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

• Autorzy: Uliasz Małgorzata , Zima Grzegorz , Jasiński Bartłomiej

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2022.10.02

Warianty tytułu

EN

Amine-glycol drilling mud as a chance for the stability of reactive clay-shale formations and clay fraction of sandstone rocks

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

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.

Słowa kluczowe

PL

płuczka wiertnicza; warstwy ilasto-łupkowe; zapobieganie hydratacji; inhibitor polimerowy; środki aminowe

EN

drilling mud; shale-clay formations; hydration prevention; polymeric inhibitor; amine agent

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 78, nr 10
• Strony: 720--732
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Uliasz Małgorzata

• 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

• BASF Products. <https://www.basf.com/products> (dostęp: 04.2022).
• Błaż S., 2010. Nowa generacja płuczek do przewiercania reaktywnych skał ilastych. Nafta-Gaz, 66(5): 390–398.
• Bortel E., Witek E., Kochanowski A., Pazdro M., 2005. Poliwinyloamina źródłem nowych możliwości rozwoju polimerów hydrofilowych. Polimery, 50(7–8): 491–500.
• Bortel E., Witek E., Pazdro M., Kochanowski A., 2007. N-winyloformamid – nowy ekologiczny monomer wodorozpuszczalny. Polimery, 52(7–8): 503–510.
• Chudoba J., Uliasz M., Zima G., 2000. Płuczka wiertnicza z dodatkiem szkła wodnego o różnych modułach. XI Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna nt. „Nowe Metody i Technologie w Geologii Naftowej, Wiertnictwie, Eksploatacji Otworowej i Gazownictwie. Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu AGH, Kraków. Materiały konferencyjne, t. 1: 59–61.
• Demirci S., Sütekin S.D., Kurt S.B., Güven O., Sahiner N., 2021. Poly(vinyl amine) microparticles derived from N-Vinylformamide and their versatile use. Polymer Bulletin, 79(9): 1–23. DOI: 10.1007/s00289-021-03874-9.
• DiFlavio J.L., Bertoia R., Pelton R., Leduc M., 2005. The mechanism of polyvinylamine wet-strengthening. 13th Fundamental Research Symposium, Cambridge, September 2005. DOI: 10.15376/frc.2005.2.1293.
• Goc A., Bielewicz D., 2000. Zastosowanie płuczki krzemianowej w rejonie Kościana przez PN „Diament”. Wiertnictwo, Nafta, Gaz, 17: 67–72.
• Huntsman Corporation. <https://www.huntsman.com> (dostęp: 04.2022).
• Jarrett M., Dye B., 2005. Organo-amine Surfactant Salts as Hydration Suppressants for Reactive Clay. AADE-05-NTCE-02.
• Montilva J., van Oort E., Brahim R., Dye B., Luzardo J.P., McDonald M., Quintero L., 2007. Improved Drilling Performance in Lake Maracaibo Using a Low-Salinity High-Performance Water-Based Drilling Fluid. AADE-07-NTCE-21.
• Patel A., Stamatakis E., Friedheim J.E., Davis E., 2001. Highly Inhibitive Water-Based Fluid System Provides Superior Chemical Stabilization of Reactive Shale Formations. AADE-01-NC-HO-55.
• Patel A., Stamatakis E., Young S., Cliffe S., 2002. Designing for the Future – A Review of the Design, Development and Testing of a Novel, Inhibitive Water-Based Drilling Fluid. AADE-02-DFWM-HO-33.
• Raczkowski J., Chudoba J., Uliasz M., 1999. Płuczka wiertnicza krzemianowa. X Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna nt. „Nowe Metody i Technologie w Geologii Naftowej, Wiertnictwie, Eksploatacji Otworowej i Gazownictwie. Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu AGH, Kraków. Materiały konferencyjne, t. 2: 123–133.
• Schlemmer R., Patel A., Friedheim J., Young S., Bloys B., 2003. Progression of Water-Based Fluids Based on Amine Chemistry – Can the Road Lead to True Oil Mud Replacements? AADE-03-NTCE-36.
• Uliasz M., 2000. Wpływ polimerów kationowych na inhibitujące właściwości płuczek wiertniczych. Prace Instytutu Górnictwa Naftowego i Gazownictwa, 107: 1–66.
• Uliasz M., 2010. Wykorzystanie związków aminowych w technologii płuczek wiertniczych. Nafta-Gaz, 66(7): 577–585.
• Uliasz M., 2011. Wpływ polimerów z I-rzędowymi grupami aminowymi na właściwości inhibitacyjne płuczki wiertniczej. Nafta-Gaz, 67(1):19–27.
• Uliasz M., Chudoba J., Herman Z., 2006. Płuczki wiertnicze z inhibitorami polimerowymi i ich oddziaływanie na przewiercane skały. Prace Instytutu Nafty i Gazu, 139: 1–72.
• Uliasz M., Zima G., Błaż S., 2008. Płuczka krzemianowo-potasowa i jej zastosowanie w warunkach otworowych. Wiadomości Naftowe i Gazownicze, 4: 12–15.
• Uliasz M., Zima G., Błaż S., Jasiński B., Wiśniowski R., Wysocki S., 2015. An analysis of the possibilities of using new types of polymeric inhibitors in the technology of drilling fluids in shale formations. Nafta-Gaz, 71(11): 884–892. DOI: 10.18668/NG2015.11.11.
• Uliasz M., Zima G., Jasiński B., Szajna A., Witek E., 2018. Ocena wpływu poliwinyloaminy na inhibitujące właściwości płuczki wiertniczej. Nafta-Gaz, 74(9): 669–675. DOI: 10.18668/NG.2018.09.05.
• Witek E., Pazdro M., Bortel E., 2007. Mechanism for Base Hydrolysis of Poly(N-vinylformamide). Journal of Macromolecular Science, Part A, 44: 503–507.
• Xie G., Luo P., Deng M., Su J., Wang Z., Gong R., Xie J., Deng S., Duan Q., 2017. Investigation of the inhibition mechanism of the number of primary amine groups of alkylamines on the swelling of bentonite. Applied Clay Science, 136: 43–50. DOI: 10.1016/j.clay.2016.11.005.
• Young S., Stamatakis E., 2006. Novel Inhibitor Chemistry Stabilizes Shales. AADE-06-DF-HO-39.
• Zhang S., Sheng J.J., Qiu Z., 2016. Water adsorption on kaolinite and illite after polyamine adsorption. Journal of Petroleum Science and Engineering, 142: 13–20. DOI: 10.1016/j.petrol.2016.01.040.
• Zima G., 2019. New shale hydration inhibitors adapted to the downhole conditions. Nafta Gaz, 75(12): 751–758. DOI: 10.18668/NG.2019.12.03.
• Zima G., 2020. Płuczka wiertnicza z dodatkiem pochodnych alkoholi tłuszczowych. Nafta Gaz, 76(3): 162–174. DOI: 10.18668/NG.2020.03.03.
• Zima G., Uliasz M., Błaż S., Jasiński B., Wiśniowski R., Wysocki S., 2017. Nowe rodzaje inhibitorów i ich wpływ na właściwości hydratacyjne skał ilasto-łupkowych. Nafta-Gaz, 73(1): 36–42. DOI: 10.18668/NG.2017.01.04.
• Zintegrowana Platforma Edukacyjna. <https://www.zpe.gov.pl> (dostęp: 04.2022).

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).