Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Wpływ cieczy przemywających na jakość zacementowania rur po użyciu płuczek wiertniczych o różnych mechanizmach inhibitowania hydratacji

Jasiński Bartłomiej, Uliasz Małgorzata, Zima Grzegorz, Błaż Sławomir

Nafta-Gaz

|

2023

|

R. 79, nr 3

171--183

PL

Jednym z najważniejszych wymogów stawianych przed zabiegiem cementowania kolumn rur okładzinowych jest to, aby stwardniały zaczyn cementowy tworzył maksymalnie szczelne i trwałe połączenie między rurami a skałą. Mimo dużego postępu w technice cementowania, jak i coraz bardziej nowoczesnych składów stosowanych zaczynów cementowych ciągle zdarzają się nieudane zabiegi, szczególnie w utworach ilastych i zailonych. W trakcie przewiercania tego typu skał niekontrolowana hydratacja wywołana fizykochemicznym oddziaływaniem filtratu z nieodpowiednio zastosowanej płuczki wiertniczej może powodować naruszenie stateczności ściany otworu przez zachodzenie zjawiska dyspersji lub pęcznienia, dlatego stosuje się płuczki wiertnicze zawierające w składzie związki chemiczne mające za zadanie maksymalne ograniczenie niekorzystnego zjawiska pęcznienia minerałów ilastych. Utworzony na ścianie otworu osad korzystnie wpływa na proces wiercenia, jednak może być przyczyną gorszej przyczepności kamienia cementowego po zabiegu cementowania rur okładzinowych. Artykuł przedstawia wyniki badań laboratoryjnych nad sformułowaniem składu cieczy przemywających pozwalających uzyskać wysoką jakość zacementowania kolumn rur okładzinowych po stosowaniu przy wierceniu płuczek wiertniczych zawierających różne inhibitory hydratacji skał ilastych: lateks, glikol, poliaminę. Do oceny skuteczności działania poszczególnych cieczy przemywających wykorzystano nowatorską metodykę badawczą polegającą na zastosowaniu cylindrycznych rdzeni skalnych. Na rdzeniach tych wytwarzano osad płuczkowy w warunkach otworopodobnych, używając aparatu Grace M2200 oraz specjalnie przystosowanej do tego komory HPHT. Następnie próbki poddawano przemywaniu za pomocą cieczy zawierających różne środki powierzchniowo czynne, a na końcu cementowano. Zacementowane próbki rdzeni skalnych były sezonowane w temperaturze 20°C oraz 50°C przez okres dwóch i siedmiu dni, po czym mierzono siłę potrzebną do zerwania przyczepności na kontakcie stwardniałego zaczynu cementowego ze skałą. Analiza uzyskanych wyników pozwoliła wytypować środki, których użycie zapewnia najwyższą efektywność w usuwaniu osadu wytworzonego przez płuczkę wiertniczą.

EN

One of the main criteria to be met prior to the cementing the casing pipe column is that the hardened cement slurry should form the most tight and durable connection between the pipes and the rock. Despite the great progress in both the cementing technique and the increasingly modern compositions of the cement slurries used, unsuccessful treatments still occur, especially in clay and silt formations. When drilling through this type of rock, uncontrolled hydration caused by the physicochemical influence of the filtrate from improperly applied drilling mud may disturb the stability of the borehole wall through dispersion or swelling phenomena. This is why drilling fluids containing chemical compounds are used to minimize the unfavorable phenomenon of mineral swelling. The sediment formed on the wall of the hole has a positive effect on the drilling process, but it may lead to deteriorated adhesion of the cement stone after cementing of the casing pipes. The article presents the results of laboratory studies on the formulation of washer fluids to achieve high-quality cementation of casing columns after the use of drilling muds containing various hydration inhibitors of clay rocks: latex, glycol, polyamine. An innovative research methodology based on the use of cylindrical rock cores was used to assess the effectiveness of washer fluids. On these cores, a filter cake was produced in borehole-like conditions, using the Grace M2200 apparatus and a specially adapted HPHT chamber. The samples were then washed with liquids containing various surfactants and finally cemented. The cemented rock core samples were seasoned at 20°C and 50°C for two and seven days, and then the force needed to break the adhesion on the contact of the hardened cement slurry with the rock was measured. The analysis of the obtained results made it possible to select the agents the use of which ensures the highest efficiency in removing the sediment produced by the drilling mud.

2

Płuczka wiertnicza na osnowie polimerów syntetycznych z dodatkiem nanomateriałów dostosowana do warunków otworowych

Zima Grzegorz, Jasiński Bartłomiej, Uliasz Małgorzata, Błaż Sławomir

Nafta-Gaz

|

2023

|

R. 79, nr 3

157--170

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań nad zastosowaniem poli-merów syntetycznych zbudowanych z merów winylowoamidowych, winylowosulfonowych, akrylowosulfonowych lub bezwodnika maleinowego do regulowania filtracji płuczek wiertniczych. Płuczki te zawierały w swoim składzie koloid ochronny typu skrobiowego, biopolimer, nanokrzemionkę hydrofobową dyspergowaną za pomocą sonifikatora w wodnym roztworze środków powierzchniowo czynnych oraz jonowy inhibitor hydratacji skał (KCl) i blokator węglanowy celem wytworzenia osadu filtracyjnego. Na podstawie przeprowadzonych badań z wykorzystaniem nowych środków syntetycznych dokonano ich doboru do regulowania filtracji oraz parametrów reologicznych płuczek wiertniczych w różnych warunkach geologicznych. Badania przeprowadzono dla płuczek o różnym stopniu zmineralizowania, przy różnej zawartości fazy stałej. Wykonano również badania właściwości smarnych i inhibicyjnych płuczek. Na podstawie uzyskanych wyników zaproponowano składy płuczek charakteryzujące się niską filtracją w warunkach HPHT. Przeprowadzono pomiary statycznej filtracji HPHT na standardowych sączkach do pomiaru filtracji oraz w temperaturach 60°C i 120°C. Filtrację przy użyciu aparatu Grace M2200 HPHT wykonano na rdzeniach o porowatości 20 µm. W celu odtworzenia warunków otworowych do płuczek dodawano zwierciny (zmielony łupek mioceński) i skażenia chemiczne w postaci chlorków wapnia i magnezu. Wyniki pomiarów na aparacie Grace M2200 HPHT podane w artykule zostały przeliczone na podstawie stosunku po- wierzchni filtracji w celu porównania ze statyczną filtracją HPHT. Uzyskane wyniki badań mogą znaleźć zastosowanie w warunkach przemysłowych podczas głębokich wierceń oraz pozyskiwania energii geotermalnej.

EN

The article presents the results of research on the use of synthetic polymers made of vinylamide, vinylsulfonic, acryl-sulfonic or maleic anhydride to regulate the filtration of drilling fluids. These muds contained a starch-type colloid, a biopolymer, hydrophobic nanosilica dispersed using a sonificator in an aqueous solution of surfactants, as well as an ionic rock hydration inhibitor (KCl) and a carbonate blocker to produce a filter cake. Based on the research carried out with the use of new synthetic agents, their selection was made for regulating the filtration and rheological parameters of drilling fluids under various geological conditions. The tests were carried out for muds of various mineralization levels, with different solids content. The lubricating and inhibitory properties of the muds were also tested. On the basis of the obtained results, the drilling fluids compositions with low HPHT filtration were proposed. Static HPHT filtration measurements were performed on standard filters for filtration measurement and at a temperature of 60 and 120°C. Filtration using a Grace M2200 HPHT apparatus was performed on cores with a porosity of 20 µm. In order to restore the borehole conditions, drill cuttings (ground Miocene shale) and chemical contamination in the form of calcium and magnesium chlorides were added to the muds. The results of the measurements made using the Grace M2200 HPHT apparatus given in the article were converted from the filtration area ratio for comparison with the static HPHT filtration. The obtained research results can be used in industrial conditions during deep drilling and the acquisition of geothermal energy.

3

Badania laboratoryjne nad zwiększeniem przewodności cieplnej płuczek wiertniczych przeznaczonych do wierceń geotermalnych

Błaż Sławomir, Zima Grzegorz, Jasiński Bartłomiej

Nafta-Gaz

|

2023

|

R. 79, nr 5

338--348

PL

Jednym z potencjalnych kierunków rozwoju energetyki w Polsce jest wykorzystanie dla celów geotermalnych jako źródła energii głęboko zlokalizowanych wód o wysokich temperaturach. Udostępnianie złóż geotermalnych wiąże się z wysokimi wymogami stawianymi stosowanym płuczkom wiertniczym. Wysoka temperatura i ciśnienie panujące na dnie otworu wiertniczego są główną przyczyną zmiany parametrów reologicznych, ekwiwalentnej gęstości cyrkulacyjnej i objętości płuczki wiertniczej. Dlatego niezmiernie istotne jest, aby płuczka wiertnicza miała odpowiednią charakterystykę przewodnictwa cieplnego. Szczególnie ważne jest to w przypadkach wiercenia otworów, gdzie występująca różnica między ciśnieniem porowym a ciśnieniem szczelinowania jest niewielka. Właściwości termofizyczne, takie jak przewodność cieplna i ciepło właściwe płuczki wiertniczej, wpływają na wymianę ciepła i odgrywają zasadniczą rolę w profilu temperaturowym cieczy wiertniczych cyrkulujących w otworze. Przewodność cieplna i właściwa pojemność cieplna są zależne od składu płuczki wiertniczej, gęstości, właściwości reologiczno-strukturalnych i zawartości fazy stałej. W artykule przedstawiono badania przewodności cieplnej wodnodyspersyjnych płuczek wiertniczych przeznaczonych do wierceń geotermalnych. Określono wpływ podstawowych składników płuczki oraz środków do regulowania jej parametrów na właściwości termofizyczne. Zaprezentowane zostały wyniki badań z zakresu prac eksperymentalnych zmierzających do wyboru i zastosowania środków chemicznych poprawiających przewodność cieplną płuczek wiertniczych. Na podstawie analizy otrzymanych wyników z badań laboratoryjnych opracowano skład płuczki wiertniczej do wiercenia otworów geotermalnych charakteryzującej się zwiększonymi wartościami przewodności cieplnej przy zachowaniu wysokiej odporności na działanie wysokiej temperatury i ciśnienia.

EN

One of the potential directions of energy development in Poland is the use of deep waters with high temperatures as a source of energy for geothermal purposes. Accessing geothermal deposits is associated with exacting requirements in terms of the drilling muds used. The high temperature and pressure at the bottom of the borehole are the main cause of changes in rheological parameters, equivalent circulation density and drilling mud volume. Therefore, it is of the utmost importance that the drilling mud has adequate thermal conductivity characteristics. This is especially important in cases of drilling holes where the difference between the pore pressure and the fracture pressure is small. Thermophysical properties such as the thermal conductivity and heat capacity of the drilling mud affect heat transfer and play an essential role in the temperature profile of the drilling fluids circulating in the hole. Thermal conductivity and proper heat capacity depend on the drilling mud composition, density, rheological and structural parameters and solid phase content. The article presents the study of thermal conductivity of water based drilling muds intended for geothermal drilling. The influence of basic mud components and agents regulating its parameters on thermophysical properties was determined. The results of experimental research designed to select and apply chemicals to improve the thermal conductivity of drilling muds are presented. Based on the analysis of the results obtained from laboratory tests, a composition for drilling mud for drilling geothermal boreholes was created with enhanced thermal conductivity while maintaining strong resistance to high temperature and pressure.

4

Wielofunkcyjny symulator procesu wiercenia

Uliasz Małgorzata, Zima Grzegorz, Jasiński Bartłomiej, Błaż Sławomir

Wiadomości Naftowe i Gazownicze

|

2022

|

R. 25, Nr 4-5 (280)

6-11

PL

W artykule przedstawiono przykłady zastosowania aparatu Grace M2200 HPHT do badań płuczek wiertniczych w warunkach zbliżonych do otworowych. Aparat ten jest wielofunkcyjnym symulatorem procesu wiercenia, który umożliwia przeprowadzenie pomiaru smarności w środowisku płuczki na kontakcie metal - metal i metal - skała, filtracji dynamicznej płuczek wiertniczych przez ścianę otworu oraz pomiar szybkości wiercenia w rzeczywistych próbkach skał przy pomocy miniaturowego świdra wiertniczego w symulowanych warunkach otworowych. Istnieje możliwość symulowania warunków otworowych dzięki dużemu zakresowi temperatury roboczej (do 260°C) oraz ciśnienia (do 13,8 MPa). Obsługa urządzenia odbywa się przy użyciu oprogramowania komputerowego M2200 PC. Przedstawiono wybrane wyniki pomiarów filtracji i właściwości smarnych przykładowych płuczek wiertniczych a także szybkości wiercenia. Wyniki uzyskane na aparacie Grace porównano z wynikami pomiaru filtracji na prasie filtracyjnej w warunkach statycznych i dynamicznych oraz z pomiarami współczynnika tarcia na aparacie Fann. Badania prowadzone na aparacie Grace M2200 HPHT ułatwią wdrożenie do praktyki przemysłowej nowych rodzajów środków chemicznych do regulowania filtracji i właściwości smarnych płuczek wiertniczych w trudnych warunkach geologicznych. Umożliwią również rozbudowanie dotychczasowej metodyki badawczej pozwalającej na kompleksową analizę właściwości cieczy wiertniczych.

EN

The article presents examples of use the Grace M2200 HPHT apparatus for testing drilling fluids in simulated borehole conditions. This device is a multifunctional drilling process simulator that allows to measure the lubricity of drilling fluid on the metal-metal or metal-rock contact, dynamic filtration of drilling fluids through the wall of the borehole and measurement of the drilling rate in real rock samples using a miniature drill bit in simulated borehole conditions. It is possible to simulate the borehole conditions thanks to the wide range of operating temperature (up to 260°C) and pressure (up to 13,8 MPa). The device is operated using the M2200 PC software. Selected results of measurements of filtration and lubricating properties of exemplary drilling fluids as well as drilling rate are presented. The results obtained on the Grace apparatus were compared with the results of filtration measurements on the filter press under static and dynamic conditions and with the measurements of the friction coefficient on the Fann apparatus. Research conducted on the Grace M2200 HPHT apparatus will facilitate the implementation into industrial practice of new types of chemical agents to control the filtration and lubricating properties of drilling fluids in difficult geological conditions. They will expand the existing research methodology, allowing for a comprehensive analysis of drilling fluids properties.

5

Polimery syntetyczne do regulowania filtracji płuczek wiertniczych w warunkach podwyższonej temperatury

Zima Grzegorz, Jasiński Bartłomiej, Uliasz Małgorzata, Błaż Sławomir

Nafta-Gaz

|

2022

|

R. 78, nr 5

375--385

PL

W artykule przedstawiono badania laboratoryjne nad zastosowaniem do regulowania filtracji polimerów syntetycznych takich jak kopolimery i terpolimery zbudowane z merów winylowoamidowych, winylowosulfonowych, akrylowosulfonowych lub bezwodnika maleinowego. Środki te według danych literaturowych wykazują odporność termiczną powyżej 200°C. Na podstawie przeprowadzonych badań z wykorzystaniem nowych środków syntetycznych dokonano ich doboru do regulowania filtracji i parametrów reologicznych płuczek wiertniczych w różnych warunkach geologicznych oraz określono korelację pomiędzy wynikami badań filtracji uzyskanymi na statycznej i dynamicznej prasie filtracyjnej HPHT oraz wynikami filtracji otrzymanymi za pomocą aparatu Grace M2200 HPHT. Badania polimerów syntetycznych przeprowadzono w płuczce, w której składzie zastosowano środek skrobiowy i biopolimer XCD. Płuczka ta zawierała dodatkowo 7% inhibitora jonowego KCl i 7% blokatora węglanowego w celu utworzenia osadu filtracyjnego. Dla badanych płuczek przeprowadzono pomiary ich podstawowych właściwości oraz wykonano pomiary statycznej i dynamicznej filtracji HPHT na standardowych sączkach do pomiaru filtracji oraz krążkach ceramicznych o porowatości 20 µm. Filtrację statyczną określono w temperaturach 60°C i 120°C, natomiast dynamiczną w temperaturze 120°C. Filtrację przy użyciu aparatu Grace M2200 HPHT zmierzono również w temperaturach 60°C i 120°C na rdzeniach o porowatości 20 µm. W celu odtworzenia warunków otworowych do płuczek dodawano zwierciny (zmielony łupek mioceński) i skażenia chemiczne w postaci chlorków wapnia i magnezu oraz obciążano je barytem. Wyniki pomiarów na aparacie Grace M2200 HPHT podane w artykule zostały przeliczone na podstawie stosunku powierzchni filtracji w celu porównania z filtracją HPHT na krążkach ceramicznych. Dla płuczek dodatkowo przeprowadzono badanie dyspersji skały ilastej w celu określenia i porównania ich właściwości inhibicyjnych. Uzyskane wyniki badań mogą znaleźć zastosowanie w warunkach przemysłowych podczas głębokich wierceń oraz pozyskiwania energii geotermalnej.

EN

The article presents laboratory research on the use of synthetic polymers for controlling filtration, such as copolymers and terpolymers made of vinylamide, vinylsulfonic, acryl-sulfonic or maleic anhydride units. According to the literature data, these agents show thermal resistance above 200°C. Based on the research carried out with the use of new synthetic agents, they were selected to regulate the filtration and rheological parameters of drilling fluids in various geological conditions, and the correlation between the results of HPHT filtration tests obtained on the static and dynamic filter press and the filtration results obtained with the Grace M2200 PHT apparatus was determined. The research on synthetic polymers was carried out in a mud containing a starch agent and an XCD biopolimer. This mud contained an additional 7% KCl ionic inhibitor and 7% calcium carbonate to form a filter cake. For the tested muds, measurements of their basic properties were carried out, and static and dynamic HPHT filtration measurements were made on standard filters for filtration and ceramic discs with a porosity of 20 µm. Static filtration was determined at 60 and 120°C, and dynamic filtration at 120°C. Filtration using a Grace M2200 HPHT apparatus was performed on cores with a porosity of 20 µm. In order to restore the borehole conditions, drill cuttings (ground Miocene shales) and chemical contamination in the form of calcium and magnesium chlorides were added to the muds, and weighted with barite. The results of the measurements on the Grace M2200 HPHT apparatus given in the article were converted based on the filtration area ratio for comparison with the HPHT filtration on ceramic discs. For the muds, a rock dispersion test was carried out in order to determine and compare their inhibitory properties. The obtained test results can be used in industrial conditions during deep drilling and acquisition of geothermal energy

6

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

Jasiński Bartłomiej, Uliasz Małgorzata, Zima Grzegorz, Błaż Sławomir

Nafta-Gaz

|

2022

|

R. 78, nr 4

274--287

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.

7

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

Błaż Sławomir, Zima Grzegorz, Jasiński Bartłomiej

Nafta-Gaz

|

2022

|

R. 78, nr 3

208--218

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.

8

Odwracalne ciecze emulsyjne o wysokim stężeniu fazy wewnętrznej (HIPR)

Błaż Sławomir

Nafta-Gaz

|

2021

|

R. 77, nr 3

175--186

PL

Najczęściej stosowanymi płuczkami do wiercenia otworów na osnowie oleju są płuczki inwersyjne. Stosunek fazy olejowej do wodnej w inwersyjnych płuczkach wiertniczych zawiera się w zakresie od 65/35 do 90/10, przy czym najczęściej wynosi od 70/30 do 80/20. Płuczki przy takich stosunkach fazy olejowej do wodnej charakteryzują się wysoką stabilnością i odpowiednimi parametrami reologiczno-strukturalnymi, pozwalającymi na szeroki zakres regulacji gęstości płuczki. Jedną z wad płuczek inwersyjnych jest ich koszt (ze względu na zawartość oleju) i problemy środowiskowe związane z odpadami i zagospodarowaniem zaolejonych zwiercin. W artykule przedstawiono badania laboratoryjne zmierzające do opracowania składu płuczki inwersyjnej o ograniczonej zawartości fazy olejowej i wysokim stężeniu fazy wewnętrznej (ang. high internal phase ratio – HIPR). Płuczki o współczynniku o/w poniżej lub równym 50/50 różnią się od konwencjonalnych płuczek inwersyjnych pod względem składu i właściwości. Z powodu większego stężenia zdyspergowanej fazy wewnętrznej płuczki te charakteryzują się zmniejszoną stabilnością i wysokimi parametrami reologiczno-strukturalnymi. Utrzymanie odpowiednich parametrów reologiczno-strukturalnych płuczki i jej wysokiej stabilności możliwe jest tylko poprzez wykorzystanie odpowiednich środków chemicznych dostosowanych do danego układu emulsyjnego, o określonym stosunku fazy olejowej do wodnej. W tego rodzaju płuczkach możliwe jest także, ze względu na wyższe stężenie fazy wewnętrznej, częściowe regulowanie gęstości płuczki fazą wodną, którą mogą stanowić roztwory soli, i ograniczanie w ten sposób zawartości substancji stałych (materiałów obciążających) w płuczce. Opracowany system płuczkowy powinien być bardziej ekonomiczny, charakteryzować się ograniczoną toksycznością przy jednoczesnym zachowaniu eksploatacyjnych zalet płuczki inwersyjnej. Płuczki tego rodzaju mogą znaleźć zastosowanie zarówno podczas przewiercania reaktywnych formacji łupkowych, warstw solnych, gipsu, anhydrytu, jak też służyć do dowiercania horyzontów produktywnych oraz do prac rekonstrukcyjnych prowadzonych w odwiertach ropno-gazowych.

EN

Invert muds are the most commonly used oil-based drilling muds. The oil to water phase ratio in invert drilling muds ranges from 65/35 up to 90/10, with the most common ones ranging from 70/30 to 80/20. At these oil to water phase ratios, the drilling mud is characterized with high stability and appropriate rheological and structural parameters allowing to adjust drilling mud density in a wide range. One of the disadvantages of invert muds is their cost (due to oil content) and environmental problems associated with waste and management of oily drill cuttings. Taking into account the properties of oil-based muds, the article presents laboratory tests aimed at developing the composition of an invert mud with a limited oil phase content and high internal phase ratio (HIPR). Drilling muds with an o/w ratio less or equal to 50/50 vary from conventional inversion muds in terms of their composition and properties. Due to the higher concentration of the dispersed inner phase, muds have reduced stability and high rheological and structural parameters. Maintaining the appropriate rheological and structural parameters of the drilling mud and its high stability is possible only through the use of appropriate chemicals adapted to the emulsion system with a specific oil to water phase ratio. In the drilling muds of this type it is also possible, due to the higher concentration of the internal phase, to partially adjust the density of the mud with the water phase, such as salt solutions, thus limiting the solids content (weighting agents) in the mud. The developed mud system should be more economical, have a reduced toxicity, while maintaining the operational advantages of invert mud. These types of muds can be used during the drilling of reactive shale formations, salt layers, gypsum and anhydrite layers, as well as for drilling productive horizons and for reconstruction works carried out in oil and gas wells.

9

Drilling muds for coal deposits

Błaż Sławomir

Nafta-Gaz

|

2020

|

R. 76, nr 10

701--709

EN

The instability of coal beds, both in the overburden and in the production zone during drilling, in particular with directional borehole, is well known. One of the main coal attributes is presence of cracks and micro-fractures in it. This linked network of cracks is considered as the main source of many problems related to coal instability. Stresses occurring in such formations exceed the coal compressive strength. During drilling, coal becomes unstable, which can result in borehole wall collapsing, stuck pipe, or even complete loss of the borehole. Using improper drilling muds can cause additional problems. In coal, a poorly selected drilling mud can damage the natural permeability of the near-well zone. Drilling muds penetrating the pores and cracks in the coal can lead to permanent destruction of the near-well zone, partially or completely limiting the supply of methane to the borehole. Muds used for drilling in coal deposits should therefore both stabilize the borehole wall and affect minor damage to the drilled formation. The experience acquired while drilling low-permeability shale rocks generally does not correlate with the practices and guidelines used to drill holes in coal deposits due to the unique physical and mechanical characteristics of coal. One of the ways to improve the stability of coal deposits when using water-based drilling muds is to prevent the penetration of mud filtrate into the rock matrix, which can be achieved by chemical modification of the drilling mud composition or physical sealing of pores and fractures with special materials. The article presents research on the development of a new drilling mud system dedicated to coalbed methane (CBM) drilling.

PL

Niestabilność pokładów węgla zarówno w nadkładzie, jak i w strefie produktywnej podczas ich rozwiercania, w szczególności otworami kierunkowymi, jest powszechnie znana. Jedną z głównych cech węgla jest występowanie w nim systemu spękań i mikroszczelin. To właśnie tę połączoną sieć spękań uważa się za źródło wielu problemów związanych z niestabilnością węgla. Występujące naprężenia w takich formacjach przewyższają wytrzymałość węgla kamiennego na ściskanie. Podczas realizacji prac wiertniczych węgiel kamienny staje się niestabilny, może dochodzić do obsypywania ścian otworu, przychwycenia przewodu, a niekiedy do całkowitej utraty otworu. Zastosowanie do wiercenia niewłaściwych płuczek wiertniczych może powodować dodatkowe problemy. W skale, jaką jest węgiel kamienny, źle dobrana płuczka wiertnicza może uszkodzić naturalną przepuszczalność strefy przyotworowej. Płuczka, wnikając w pory oraz spękania węgla, może doprowadzić do trwałego zniszczenia strefy przyotworowej, ograniczając częściowo lub całkowicie dopływ metanu do otworu. Płuczka wiertnicza stosowana do przewiercania pokładów węgla powinna zatem zarówno stabilizować otwór podczas fazy wiercenia, jak też wpływać na niewielkie uszkodzenie przewiercanej formacji. Doświadczenia nabyte podczas przewiercania skał łupkowych o niskiej przepuszczalności na ogół nie korelują z praktykami i wytycznymi w zakresie wiercenia otworów w pokładach węgla z uwagi na wyjątkową charakterystykę fizyczno-mechaniczną węgli. Jednym ze sposobów poprawy stabilności utworów węgla przy wykorzystywaniu wodnodyspersyjnych płuczek wiertniczych jest przeciwdziałanie wnikaniu filtratu płuczkowego do matrycy skały, co można osiągnąć poprzez chemiczną modyfikację składu płuczki wiertniczej lub fizyczne uszczelnianie porów i szczelin specjalnymi materiałami. W artykule przedstawiono badania nad opracowaniem nowego systemu płuczki wiertniczej przeznaczonej do rozwiercania złóż metanu zlokalizowanego w pokładach węgla kamiennego.

10

Badania laboratoryjne nad doborem środków przeciwakrecyjnych do płuczek wiertniczych

Błaż Sławomir

Nafta-Gaz

|

2019

|

R. 75, nr 5

265--274

PL

Podczas wiercenia otworów w formacjach łupkowych bardzo często występują poważne problemy związane z niestabilnością otworu wiertniczego. Większość z nich nie wynika z niskiej wytrzymałości mechanicznej przewiercanych skał, ale z ich chemicznie reaktywnego charakteru. Reaktywne skały ilasto-łupkowe pod wpływem płuczek wodnodyspersyjnych ulegają hydratacji. Uwodnione zwierciny przywierają do powierzchni świdra i metalowych części przewodu wiertniczego (rury płuczkowe, obciążniki), tworząc w ten sposób plastyczną mieszaninę, która przeciwdziała bezpośredniemu stykaniu się części wiercącej świdra z powierzchnią urabianej skały. Nadmierny wzrost zawartości rozmokniętej ilastej mieszaniny plastycznej na świdrze i przewodzie wiertniczym wpływa na proces wiercenia poprzez zwiększenie momentu obrotowego. W wyniku zwiększonego oporu może nastąpić przychwycenie przewodu, pogorszenie wskaźników hydraulicznych, co wpływa na zmniejszenie prędkości wiercenia otworu (ROP). W artykule przedstawiono badania nad doborem i wdrożeniem dodatku do wodnodyspersyjnych płuczek wiertniczych nowego rodzaju środka przeciwakrecyjnego zapobiegającego oblepianiu świdra i akrecji zwiercin na przewodzie wiertniczym. Badania skuteczności doboru środków do płuczek wiertniczych były prowadzone według założonej i opracowanej charakterystycznej metodologii badania, uwzględniającej wpływ poszczególnych czynników na zredukowanie zjawiska akrecji. Przeprowadzono szereg testów akrecyjnych określających wpływ rodzaju przewiercanej skały, czasu ekspozycji zwiercin na działanie płuczki, wpływ wielkości powstających zwiercin oraz występującego mechanicznego obciążenia na zjawisko akrecji. Badania doboru środków przeciwakrecyjnych prowadzono na próbkach skał odkrywkowych w środowisku wodnodyspersyjnych płuczek wiertniczych. Uzyskane wyniki zostały poddane analizie, umożliwiającej opracowanie składu środka przeciwakrecyjnego, który może być wykorzystywany jako dodatek do wodnodyspersyjnych płuczek wiertniczych zapobiegający oblepianiu świdra i akrecji zwiercin. Zastosowanie opracowanego środka do płuczek otworowych pozwoliło na ponad 90-procentowe zredukowanie akrecji zwiercin w porównaniu do płuczek bez dodatku tego typu środków. W badaniach potwierdzono także jego znacznie wyższą efektywność w stosunku do obecnie stosowanego w polskim wiertnictwie środka do zapobiegania oblepianiu świdra.

EN

In the course of borehole drilling through shale formations very often there are serious problems associated with the instability of the borehole. Most of these problems do not result from the low mechanical strength of the drilled rocks, but from the chemically reactive nature of the rocks. Reactive shale-clay rocks are hydrated under the influence of water-based drilling muds. Hydrated cuttings at the bottom of the borehole adhere to the surface of the bit and metal parts of the drill string (drill pipes, drill collars), forming a plastic mixture that prevents direct contact between the drill blades and the surface of the rock to be cut. The excessive increase in the contents of the clayey plastic mixture on the bit and the drill pipe affects the drilling process by increasing the torque. As a result of the increased resistance, the pipe may get stuck, hydraulic indicators may deteriorate, which reduces the rate of penetration (ROP). This article presents research on the selection and implementation of a new type of anti-precipitation agent to water-based drilling muds, preventing the sticking of the bit and accretion of cuttings on the drill string. The selection of anti-accretion agents was carried out ac-cording to the methodology considering the influence of individual factors to reduce the accretion phenomenon. A number of accretion tests were carried out to determine the effect of the type of rock used, the exposure time of the drill cuttings to drilling mud influence, the impact of the size of the formed cuttings and the mechanical load on the accretion phenomenon. Studies on the selection of anti-accretion agents were carried out on open-pit rock samples in the environment of water-based drilling muds. The obtained results were analyzed allowing the formulation of the anti-accretion composition, which can be used as an additive to water-based drilling muds, preventing the drilling bit from getting stuck and the accretion of cuttings. The use of the developed agent has allowed for more than 90% reduction of accretion of drill cuttings compared to muds without the addition of this type of agent, as well as its much higher efficiency than the anti-accretion agent used .in the Polish drilling industry.