Badania nad doborem materiałów blokujących do tymczasowego uszczelnienia ściany otworu

• Autorzy: Jasiński Bartłomiej , Uliasz Małgorzata , Budak Paweł , Majkrzak Marcin , Kłyż Łukasz

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2022.05.04

Warianty tytułu

EN

Research on the selection of bridging agents for the temporary sealing of the borehole wall

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

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.

Słowa kluczowe

PL

płuczka wiertnicza; materiał mostkujący; przepuszczalność

EN

drilling mud; bridging agent; permeability

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 78, nr 5
• Strony: 358--374
• Opis fizyczny: Bibliogr. 40 poz., rys.

Twórcy

autor

Jasiński Bartłomiej

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Uliasz Małgorzata

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Budak Paweł

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Majkrzak Marcin

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Kłyż Łukasz

• 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., 2016. 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.
• Abrams A., 1977. Mud design to minimize rock impairment due to particle invasion. J. Pet. Technol., 29(05): 586–592. DOI:10.2118/5713-PA.
• Adel M., Ragab S., Noah A., 2014. Reduction of formation damage and fluid loss using nano-sized silica drilling fluids. Petroleum Technology Development Journal: An International Journal,7(2): 75–88.
• Al Moajil A.M., Nasr-El-Din H.A., 2013. Removal of manganese tetraoxide filter cake using a combination of HCl and organic acid. Paper presented at the SPE Heavy Oil Conference-Canada, Calgary, Alberta, Canada, June 2013. 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, USA. DOI: 10.2118/151331-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. Paper presented at the SPE/IADC Managed Pressure Drilling and Underbalanced Operations Conference and Exhibition, New Orleans, Louisiana, USA, April 2018. DOI: 10.2118/190000-MS.
• Alvarez L.A., Cedeno M.D., Villon P.V., Pinoargote R.C., 2019. Design of a fluid for workover operations in the Gustavo Galindo Oilfield, Ecuador. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 14(11): 2118-2124.
• Al-Yami A.S., Nasr-El-Din H., Bataweel M.A., Al-Majed A.A., Menouar H., 2008. Formation damage induced by various water-based fluids used to drill HP/HT wells. Petroleum Engineering,30: 471–500. DOI: 10.2118/112421-MS.
• Baron V., Gutzmer J., Rundlöf H., Tellgren R., 1998. The influence of iron substitution on the magnetic properties of hausmannite, Mn2+(Fe,Mn)3+2O4. American Mineralogist, 83: 786–793. DOI:10.2138/am-1998-7-810.
• BDC Group. <http://bdc.com.pl> (dostęp: luty 2021).
• Błaż S., 2010. Nowa generacja płuczek do przewiercania reaktywnych skał ilastych. Nafta-Gaz, 66(5): 390–398.
• Caenn R., Darley H.C.H., Gray G.R., 2011. Composition and properties of drilling and completion fluids. Sixth Edition. Gulf Professional Publishing.
• Contreras O., Hareland G., Husein M., Nygaard R., Al-Saba M., 2014. Application of in-house prepared nanoparticles as filtration control additive to reduce formation damage. Paper presented at the SPE International Symposium and Exhibition on Formation
• Damage Control, Lafayette, Louisiana, USA, February 2014. DOI: 10.2118/168116-MS.
• Dębińska E., 2014. Wpływ nanokrzemionki na parametry mechaniczne kamienia cementowego. Nafta-Gaz, 70(4): 229–235.
• Dębińska E., 2015. Niekonwencjonalne zaczyny cementowe z dodatkiem nanokrzemionki. Nafta-Gaz, 71(5): 290–300.
• Dick M.A., Heinz T.J., Svoboda C.F., Aston M., 2000. Optimizing the selection of bridging particles for reservoir drilling fluids. SPE International Symposium on Formation Damage Control, Lafayette, Louisiana, USA. DOI: 10.2118/58793-MS.
• Herman Z., Półchłopek T., 1996. Wpływ kationów nieorganicznych na przepuszczalność piaskowcowych skał zbiornikowych. Badania laboratoryjne. Archiwum Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego, Kraków.
• Ismail N.I., Lawrence E., Naz M.Y., Shukrullah S., Sulaiman S.A., 2021. Role of particle size distribution of bridging agent for drilling mud on formation damage near wellbore. Materials Today: Proceedings, 47: 13–17. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.04.371.
• Jankiewicz B.J., Choma J., Jamioła D., Jaroniec M., 2010. Nanostruktury krzemionkowo-metaliczne. Otrzymywanie i modyfikacja nanocząstek krzemionkowych. Wiadomości Chemiczne, 64: 913–942.
• Jasiński B., 2018. Określenie dynamicznej filtracji płuczek wiertniczych w warunkach HPHT z użyciem nowatorskiej metody pomiarowej. Nafta-Gaz, 74(2): 85–95. DOI: 10.18668/NG.2018.02.02.
• Liu X., Civan F., 1996. Formation damage by fines migration including effects of filter cake, pore compressibility, and non-darcy flow – a modeling approach to scaling from core to field. Paper presented at the SPE International Symposium on Oilfield Chemistry, San Antonio, Texas, February 1995. DOI: 10.2118/25215-PA.
• Mungan N., 1965. Permeability reduction through changes in pH and salinity. J. Pet. Technol. 17(12): 1449–1453. DOI:10.2118/1283-PA.
• Oort E. van, 2003. On the physical and chemical stability of shales. Journal of Petroleum Science and Engineering, 38: 213–235. DOI: 10.1016/S0920-4105(03)00034-2.
• Ponmani S., Nagarajan R., Sangwai J.S., 2016. Effect of nanofluids of CuO and ZnO in polyethylene glycol and polyvinylpyrrolidone on the thermal, electrical, and filtration-loss properties of water-based drilling fluids. SPE Journal, 21(02): 405–415. DOI:10.2118/178919-PA.
• PSPW <http://www.pspw-krosno.com.pl> (dostęp: marzec 2021).
• Raczkowski J., Półchłopek T., 1998. Materiały i środki chemiczne do sporządzania płuczek wiertniczych. Prace Instytutu Górnictwa Naftowego i Gazownictwa, 95: 1–319.
• Rahman S.S., Rahman M.M., Khan F.A., 1995. Response of low-permeability, illitic sand-stone to drilling and completion fluids. Journal of Petroleum Science and Engineering, 12: 309–322. DOI: 10.1016/0920-4105(94)00052-6.
• Salih A.H., Bilgesu H., 2017. Investigation of rheological and filtration properties of water-based drilling fluids using various anionic nanoparticles. Paper presented at the SPE Western Regional Meeting, Bakersfield, California, April 2017. DOI: 10.2118/185638-MS.
• Salih A.H., Elshehabi T.A., Bilgesu H.I., 2016. Impact of nanomaterials on the rheological and filtration properties of water-based drilling fluids. SPE Eastern Regional Meeting, Canton, Ohio,USA. DOI: 10.2118/184067-MS.
• Schlumberger Oilfield Glossary. <http://www.glossary.oilfield.slb.com> (dostęp: luty 2021).
• 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.
• Stec M., 2017. Opracowanie nowych receptur płuczek mrówczanowych w aspekcie ograniczenia uszkodzenia strefy przyodwiertowej. Rozprawa doktorska. Akademia Górniczo-Hutnicza im. S. Staszica, Kraków.
• Uliasz M., 2020. Rola związków glinu w stabilizowaniu skał ilasto-łupkowych. Nafta-Gaz, 76(1): 29–36. DOI: 10.18668/ NG.2020.01.04.
• Uliasz M., 2021. Ciecze robocze – ich właściwości technologiczne i rola w procesie rekonstrukcji odwiertów. Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego,235: 1–160. DOI: 10.18668/PN2021.235.
• Uliasz M., Herman Z., 2007. Wymagania i właściwości cieczy roboczych. Materiały konferencyjne. Konferencja z okazji 20-lecia Instytutu Problemów Nafty i Gazu Rosyjskiej Akademii Nauk. Moskwa.
• Uliasz M., Herman Z., 2008. Wymagane parametry cieczy roboczych dla ochrony pierwotnych właściwości skał zbiornikowych. Wiertnictwo, Nafta, Gaz, 25(2): 753–764.
• Zhang F., Yan J., Li Z., 2009. Study on the workover fluid formula and performance of the prevention reservoir. Modern Applied Science, 3(12): 9–13. DOI: 10.5539/MAS.V3N12P9.
• Zima G., 2017. Analiza wpływu nanomateriałów na właściwości osadu filtracyjnego. Nafta-Gaz, 73(5): 312–320. DOI: 10.18668/NG.2017.05.03.
• 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.

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).