fluids and its Applications in Ultra-Deep Petroleum Systems. SPE Latin American and Caribbean Petroleum Engineering Conference, Virtual. DOI: 10.2118/198937-MS.
• Ofei T.N., Lund B., Saasen A., Sangesland S., Linga H., Gyland K.R., Kawaji M., 2020. Barite Sag Measurements. IADC/SPE International Drilling Conference and Exhibition, Galveston, Texas, USA. DOI: 10.2118/199567-MS.
• Power D., Zamora M., 2003. Drilling Fluid Yield Stress: Measurement Techniques for Improved Understanding of Critical Drilling Fluid Parameters. National Technology Conference „Practical Solutions for Drilling Challenges”, Houston, Texas. AADE-03-NTCE-35.
• Sindi R., Pino R., Gadalla A., Sharma S., 2019. Achievement of Maximum Mud Weights in WBM with Micromax/Barite Blend and its Successful Implementation in Deep HPHT Challenging Environment. Abu Dhabi International Petroleum Exhibition & Conference, Abu Dhabi, UAE. DOI: 10.2118/197594-MS.
• Tehrani A., Cliffe A., Hodder M.H., Young S., Lee J., Stark J., 2014. Alternative Drilling Fluid Weighting Agents: A Comprehensive Study on Ilmenite and Hematite. IADC/SPE Drilling Conference and Exhibition, Fort Worth, Texas, USA. DOI: 10.2118/167937-MS.
• Wagle V., Al-Yami A.S., Al Abdullatif Z., Bubshait A.S., AlSafran A., 2015. Mitigation of Stuck Pipe Challenges in HTHP Conditions Using Acid Soluble Blend of Barite and Manganese Tetroxide as Weighting Materials for Drilling Fluids. SPE North Africa Technical Conference and Exhibition. DOI: 10.2118/175844-MS.
• Wagle V., Al-Yami A.S., Al-Bahrani H., AlSafran A., 2017a. Acid Soluble Drilling Fluids: Development and Field Trial. Abu Dhabi International Petroleum Exhibition & Conference. DOI: 10.2118/188883-MS.
• Wagle V., Al-Yami A.S., Al-Bahrani H., Awadh A., 2017b. Development and Field Trial of New Acid Soluble Drilling Fluids. SPE Kuwait Oil & Gas Show and Conference, Kuwait City, Kuwait. DOI: 10.2118/187652-MS.
• Wagle V., Al-Yami A.S., Aljubran M., Al-Bahrani H., 2018. High Density Drilling Fluids for Managed Pressure Drilling. SPE Kingdom of Saudi Arabia Annual Technical Symposium and Exhibition, Dammam, Saudi Arabia. DOI: 10.2118/192248-MS.
• Xiao J., Nasr-El-Din H.A., Al-Bagoury M., 2013. Evaluation of Micronized Ilmenite as a Weighting Material in Oil-based Drilling Fluids
• for HPHT Applications. SPE European Formation Damage Conference & Exhibition, Noordwijk, The Netherlands. DOI: 10.2118/165184-
• -MS.
• Zamora M., Bell R., 2004. Improved Wellsite Test for Monitoring Barite Sag. AADE Drilling Fluids Technical Conference, Houston, Texas.
• AADE-04-DF-HO-19.
• Zima G., 2015. Nowy rodzaj płuczki wiertniczej do zastosowania w warunkach HTHP. Nafta-Gaz, 71(8): 556–564.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).