Wpływ polimerów kationowych na inhibitujące właściwości płuczek wiertniczych

• Autorzy: Uliasz, M.

Warianty tytułu

EN

Effect of cation polymers on inhibiting properties of drilling muds

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W części ogólnej pracy dotyczącej polimerów kationowych przedstawiono studium literaturowe na temat polielektrolitów kationowych o zróżnicowanej masie cząsteczkowej, tj. mało- i wielkocząsteczkowych. Szczególną uwagę zwrócono na mechanizmy ich inhibitującego działania na skałę ilastą jak również na kryteria i warunki doboru tych polimerów do sporządzania płuczek wiertniczych. Ze względu na specyficzne właściwości fizykochemiczne polimerów kationowych dokonano wyboru odpowiednich metod badawczych mając na względzie wpływ tych polimerów na właściwości adsorpcyjne, dyspersyjne i elektrokinetyczne skał czułych na wodę. Część doświadczalna pracy zawiera wyniki badań laboratoryjnych, do których wykorzystano w pierwszej kolejności roztwory polimerów kationowych o różnym stężeniu. Na podstawie wyników tych badań opracowano trzy rodzaje płuczek kationowych, które użyto w następnym etapie badań. Materiał badawczy stanowiły skały iiasto-łupkowe pochodzące z odkrywki oraz pobrane jako rdzenie wiertnicze reprezentowane przez łupek spaski i pstry łupek eoceński. Oceny inhibitującego działania polielektrolitów kationowych na wybraną skałę ilasto-łupkową dokonano na podstawie pomiaru objętości adsorbowania danego roztworu polimeru lub filtratu z płuczki przez tą skałę, przyrostu jej objętości, czasu kapilarnej nasiąkliwości, potencjału elektrokinetycznego oraz analizy dyspersji skały w danej płuczce kationowej. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że polimery kationowe należy zaliczyć do najbardziej skutecznych inhibitorów hydratcji skał ilasto-łupkowych. Płuczki wiertnicze sporządzone z ich udziałem powinny w dużym stopniu przyczynić się do ograniczania dyspersji łupków zarówno pęczniejących jak i sypliwych.

EN

General part of the paper contains a literature study on cation polyelectrolytes having different molecular masses, i.e. low- and high-molecular ones. Special attention is drawn to inhibiting mechanisms of their influence on clayey rocks as well as to criteria and conditions to select the polymers when preparing drilling muds. Having in view physico-chemical properties of the cation polymers there were selected appriopriate research methods which took into account impact of the polymers on adsorption, dispersion, and electrokinetical properties of the rocks, which are susceptible to water. Experimental part of the paper reports results of laboratory tests where were used solutions of cation polymers with different concentrations. On this basis there were developed 3 kinds of drilling muds to use on the next stage of examinations. Research material consisted of shale clays from outcrops or kerns drilled out from Spass and Bunter Eocene shales. Estimates of inhibiting properties of the cation polyelectrolytes in reaction with selected shale clays were being developed on measuring volumen of given polymer solutions or filtrates adsorbed by the rock, their volumen increase, time of capillary absorbability, electro-kinetical potential, and analyzing rock dispersions in the cation drilling mud. The studied evidenced that cation polymers may be numbered among the most effective inhibitors to present hydratation of shale clays. Drilling muds containing the polymers should therefore contribute to mitigation of shale dispersions, both in swelling and loose rocks.

Słowa kluczowe

PL

płuczki wiertnicze; polimery kationowe; właściwości inhibitujące

EN

drilling muds; cation polymers; inhibiting properties

• Czasopismo: Prace Instytutu Górnictwa Naftowego i Gazownictwa
• Rocznik: 2000
• Tom: nr 107
• Strony: 1--66
• Opis fizyczny: Bibliogr. 60 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Uliasz, M.

Bibliografia

• 1. Anderson D.B, Edwards C.D.: Fluid Development For Drilling Sloughing And Heaving Shales. Petroleum Engineer, September, 1977.
• 2. Ballard T.J, Beare S.P, Lawless T.A.: Fundamentals of Shale Stabilization: Water Transport Through Shales. SPE 24974, 1994.
• 3. Basiński A.: Zarys fizykochemi koloidów. PWN, Warszawa 1957.
• 4. Beihoffer T.W, Dorrough D.S, Schmidt D.D.: The Development of an Inhibitive Cationic Drilling Fluid for Slim-Hole Coring Applications. IADC/SPE,19953, 1990.
• 5. Beihoffer T.W, Dorrough D.S, Deem C.K.: Cationic Polymer Drilling Fluid Can Sometimes Replace Oil-Based Mud. Oil & Gas Journal, March 16, 1992.
• 6. Beihoffer T.W, Growcock F.B, Deem C.K, Dorrough D.S, Bray R.P.: Field Testing of a Cationic Polymer/Brine Drilling Fluid in the North Sea. SPE 24588, 1992.
• 7. Biekturow J.A, Kudajbiergienow S, Chamzamulina R.E.: Polimery kationowe. PWN, Warszawa 1991.
• 8. Bielewicz D.: Zeta Potential als Kriterium Zur Beurteilung von Tone fur die Herstellung der Bohrspuelungen. Archives of Mining Sciences, 1988, Volume 33.
• 9. Bielewicz D.: Wykorzystanie zjawisk elektrokinetycznych w technologii płuczek wiertniczych. Zeszyty nauk. AGH: Wiertnictwo, Nafta, Gaz nr 11, 1992.
• 10. Borchardt J.K.: Cationic Organie Polymer Formation Damage Control Chemicals. Oil-Field Chemistry, American Chemical Society, Chapter 10, 1989.
• 11. Cary G.A, Kuc W.J, McMahon J.A.: Toxicity of Cationic Polyelectrolytes to Aquatic Organisms - The Relationship Between Acute Toxicity and Dissolved Organic Carbon. American Chemical Society. Polymer Preprints vol. 30, nr 2, 1989.
• 12. Chenevert M.E.: Shale Alternation by Water Adsorpcion. Journal of Pertoleum Technology, September, 1970.
• 13. Chesser B.G.: Design Considerations for an Inhibitive, Stable Water-Based Mud System. SPE Drilling Engineering, December 1987.
• 14. Clark R.K.: Applications of Water-Soluble Polymers as Shale Stabilizers in Drilling Fluids. American Chemical Society, 1986.
• 15. Dorman J, Banka E.: Development and Application of Cationic Polymer Drilling Fluids for Shale Stabilization. Fifth International Symposium on Chemistry in the Oil Industry, the Royal Society of Chemistry, 1994.
• 16. Drapała Т.: Chemia organiczna. PWN, Warszawa 1986.
• 17. Enright D.P, Perricone A.C.: How Synthetic Organie Polymers Affect Drilling Fluids. Petroleum Engineer International, April 1988.
• 18. Gorodnow W.D, Tieslienko W.N, Koliesnikow P.I, Cziełombijew В.К.: Issliedowanie glin i nowyje receptury glinistych rastworob. Nedra, Moskwa, 1971.
• 19. Gorodnow W.D:. Fiziko-chimiczeskie metody predupreżdenija osłożnienij w burienii. Nedra, Moskwa, 1984.
• 20. Grabowska-Olszewska В.: Metody badań gruntów spoistych. Wyd. Geologiczne, Warszawa, 1975.
• 21. Grabowska-Olszewska В., Siergiejew J.M.: Gruntoznawstwo. Wyd. Geologiczne, Warszawa, 1977.
• 22. Hemphill T., Valenziano R., Bale P, Sketchler В.: Cationic Drilling Fluid Improves ROP in Reactive Formations. Oil & Gas Journal, June 8, 1992.
• 23. Herman Z. i in.: Badanie właściwości fizyczno-chemicznych skał ilastych pod kątem stateczności ścian otworów wiertniczych. Praca niepubl., IGNiG Kraków, 1991.
• 24. Herman Z, Uliasz M. i in.: Doskonalenie metod zapobiegania utratom stateczności ścian otworów wiertniczych w utworach ilasto-łupkowych w oparciu o badanie ich właściwości fizycznych i chemicznych w wytypowanych rejonach Przedgórza Karpat i Karpat. Praca niepubl., IGNiG Kraków, 1994.
• 25. Herman Z.: Wpływ potencjału elektrokinetycznego i pola powierzchni aktywnej skał ilastych na stateczność ściany otworu wiertniczego. Nafta-Gaz Nr 1, 1995.
• 26. Katalog Allied Colloids: Magnafloc. Syntetyczne flokulanty.
• 27. Katalog Baroid, CAT-I: Cationic water-based drilling fluid system.
• 28. Liao W.A, Siems D.R.: Adsorption Characteristics of PHPA on Formation Solids. IADC/SPE 19945, 1990.
• 29. Lorbach von M., Bielewicz D.: Flockung von Tonsuspensionen Mittels Polymerer Flockungsmittel. Erdoel Erdgas Zeitschrift, May 1986.
• 30. Lorbach von M, Bielewicz D.: Selektive Flockung von Tonsuspensionen und Zetapotentialmessungen. Freiberger Forschungshefte, Bergbau und Geotechnik, Bohrtechnik A768, 1987.
• 31. Mark H., Tobolsky A.V.: Chemia fizyczna polimerów. PWN, Warszawa, 1957.
• 32. Mastalerz P.: Chemia organiczna. PWN, Warszawa, 1986.
• 33. Messina Technical Bulletin: The Messina REDI-COAT Drilling Fluids System.
• 34. M-l Drillind Fluids, Technology Report MCAT SYSTEM: A Cationic Polymer Water-Base Mud System. Rev. 9/5/1991.
• 35. Nesbitt L.E, King G.P, Thurber N.E.: Shale Stabilization Principles. SPE 14248,1985.
• 36. Pinya L, Jiant L, Yabin N, Darning Z: Improved Inhibition and Rheological Properties Are Observed in Amphoteric Polymer Mud System. SPE 29943, 1995.
• 37. Plank J.P.: Water-based muds using synthetic polymers developed for high temperature drilling. Oil & Gas Journal, March 2, 1992.
• 38. Półchłopek Т.: Syntetyczne polimery w technologii płuczek wiertniczych. Referat, Konferencja Nauk.-Techn., Bobrka, czerwiec 1992.
• 39. Raczkowski J, Półchłopek Т.: Płuczki wiertnicze polimerowo-bentonitowe i polimerowe. Prace IGNiG Nr 70, Kraków , 1989.
• 40. Raczkowski J, Półchłopek Т.: Materiały i środki chemiczne do płuczek wiertniczych. Prace IGNiG Nr 95 Kraków, 1998.
• 41. Raźniewski S, Chudoba J, Czerwińska S, Półchłopek Т.: Wielkocząsteczkowe środki chemiczne do regulowania własności płuczek wiertniczych. Referat, sym., Krosno, 1984.
• 42. Reid P, Charrington P.M, Minton R.K.: Razrabotka ingibirujuszczich wodnych burowych rastworow. Neft, Gaz i Neftechimia za Rubieżom Nr 10, 1991.
• 43. Retz R.H, Friedheim J, Lee L.J, Welch O.O.: An Environmentally Acceptable and Field - Practical, Cationic Polymer Mud System. SPE 23064, 1991.
• 44. Rey P.A, Varsanik R.G.: Application and Funcction of Synthetic Polymeric Flocculents in Waste-water Treatment. American Chemical Society, 1986.
• 45. Robertson J.O, Chilingarian G.V, Stone R.O.: "Swellmeter": An Apparatus for Measuring the Degree of Swelling of Clays. Energy Sources, Vol. 4, Nr 3, 1979.
• 46. Roehl E.A, Hackett J.L.: A Laboratory Technique for Screening Shale Swelling Inhibitors. SPE 11117,1982.
• 47. Stamatakis E, Thaemlitz C.J, Coffin G, Reid W.: A New Generation of Shale Inhibitors for Water-Based Muds. SPE/IADC 29406, 1995.
• 48. Stansbury M.: New field procedures improve KCI/polymer drilling mud results. Oil & Gas Journal, July 21, 1986.
• 49. Stoch L.: Minerały ilaste. Wyd. Geologiczne, Warszawa, 1974.
• 50. Uliasz L: Problemy przewiercania skał ilastych w świetle badań czasu kapilarnej nasiąkliwości. Nafta-Gaz Nr 11, 1994.
• 51. Uliasz M. i in.: Teoretyczne podstawy i badania laboratoryjne skuteczności działania polimerów kationowych jako składników płuczek wiertniczych ograniczających hydratację skał ilastych. Praca niepubl., IGNiG, Kraków, 1993.
• 52. Uliasz M. i in.: Wpływ polimerów kationowych na adsorpcyjne własności skał ilastych. Praca niepubl., IGNiG, Kraków, 1994.
• 53. Uliasz M.: Zastosowanie polimerów kationowych do inhibitowania hydratacji skał ilasto-łupkowych. Nafta-Gaz Nr 10, 1995.
• 54. Welch O. Lee L.J.: Cationic polymer mud solves gumbo problems in North Sea. Oil & Gas Journal, July 13, 1992.
• 55. Wierdak Z, Ciechanowska M.: Ocena kategorii zwiercalności skał na podstawie profilowań akustycznych w korelacji z wynikami badań fizyczno-mechanicznych właściwości rdzeni wiertniczych z otworów Będzienica 2, Nawsie 1, Nosówka 12, Drohobyczka 3, Równe 1, Ropczyce 6, Osobnica 138, Sobniów 17. Praca niepubl., IGNiG, Kraków, 1995.
• 56. Wierdak Z, Ciechanowska M.: Ocena kategorii zwiercalności skał na podstawie profilowań akustycznych w korelacji z wynikami badań fizyczno-mechanicznych właściwości rdzeni wiertniczych z otworów wierconych w Karpatach. Praca niepubl., IGNiG Kraków 1996.
• 57. Wilcox R.D, Fisk J.: Tests show shale behavior, aid well planning. Oil & Gas Journal, September 12, 1983.
• 58. Wilcox R.D.: The capillary suction Time (CST) method for analyzing shale dispersion. NL Baroid, 1986.
• 59. Wilcox R.D, Jarrett M.A.: Polymer Deflocculants: Chemistry and Application. IADC/SPE 17201, 1988.
• 60. Yabin N, Darning Z. i in.: Research and Application of Amphoteric Polymers for Drilling Fluid. SPE 29012, Febr. 1995.