Сланец ингибиторы бұрғылау кезінде сланецтің ісінуін қалай болдырмаушылық жасайды?

Слайдың ісінуі мен оның пайдалану қиындықтарын түсіну

Неліктен слайдың ісінуі мәселе болып табылады

Сулы бұрғылау сұйықтары реакцияланатын глиналық минералдардың кейбір түрлерімен әрекеттескенде, олар ылғалды сіңіріп, көлемі ұлғайған кезде пайда болады. Нәтижесінде? Тесік диаметрі шамамен 15 пайызға дейін кішірейіп, тесіктің ішінде күрделі тұрақтылық мәселелері туындайды. Бұдан кейін толық өнімді емес уақыттың шамамен 40 пайызын құрайтын түтіктің жабысып қалуы сияқты бірнеше қымбатқа түсетін апаттар болады. Сонымен қатар, қиыршықтар бұрғы басына жабысып, жұмыс барысын 30-тан 50 пайызға дейін баяулататын бит баллинг де болуы мүмкін. Бұл барлық қиындықтар шығындарды күрт арттырады және қауіпсіздікке нақты қауіп төндіреді. Сондықтан компаниялар бұрғылау операцияларын әрі тиімді, әрі қауіпсіз жүргізгілері келсе, глинаның ісінуін тежеу әдістері өте маңызды болып қала береді.

Пайдалы қазбалар құрамы мен глинаминералдардың реакцияға бейімділігі

Сланец біраз ісінеді, және бұл негізінен оның қандай глиналық минералдардан тұратынына байланысты. Смектит минералдары катион алмасу сыйымдылығы (КАС) өте жоғары болуымен және ерекше торлы құрылымы арқасында су енген кезде 200-300 пайызға дейін кеңеюі мүмкін болуымен ерекшеленеді. Сонымен қатар иллит және аралас қабатты глиналар да бар. Олар смектитке қарағанда соншалықты белсенді емес, бірақ та формацияларда тұрақсыздық туғызады. КАС мәндерін қарастырғанда, 100 граммға 25 меқ астам болса, біз өте реакцияға бейім материалдармен жұмыс істеп жатырмыз, сондықтан дұрыс тежеу абсолютті маңызды. Бұл формациядан-формацияға әртүрлі болуына байланысты, сланецпен тиімді басқару тек стандартты тежегіштерді қолдануға ғана емес, сонымен қатар инженерлердің әрбір нақты геологиялық ортада қандай минералдар бар болса, химиялық өңдеуді оған сәйкестендіруіне байланысты.

Сланец ісінуінен болатын ұңғыма тұрақсыздығы

Сланец ұлғайған кезде ол түрлі жолдармен қабыршықтың бүтіндігіне әлсіз әсер етеді. Ең нашар сценарий — қазбаның толығымен құлауы. Кеңейген сланец негізінен сынып, тесікке құлайды. Бұл «қатты тұрып қалған құбыр» жағдайына әкеледі. Операторлар мұндай оқиғалардың қаншалықты қымбатқа түсетінін жақсы біледі. Сала бойынша есеп берулердің айтуынша, әрбір қатты тұрып қалу оқиғасы орташа алғанда шамамен 1,2 миллион долларға барады. Басқа да мәселелер бар. Сланец күйреуі қазба диаметрін уақыт өте келе ұлғайтады. Бұл қабыршық ішінде қорап және цементтеу операцияларын нақты шынықтыратын әртүрлі дұрыс емес пішіндерді жасайды. Бұл барлық тұрақсыздық мәселелері бірге алғанда қазу операциялары кезінде өнімсіз уақыттың шамамен 20% алады. Сондықтан ақылды операторлар бастапқы кезден бастап сланецтің ұлғаюын алдын алуға қаншалықты көп назар аударады. Бұл экономикалық және операциялық тұрғыдан тұрақты және қауіпсіз жұмыс істеу үшін мағыналы.

Шиферлік ингибиторлардың әсер етуінің химиялық механизмдері

Катион алмасу және калий хлориді шифердің гидратациялануына әсері

Мұнай және газ өнеркәсібі бұрғылау кезінде шифердің кеңейіп кетуін болдырмау үшін калий хлоридіне (ККЛ) көп байланысты. Бұл катион алмасу арқылы жұмыс істейді, негізінен, қыш бетіндегі натрий иондарын (Na+) калий иондарымен (K+) алмастырады. Неліктен бұл соншалықты жақсы жұмыс істейді? Қалий иондары кішірек және су молекулаларына натрий сияқты тығыз жабыспайды. Олар балшықтың бетіндегі нүктелерді басып алғанда, бүкіл құрылым тұрақты болады. Су қыш қабаттарына тым сирек сіңіп, бұл шыңдалу проблемасының алдын алады. Далалық сынақтар да өте әсерлі нәтиже көрсетті. 3 - 7 пайыздық ККЛ ерітінділерін қолдану әдеттегі тұщы сумен салыстырғанда шифердің қабынуын шамамен төрттен үшке азайтады. Қиын құрылымдармен айналысатын операторлар үшін бұл экономикалық шешімді және әр түрлі бұрғылау сценарийлерінде қиын жағдайларда тұра алатын шешімді білдіреді.

Химиялық кедергі арқылы балшықтың бетін сусыздандыру

Балшықтың бетіндегі сусызданудың пайда болуы алдын ала ингибиторлар электрлік күш пен сутек байланыстары арқылы осы беттерге жабысып, қабаттардың арасында тұтқындалған су молекулаларын шығарып тастағанда болады. Нәтижесі қандай болды? Қабаттар арасындағы аралық аз және қабыну қысымы төмен. Өнеркәсіптік сынақтар кейбір өнімдер сызықтық қабынуды 80% -ға дейін азайта алатынын көрсетеді, бірақ нәтижелер жағдайға байланысты әр түрлі болады. Бұл әдіс әдеттегі осмозиялық бақылау әдістері жетіспейтін жағдайларда жақсы жұмыс істейді, бұл оны дәстүрлі өңдеу тәсілдеріне қарсы тұратын геологиялық формацияларды сынауға арналған құнды құралға айналдырады.

Шиферге судың енуін азайту

Жоғары өнімділікке арналған ингибиторлар шиферлік түзілімнің ішінде физикалық және химиялық қорғаныс жасау арқылы жұмыс істейді. Бұл заттар сұйықтықты қалыңдатады және кішкентай торларды бекітеді, бұл судың тау жыныстары арқылы қозғалысын қысқартады. Зертханалық зерттеулер көрсеткендей, судың жұгуы 60-85% төмендейді. Іс жүзінде ең жақсы жұмыс істейтін нәрсе - катион алмасу процестері, бетке жабысу қасиеттері және шынайы порларды жабу сияқты нәрселерді қамтитын комбинациялық тәсіл. Бұл қабатталған қорғаныс жүйесі судың қалыңдыққа түсуіне қарсы қорғауға көмектеседі және жұмыс кезінде ұңғыманы тұрақты ұстайды.

Осмотикалық реттеу және полимерлік тұнбалау

Шиферді тежеудегі осмозиялық трансферт және су белсенділігі

Осмотикалық тежеудің қағидасы бұрғылау сұйықтықтарында тұздың мөлшерін өзгертіп, су белсенділігінің градиентін орнатуды қамтиды. Егер бұрғылау балшығында шифер қақпақтарында бар тұздан көп тұз болса, осмотика күштері суды тау жыныстарынан шығарады. Бұл процесс шифердің ішіндегі балшықты қазбаларды кептіріп, олардың кеңейіп кетуіне кедергі келтіреді. Мұны дұрыс жасау құдықтарды тұрақты ұстау үшін өте маңызды. Суға сезімтал шиферлер ылғалды тым көп сіңіріп алса, құлап, бұзылуы мүмкін, бұл бұрғылау кезінде ауыр проблемаларға әкеледі. Сондықтан да көптеген операторлар өздерінің далалық жұмыстарында тұздылық деңгейін дұрыс басқаруға көп көңіл бөледі.

Полиалкилен гликолдардың (ПАГ) осмостық тепе-теңдікті сақтаудағы рөлі

Полиалкилен гликолдары немесе олар әдеттегідей PAG деп аталады, олар шифер мен қоршаған сұйықтықтардың арасында жарым-жартылай кедергі жасап, өздерінің сиқырларын жасайды. Бұл артық судың бөлініп кетуіне мүмкіндік береді. Суда еритін полимерлердің пайдалылығы олардың зақымдануды болдырмау қабілетін арттыра түсуімен, сонымен қатар проблемалық бола алатын тұздықтар қажеттілігін азайтады. 2023 жылы бұрғылау сұйықтықтарын зерттеу барысында бір қызықты нәрсе анықталды. ПАГ-ты пайдаланатын жүйелер дәстүрлі әдістерге қарағанда шифердің қабынуын 40 пайызға азайтады. Мұндай өнімділік оларды қоршаған ортаға қатысты мәселелерді ойда ұстайтын жерлерде жұмыс істеу үшін ерекше тартымды етеді.

PHPA сияқты полимерлерді пайдалана отырып, қаптамалау

PHPA деп аталатын жартылай гидролизделген полиакриламид шиферді кесінділерді механикалық қалқандай қорғайды. Ол полимердің қорғаныш қабатын құрайды, ол бұл кесінділерді сумен тікелей байланыстан сақтайды, әйтпесе олар шашырап кетеді. Нәтижесі қандай болды? Бұрғылау кезінде кеспектерді жақсырақ өңдеу және ұңғымаларды таза ұстаудың жалпы жақсаруы. Терең су жобаларының нақты далалық деректерін қарастырған операторлар өте маңызды бір нәрсені байқады. PHPA жүйелерін қолданғанда ұңғыманы тазалау мәселесі 35% азаяды. Сонымен қатар, бұл жүйелер тұрақты емес шиферлік түзілімдер кезінде пайда болатын өнімсіз уақыт кезеңдерін қысқартуға көмектеседі.

Шиферді тұрақтандыру үшін материалдарды гидрофобтық түрінде өзгерту

Гидрофобтық емдеулер балшықтың бетінің химиясын өзгертіп, суды кері қайтарады, бұл сұйықтықтардың микросызылуларға енуін азайтады. Капиллярлық қысымды және суды сіңіруді азайту арқылы бұл өзгерістер ұзақ мерзімді тұрақтандыруды қамтамасыз етеді. 2022 жылы жүргізілген зерттеуге сәйкес гидрофобтық ингибиторлар шифердің өткізгіштігін 50% -ға азайтып, тек осмотикалық тәсілдерге тұрақты балама береді.

Шифтердің ингибиторларының тиімділігін зертханада және далада бағалау

Ингибитордың қызметін тексерудің зертханалық әдістері

Лабораториялық жағдайда сынау шифер ингибиторларының терең жер астындағы жағдайларға ұқсас жағдайларда қаншалықты жақсы жұмыс істейтінін бағалау үшін маңызды болып қала береді. Әдеттегі әдіс ыстықтай иіліп сынауларды қамтиды, олар кесінділердің қаншалықты сақталып, қайтып келетінін қарастырады, сонымен қатар сызықтық толқу өлшеулері сланга үлгілерінің кеңейіп немесе қысқаруын бақылайды. Бұл сынақтарды қатар жүргізу арқылы инженерлер температура мен қысым деңгейінің өзгеруіне байланысты әртүрлі жағдайларда қай сұйықтықтардың жақсы жұмыс істейтінін анық біледі. Мұндай мәліметтер компанияларға сұйықтық рецепттерін нақты бұрғылау жұмыстарында сенімді жұмыс істейтін нәрсе тапқанша түзетуге көмектеседі.

Орамдалу дисперсиясын сынау және сызықтық иілуді өлшеу

Бұрғылау сұйықтықтарымен байланысқаннан кейін шиферлік кесінділерді тұрақтылығын тексеру кезінде, дөңгелектеу дисперсиясын сынау олардың бір-біріне қаншалықты жақсы тұрғаны туралы маңызды ақпарат береді. Егер қалпына келтіру көрсеткіші 90%-дан жоғары болса, бұл әдетте жақсы тежеу ретінде қарастырылады. Бұл мәселеге қатысты басқа көзқарас үшін сызықтық ұнғану өлшеулері уақыт өте келе қаншалықты кеңейіп жатқанын көрсетеді. Ең жақсы ингибиторлар емделмеген әдеттегі сулы сұйықтықтарға қарағанда бұл қабынуды 70-тен 85 пайызға дейін азайта алады. Осы екі әдістің нәтижелерін біріктіру арқылы инженерлер бұрғылау кезінде құралымның механикалық және химиялық жағынан не болып жатқанын толықтай біледі.

Қадамдық зерттеу: PHPA-ның терең судағы бұрғылаудағы далалық қолданылуы

12500 футтың төменгі бөлігінде реактивті шиферлік түзілімдер табылған терең судағы бұрғылау жобасында операторлар лабораториялық жағдайда әсерлі нәтиже көрсеткен PHPA негізіндегі ингибиторды пайдалануға берді. Кейінгі оқиға өте таңғажайып болды. Шын мәнінде, бұл жердегі нәтижелер бақылаудағы тәжірибеде байқалғандарға сәйкес келді. Құдықтың тұрақсыздығына байланысты проблемалар шамамен 40%-ға азайды, сонымен қатар дәстүрлі тежегіштермен жабысқан ұқсас құдықтарға қарағанда өнімді емес уақыт 22%-ға төмендеді. Бұл нақты нәтижелер көптеген инженерлердің ұзақ уақыт бойы күдік тұтқан, бірақ дұрыс сынау әдістері теория мен нақты даладағы табыстың арасындағы айырмашылықты анықтай алмайынша дәлелдей алмағанын растайды.

Стратегия: Шифердің реактивтілігіне негізделген дұрыс ингибиторды таңдау

Жақсы ингибиторлық нәтижелер алу үшін дұрыс химияны формациядағы төменгі тесіктегі оқиғамен үйлестіру керек. КЕК деңгейі жоғары смектитлі шиферлер үшін калийге негізделген ингибиторлар ең жақсы жұмыс істейді. Механикалық жағынан әлсіз немесе сынықтар көп формацияларды қолданғанда, PHPA сияқты полимерлік капсулаторлар әдетте жақсы жұмыс істейді. Соңғы жылдары жүргізілген тәжірибелер осы мақсатты тәсілдердің нақты әсерін көрсетті. Бұрғылау жұмыстары осы әдісті қолдану кезінде тиімділікті шамамен 30% арттырады, сонымен қатар бұрғылау сұйықтықтарына байланысты мәселелерге байланысты жартыдан үштен екіге дейін қысқарған тоқтап қалу уақыты болады. Бұл ескі бір өлшемді еңсереді барлық әдістер қолмен төмен көп жағдайда.

Шиферлік ингибиторларды қолданудағы жаңа үрдістер мен өнеркәсіптік қиындықтар

Көптеген өнеркәсіп салалары катионды бет-жапқыш заттарға, соның ішінде DTAC және CTAB-қа жүгінеді, өйткені олар балшықты сіңіріп, проблемаларды болдырмау үшін өте жақсы жұмыс істейді. Неге бұлай? Бұл химиялық заттар қоршаған ортаға зиян келтіреді, өйткені олар оңай бұзылып кетпейді және улы, әсіресе экожүйелері осал жерлерде. Осы мәселелерді ойластырған зерттеушілер мен өндірушілер экологиялық тазалықты қамтамасыз етудің басқа да жолдарын іздей бастады. Кейбір үмітті баламаларға жоғары молекулалық салмақтағы полиаминоқышқылдар мен модификацияланған крахмал өнімдері жатады. Бұл жаңа материалдар дәстүрлі материалдармен салыстырғанда жақсы жұмыс істейді, бірақ қоршаған ортаға аз зиян келтіреді. Қазір компанияларға тиімділік стандарттары мен экологиялық ережелерге сай келетін шешімдер қажет, сондықтан тұрақтылық тек сөз ғана емес, нақты бизнес талабы.

Жиі қойылатын сұрақтар (ЖҚС)

Шифердің қабынуы деген не?

Шифердің қабынуы сулы бұрғылау сұйықтықтары шифердегі балшықты минералдармен әрекеттескенде пайда болады, бұл минералдардың ылғалды сіңіріп, көлемін кеңейтуге әкеледі.

Неліктен бұрғылау кезінде шифердің қабынуы маңызды мәселе болып табылады?

Шифердің қабынуы ұңғыма диаметрін азайтады, бұл тұрақсыздық мәселелерін тудырады және құбырдың жабылып қалуы және біт-боллинг сияқты асқынулар салдарынан өнімді емес уақыт.

Шифердің қабынуын қалай болдырмау керек?

Шифердің қабынуын болдырмау үшін калий хлориді сияқты катион алмасу үшін химиялық ингибиторларды, сусыздану агенттерін және ұңғымаларды тұрақтандыру үшін озық ингибиторларды қолдану қажет.

Шиферлік ингибиторларды қолданудағы жаңа үрдістер қандай?

Жаңа тенденциялар қоршаған ортаға зиянды заттарды азайту үшін, ингибиторлардың тиімділігін сақтап қалу үшін, жоғары молекулалық салмақты полиаминоқышқылдар мен модификацияланған крахмал өнімдері сияқты экологиялық таза ингибиторларға бағытталған.