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

• Autorzy: Jasiński Bartłomiej , Uliasz Małgorzata , Zima Grzegorz , Błaż Sławomir

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2022.04.04

Warianty tytułu

EN

Research on increasing the resistance of drilling muds to negative deposit conditions during geothermal drilling

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

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.

Słowa kluczowe

PL

płuczka wiertnicza; odporność termiczna; skażenia; wiercenia geotermalne

EN

drilling mud; thermal stability; contamination; geothermal drilling

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 78, nr 4
• Strony: 274--287
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys.

Twórcy

autor

Jasiński Bartłomiej

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Uliasz Małgorzata

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Zima Grzegorz

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Błaż Sławomir

• 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.
• Downs J.D., 2011. Life Without Barite: Ten Years of Drilling Deep HPHT Gas Wells With Cesium Formate Brine. SPE/IADC Middle East Drilling Technology Conference and Exhibition, Muscat, Oman. DOI: 10.2118/145562-MS.
• Energetyka24. <https://energetyka24.com> (dostęp: 15.11.2021).
• Górecki W., 2006. Atlas zasobów geotermalnych na Niżu Polskim. Wydawnictwo Katedry Surowców Energetycznych Akademii Górniczo-Hutniczej, Kraków.
• Hajto M., 2018. Potencjał geotermalny Polski oraz możliwości adaptacji międzynarodowej klasyfikacji zasobów geotermalnych UNFC-2009. Nafta-Gaz, 74(12): 898–904. DOI: 10.18668/NG.2018.12.04.
• Ignarska M., 2021. Odnawialne źródła energii w Polsce. Poliarchia,1: 57–72. DOI: 10.12797/Poliarchia.01.2013.01.06.
• Iijima S., 2002. Carbon nanotubes: past, present, and future. Physica B: Condensed Matter, 323: 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.
• Jasiński B., 2021. Analiza możliwości podwyższenia stabilności termicznej płuczek wiertniczych poprzez dobór środków chemicznych. Nafta-Gaz, 77(3): 152–163. DOI: 10.18668/NG.2021.03.02.
• Kępińska B., 2016. Przegląd stanu wykorzystania energii geotermalnej w Polsce w latach 2013–2015. Technika Poszukiwań Geologicznych, 55(1): 19–35.
• 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. <https://megantech.pl> (dostęp: 15.11.2021).
• 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: 2411–2502. DOI:10.1016/j.surfin.2020.100763.
• Polak R., Dziki D., Krzykowski A., Rudy S., Różyło R., 2014. Elektrownie geotermalne oparte na systemach binarnych. 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: 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. <https://glossary.oilfield.slb.com> (dostęp: 15.11.2021).
• Sowiżdżał A., 2016. Potencjał geotermalny zbiorników mezozoicznych Niżu Polskiego do produkcji energii elektrycznej. Technika Poszukiwań Geologicznych, 55: 105–115.
• Stec M., Goc A., Wojtasiak P., Obuch Z., 2011. Przygotowanie i zastosowanie płuczki na osnowie mrówczanu potasu na przykładzie otworu K-88. Wiertnictwo, Nafta, Gaz, 28, 3: 629–637.
• 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. Archiwum Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego, Kraków.
• 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.
• Wardzała M., Kilar J., 2009. Doświadczenia uzyskane przez PNiG Jasło w trakcie wykonywania otworów geotermalnych w latach 1990–2008. Konferencja Naukowo-Techniczna „Wiercenia geotermalne – nowe technologie wiercenia i udostępniania wód geotermalnych oraz perspektywy wykorzystania energii geotermalnej w świetle polityki energetycznej kraju”, Krasiczyn, 14–16.10.2009.
• Zima G., 2017. Analiza wpływu nanomateriałów na właściwości osadu filtracyjnego. Nafta-Gaz, 73(5): 312–320. DOI: 10.18668/NG.2017.05.03.
• Akty prawne i dokumenty normatywne
• PN-EN ISO 10414-1 Przemysł naftowy i gazowniczy. Badania polowe płynów wiertniczych. Część 1: Płyny na bazie wody.
• PN-EN ISO 10416 Przemysł naftowy i gazowniczy. Płyny wiertnicze. Badania laboratoryjne.

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).