Күрделі геологиялық құдықтардың құдық сұйықтығын таңдаған кезде неге назар аудару керек?

Негізгі құдық сұйықтығы түрлері және олардың геологиялық сәйкестігі

Су негізіндегі, май негізіндегі және синтетикалық негізіндегі құдық сұйықтығы: реактивті сланецтер мен жарылған карбонаттардағы өнімділік пен компромисстік шешімдер

2023 жылғы салалық деректерге сәйкес, әлем бойынша барлық ұңғымалардың шамамен 75 пайызы су негізіндегі ұңғыма сұйықтықтарын қолданады, себебі олар төмен құнымен және дұрыс тигонызациялануымен ерекшеленеді. Бұл сұйықтықтар қоспалардың аз мөлшерінде жақсы нәтиже беретін тұрақты құмтастар қабатында жақсы жұмыс істейді. Алайда, реакциялық сланецті таужыныстармен жұмыс істеген кезде нағыз қиындықтар туындайды. Мұндай қабаттарда гидратацияға ұшыраған саз бұл таужыныстың ісінуіне және соңында ұңғыма қабырғасының құлауына әкеледі. Сондықтан мұндай материалдармен жұмыс істеген кезде су негізіндегі сұйықтықтарға арнайы тежегіштер қосу қажет. Кеңінен қолданылатын шешімдерге калий хлориді немесе белгілі бір гликоль түрлері жатады; олар саз құрылымын тұрақтандыру арқылы артық су сіңіруді болдырмауға көмектеседі. Жерде жүргізілген сынақтар көрсеткендей, бұл емдемелер агрессивті емес сланецтерде ісіну мәселелерін шамамен жартысына немесе үштен екісіне дейін азайтады.

Майлы сұйықтықтар (МС) қатты карбонаттардағы қатты тау жыныстарын тежеуге және сырғытуға қолайлылыққа ие болады, олардың көмегімен тұрақсыз құбырлардың зақымдануын 40%-ға дейін азайтуға болады. Олардың гидрофобтық қасиеті микрожарықтарға су енуін болдырмауға және қойнау қабатын зақымданудан қорғауға мүмкіндік береді. Алайда МС-қа қатысты экологиялық нормалар қатаңдап келеді және олар су негізіндегі сұйықтықтарға (СНС) қарағанда 2–3 есе қымбат.

Синтетикалық негізіндегі сұйықтықтар (СНС) осы аралықты жабады: биологиялық ыдырайтын эфирлерден жасалған СНС тау жыныстарын тұрақтандыру мен жылуға төзімділікте МС-қа тең деңгейде әсер етеді және қатаң теңіздегі шығару стандарттарына сай келеді. Олар терең теңіз операциялары үшін негізгі таңдау болып табылады, бірақ төмен температурадағы қойнауларда тұтқырлықты реттеу қиындығы туындайтындықтан, олардың тиімділігі төмендейді.

Ауа, шашыратқыш және көпіршік жүйелері: төмен тығыздықты бұрғылау сұйықтықтары қоры төмен немесе күшті жарықшақталған таужыныстарда жоғалтуларды болдырмаған кезде

Сынықтарға толы қабаттармен жұмыс істеген кезде, мысалы, ескі мұнай кен орындарында, геотермалдық аймақтарда немесе бұрыннан сынықтарға ұшыраған гранитті қабаттарда, сынық градиенттері жиі 8 psi-дан төмендейді; мұндай жағдайларда дәстүрлі құйылымды сұйықтар тиімді әрекет етпейді. Олар тереңдегі әртүрлі проблемаларға әкеледі. Ауамен құйылым бұл мәселені толықтай шешеді, өйткені ол гидростатикалық қысымды мүлдем жоғалтады, сондықтан операторлар қауіпсіз түрде бұл өте төмен қысымды аймақтар арқылы құйылым жасай алады, сонымен қатар апаттың болу қаупінен қорқпайды. Егер қиындыларда әлі де ылғалға сезімталдық болса, онда тұманды жүйелер қолданысқа енеді. Бұл жүйелер ылғалды материалдармен жұмыс істеу үшін ауаны арнайы поверхностік активті заттармен араластырады және тозаң деңгейін бақылау астында ұстайды, бірақ құйылым орнының тұрақтылығына ешқандай әсер етпейді. Көбікті жүйелер тағы да бір қадам алға жылжиды. Кейде олардың тығыздығы галлонда 0,5 фунтқа дейін төмендейді, сондықтан олар сынықтарға толы таужыныстарда сұйықтың жоғалуын шамамен 70% азайтады. Солтүстік теңізіндегі операторлар жақында қызығушылық тудыратын нәтиже алды. Олардың көбікті жүйесі құйылым кезінде пайда болған қиындылардың шамамен 98%-ын қайтарып алды, бірақ дәстүрлі жүйелермен қажет болатын су көлемінің шамамен 20%-ын ғана пайдаланды. Бұл көбіктің қабатқа зиянын азайтуда қаншалықты тиімді екендігін көрсетеді, сонымен қатар ол құйылым орнын дұрыс тазарту қызметін де атқарады.

Геомеханикалық тұрақтылық үшін маңызды бұрғылау сұйығының қасиеттері

Тығыздық пен реологиялық бақылау: жоғары бұрышты және ұзартылған қашықтықтағы скважиналарда ECD және қиындыларды тасымалдауды басқару

Сұйықтық тығыздығы мен оның жүйе ішінде қалай ағатынын дұрыс тепе-теңдікке келтіру — әсіресе қысымды бақылау маңызды болғанда, жер астындағы құрылымды тұрақты ұстау үшін өте маңызды. Тығыздық тау жыныстарындағы көпіршіктердегі қысыммен сәйкес келуі керек, ал көпіршіктердің жарылуына әкелетін деңгейден асып кетпеуі қажет; тығыздықты көп қылсақ — циркуляция жоғалады, аз қылсақ — сұйықтар кері қарай кіріп бастайды. Осындай экстремалды бұрыштарда Эквивалентті циркуляциялық тығыздық (ECD) жиі қауіпті деңгейден 15 пайыздан 20 пайызға дейін артады, яғни операторлар жұмыс істеген кезде тығыздықты үнемі реттеуі керек.

Сұйықтардың ағу режимі қиындықтардың (cuttings) шахтаның ішінен қаншалықты жақсы тасымалданатынын анықтайды. Төмен ығысу жылдамдығында тұтқырлық жеткілікті болмаған кезде, қиындықтар шахта қабырғасының бұрышты бөліктерінде жиналады. Бұл жиналу әдетте 30%-дан 40%-ға дейін күшті айналдырушы моментті (торк) арттырады және дифференциалдық қабырғаға жабысу қаупін айтарлықтай көтереді. Керісінше, егер гель беріктігі тым жоғары болса, тереңдегі қосылулар кезінде қолайсыз қосымша қысымдар пайда болады. Алайда, нақты өндірістік нәтижелер қызығушылық туғызады: жақсы ығысуға қарсы қалыңдық (shear thinning) қасиеттері мен дұрыс ағу нүктесі (yield point) үшін арнайы құрылған реологиялық профильдерді қолданатын шахталар әдеттегі сазды ерітінділерге қарағанда өндірістік емес уақытты шамамен төрттен бір бөлігіне қысқартады.

Химиялық тежеу: иілгіш глиналарды тұрақтандыру үшін калий, гликоль және силикатты жүйелер

Барлық ұңғыма тұрақсыздығы проблемаларының шамамен 35 пайызы реакциялық глиналардан туындайды, негізінде олар суланған кезде ісінеді және дисперсияланады. Калий қосылыстары бұл ісіну проблемасына қарсы іс-әрекет етеді, себебі олар смектит глина минералдарымен ион алмасуын жүзеге асырады, сондықтан су сіңіру қабілеті жартысынан үш төрттегісіне дейін төмендейді. Содан кейін гликолдар глина бетінде су ығысуын тудыратын беттер құрады, зертханалық сынақтар олардың проницаемдылықты шамамен 60% төмендететінін көрсетті. Силикатты жүйелерде олар нақты қойнауға енген кезде полимерлене бастайды, нәтижесінде микроскопиялық трещиналарды жабатын цементтік матрица тәрізді құрылым пайда болады. 2023 жылы Пермия ойпатында жүргізілген соңғы өрістік сынақтар бұл жаңа әдістердің дәстүрлі ингибиторлық тәсілдерге қарағанда құбырдың қатып қалуы проблемаларын шамамен 40% азайтқанын көрсетті.

Таңдау сланецтің минералогиясы мен құрылымдық контекстіне байланысты: калий-гликоль қоспалары смектиттің жоғары мөлшері бар қабаттарда жақсы нәтиже береді, ал силикатты күшейту тектоникалық жарықтары бар аймақтарда ұзақ мерзімді механикалық герметизацияны қажет етеді.

Жарықты және тұрақсыз қабаттар үшін жетілдірілген сұйықтық жоғалтуын бақылау

Нанокремнеземмен күшейтілген LCM-дер мен ақылды полимерлер: жоғалтуға склонды қойнаулықтарда динамикалық сүзгілеу бақылауы

Стандарттық сұйықтық жоғалту материалдары (СЖМ) көбінесе күрделі трещиналық жүйелерде қиналады, себебі олардың бөлшектері қажетті өлшемде емес, сонымен қатар олар жылу әсерінен ыдырайды. Жаңа нанокремний негізіндегі СЖМ-дер бұл мәселені электростатикалық күштер арқылы берік байланыстар құрып, тіпті өте кішкентай трещиналарда да берік тығыздау құрып шешеді. Өткен жылы Понемонның зерттеулеріне сәйкес, өрістердегі сынақтар көрсеткендей, бұл материалдар сұйықтық жоғалтуын шынығы қойнау ортасына ұқсас жағдайларда шамамен 70% азайтады. Олардың ерекше ерекшелігі — температураға сезімтал ақылды полимерлермен ықпалдастығында. Бұл полимерлер орналасқан орынға байланысты пішінін өзгертеді: олар өткізгіштігі жоғары аймақтарда ісініп, қажетсіз ағысты тоқтатады, ал қойнаудың басқа бөліктерінде белсенділігін жоғалтады. Бұл комбинирленген тәсіл бұрғылау сұйықтықтарының барлық операциялар бойынша дұрыс жұмыс істеуін қамтамасыз етеді және сонымен қатар өте жақсы тығыздау қасиеттерін сақтайды.

Сынақ алаңдарындағы зерттеулер нанокремний гибридтерін ақылды полимерлермен біріктіру құрамының талшықты немесе слюдалы ЛСМ-дерге қарағанда өнімсіз уақытты 45%–ға азайтатынын растайды. Төмендегі кестеде көрсетілгендей, бұл жетілдірілген материалдар негізгі көрсеткіштер бойынша ескі шешімдерден асып түседі:

Операторлар қазір осы жүйелерді су көлемі азайған қойнаулықтарға енгізуде, мұнда сұйықтық жоғалтуын бақылауға байланысты дифференциалдық тұтылу құбылысы — құдық қабырғасының тұрақтылығын сақтау үшін маңызды. Нақты уақытта бақылау нанобөлшектердің динамикалық дозалауын қамтамасыз етеді, ол тығыздаудың сапасын жақсартады және қорлар мен шығындарды үнемдейді.

Аса қиын геологиялық жағдайлар үшін өрісте тексерілген ұңғыма сұйықтығының жобалау стратегиялары

Қиын геологиялық жағдайлармен жұмыс істеген кезде, олар тектоникалық керілу аймақтарынан өту немесе терең сулы жоғары қысымды және жоғары температурадағы көлемдерді игеру болсын, тәжірибеде сынақтан өткен бұрғылау сұйықтықтары мүлдем қажет. Жақсы нәтижелерге қол жеткізу негізінен терең қабаттағы жағдайлар өзгерген сайын формуласын қолайластыруға қабілеттілігіне және уақыт өте келе құдықтың құрылымдық бүтіндігін сақтауға байланысты. Мысалы, Мексика шығанағында операторлар су негізіндегі силикатпен қосылған сұйықтықтарға ауысқаннан кейін тоқтап қалу уақытында қатты төмендеу байқады. Бұл сұйықтықтар проблемалық ұлғаятын сазды таужыныстарды олардың бастауында-ақ герметикаттап, жоғалған уақытты шамамен 30% қысқартты. Сызықты карбонатты таужыныстар жағдайында инженерлер әртүрлі өлшемдегі кальций карбонаты бөлшектерін графит компоненттерімен араластыратын жоғалған циркуляция материалдарын әзірledі. 2023 жылы IADC-тен шыққан соңғы өнеркәсіптік есептер бұл мамандандырылған қоспалардың нақты бұрғылау жағдайларында трещиналарды 95% тиімділікке жуық қолданыс көрсетуін көрсетті.

Бұл салада материалдардың жылуға қаншалықты төзімділігі әлі де өте маңызды. Органофильді деп аталатын арнайы саздардан жасалған синтетикалық сұйықтар температура 400 °F-тан (204 °C) асқанда да тұрақты қалады. Бұл кәдімгі сұйықтарға қарағанда әлдеқайда жақсы, себебі олар температура шамамен 300 °F (149 °C) асқан кезде ыдырай бастайды. Қазір барлық салада жалпы сұйық қоспаларынан арнайы әзірленген өнімдерге көшу бағытында қозғалыс байқалуда. Бұл жаңа құрамдардағы әрбір компонент нақтылықпен жер қабатының механикасына әсер етеді. Бұл арнайы сұйықтар тек қазу операцияларын тегіс жүргізуге ғана емес, сонымен қатар құдық құрылымын сақтауға және өндіру процесі кезінде тереңдегі қабаттарды зақымданудан қорғауға да көмектеседі.

ЖИІ ҚОЙЫЛАТЫН СҰРАҚТАР

1. Қазу сұйықтарының негізгі түрлері қандай?
Қазу сұйықтары әдетте үш негізгі түрге бөлінеді: су негізіндегі сұйықтар (WBF), мұнай негізіндегі сұйықтар (OBF) және синтетикалық негізіндегі сұйықтар (SBF); әрқайсысы белгілі бір геологиялық жағдайларға арналған.

2. Неге суға негізделген құдық сұйықтары қолданылады?
Суға негізделген құдық сұйықтары төмен құны мен тасымалдаудың оңайлығы салдарынан қолданылады. Олар тұрақты құмтасты топырақтарда ерекше тиімді, бірақ реакцияланатын глиналарда қолдану үшін арнайы қоспалар қажет.

3. Майлы сұйықтар қандай қиындықтарға ұшырайды?
Майлы сұйықтар глина тежеуін жақсартады және құбырдың зақымдануын азайтады, бірақ олар қымбат тұрады және атап айтқанда теңізде құдық қазу кезінде қатаң экологиялық нормаларға бағынуы керек.

4. Синтетикалық негізделген сұйықтар қалай ерекшеленеді?
Синтетикалық негізделген сұйықтар биожойылатын эфирлердің негізінде жасалған және майлы сұйықтарға ұқсас қасиеттерге ие, атап айтқанда терең теңіз операцияларында, бірақ төмен температурада жұмыс істеу кезінде қиындықтарға ұшырайды.

5. Ауа, шаңғау және көпіршік жүйелері қандай мақсатта қолданылады?
Бұл жүйелер сұйықтың жоғалуын болдырмау үшін сынғышлық градиенті өте төмен болатын топырақтарда қолданылады. Көпіршік жүйелері атап айтқанда сұйықтың жоғалуын азайту мен қиындықтарды қайтару үшін тиімді.

6. Химиялық тежегіштер қазу операцияларына қалай көмектеседі?
Калий, гликоль және силикаттық жүйелер сияқты химиялық тежегіштер ұлғайғыш сланецтерді тұрақтандырады және су сіңіруін азайтады, нәтижесінде қазылатын құдықтың тұрақсыздығы мәселелерін азайтады.

7. Наносилика-күшейтілген LCM-дердің ерекшелігі неде?
Наносилика-күшейтілген LCM-дер электростатикалық күштер мен температураға сезімтал «ақылды» полимерлерді қолдану арқылы берік тығыздау қабаттарын қамтамасыз етеді және сұйықтық жоғалтуын бақылауды жақсартады, бұл сұйықтық жоғалтуын және өнімсіз уақытты қатты азайтады.