Fluidi za bušenje

Barit koji koji se koristi za pripremu isplake na vodenoj bazi

U naftnom rudarstvu, fluid za bušenje, koji se naziva i isplaka ili isplačni fluid, koristi se za pomoć pri bušenju bušotina u zemlji. Često se koristi za bušenje bušotina za naftu i prirodni gas i za istražne bušotine, isplaka se takođe koriste za mnogo jednostavnije bušotine, poput bunara za vodu . Jedna od funkcija bušenja je iznošenje nabušenog materijala iz bušotine.

Tri glavne kategorije fluida za bušenje su: isplake na vodenoj osnovi (VBs) koje se mogu raspršiti i ne dispergirati; bezvodne isplake, isplake na uljnoj bazi (OB); i gasne isplake, u kojima se može koristiti širok spektar gasova . Uporedo sa svojim formativima, oni se koriste zajedno sa odgovarajućim dodacima polimera i gline za bušenje različitih formacija nafte i gasa.

Glavne funkcije tečnosti za bušenje uključuju pružanje hidrostatičkog pritiska da spreče ulazak formacijskih fluida u bušotinu, održavanje bušaćeg dleta hladnim i čistim tokom bušenja, vršenje sečenja i zaustavljanje procesa bušenja dok je bušenje pauzirano i kada se bušaći niz sklop uvodi se i izvodi iz bušotine. Isplaka koja se koristi za određenu bušotinu je izabrana da bi se izbegla oštećenja na formaciji i ograničila korozija.

Vrste

Izvor:

Mnoge vrste fluida za bušenje se koriste samo na dnevnoj bazi. Neke bušotine zahtevaju da se koriste različiti tipovi isplaka na različitim delovima u bušotini ili da se neke vrste koriste u kombinaciji sa drugim.

• Vazduh: Komprimovani vazduh se pumpa ili kroz prstenasti prostor izbušenog otvora ili niz sam bušaći niz .
• Vazduh / voda: Isto kao i gore, sa vodom koja se dodaje da se poveća viskozitet, ispere bušotina, obezbedi više hlađenja i / ili za kontrolu prašine.
• Vazduh / polimer: Posebno formulisana hemikalija, koja se najčešće naziva vrsta polimera, dodaje se smeši vode i vazduha da bi se stvorili specifični uslovi. Sredstvo za pjenjenje je dobar primer polimera .
• Voda: Ponekad se koristi i voda. Kod bušenja na moru obično se koristi morska voda dok bušite gornji deo rupe.
• Isplaka na vodenoj bazi (VBM): Većina osnovnih sistema isplaka na vodenoj bazi započinje vodom, zatim se gline i druge hemikalije ubacuju u vodu da bi se stvorila homogena smeša koja podseća na nešto između čokoladnog mleka i slada (u zavisnosti od viskoznosti). Glina je obično kombinacija nativnih glina koje se suspenduju u tečnosti tokom bušenja, ili specifičnih vrsta gline koje se prerađuju i prodaju kao aditivi za VBM sistem. Najčešći od njih je bentonit, koji se u naftnom polju često naziva „gel“. Gel se verovatno odnosi na činjenicu da dok se tečnost pumpa, može biti vrlo tanka i bez protoka (poput čokoladnog mleka), mada kada je pumpanje zaustavljeno, statička tečnost stvara „gel“ strukturu koja odoleva protoku. Kada se primeni odgovarajuća sila pumpanja za „razbijanje gela“, protok se nastavlja i tečnost se vraća u prethodno stanje bez protoka. Mnoge druge hemikalije (npr. Kalijum format) dodaju se u sistem VBM radi postizanja različitih efekata, uključujući: kontrolu viskoziteta, stabilnost škriljaca, povećanje brzine prodiranja i hlađenje i podmazivanje opreme.
• Isplaka na bazi ulja (OBM): Blato na bazi ulja je blato u kojem je osnovna tečnost naftni proizvod poput dizel goriva. Blato na bazi ulja koristi se iz više razloga, uključujući povećavanje mazivosti, pojačanu inhibiciju škriljaca i veće sposobnosti čišćenja sa manjom viskoznošću. Blato na bazi ulja takođe podnosi veću toplotu bez da se razbije. Upotreba blata na bazi ulja ima posebna razmatranja, uključujući troškove, ekološke aspekte kao što su odlaganje reznica na odgovarajućem mestu i istraživačke nedostatke upotrebe blata na bazi nafte, posebno u bunarima s divljim mačkama. Upotreba blata na bazi ulja ometa geohemijsku analizu reznica i jezgra i određivanje gravitacije API-ja, jer se bazna tečnost ne može razlikovati od ulja koja se vraća iz formacije.
• Tečnost na bazi sintetike (SBM) (Inače poznata i kao blato sa niskom otrovnošću na bazi ulja ili LTOBM): Tečnost na bazi sintetike je blato u kome je osnovna tečnost sintetičko ulje. Najčešće se koristi na obalnim platformama jer ima svojstva blata na ulju, ali je toksičnost isparenja tečnosti mnogo manja od tečnosti na bazi ulja. Ovo je važno kada posada za bušenje radi sa tečnošću u zatvorenom prostoru, kao što je bušilica za obalu. Tečnost na bazi sintetike predstavlja iste probleme u okruženju i analizi kao i tečnost na bazi ulja.

Na bušotinama, blato se pumpa iz isplačnih jama kroz bušaći niz, gde se raspršuje iz mlaznica na dletu, čime se vrši čišćenje i hlađenje u procesu. Isplaka zatim nosi drobljenu ili odsečenu stenz („seče“) do prstenastog prostora („nasipnica“) između bušaćeg niza i strana bušotine koja se buši, kroz kućište na površini , gde se ponovo pojavljuje na površini. Reznice se zatim filtriraju kroz šejl šejker ili novijom tehnologijom transporterom škriljaca, a isplaka se vraća u jame blata. Isplačne jame dopuštaju da se nabušeni komadi slegnu; isplačne jame su takođe tamo gde se tečnost tretira dodavanjem hemikalija i drugih supstanci.

Isplačna jama

Povratna isplaka koje se vraća može sadržati gasove ili druge zapaljive materijale koji će se sakupljati u i oko područja šejkera / transportera škriljaca ili u drugim radnim oblastima. Usled opasnosti od požara ili eksplozije, ako se zapale, obično se postavljaju posebni senzori za nadgledanje i oprema za zaštitu od eksplozije, a radnici su obučeni kroz posebne obuke iz mera bezbednosti. Isplaka se zatim pumpa nazad kroz otvor i dalje recirkuliše. Nakon ispitivanja, isplaka se periodično tretira u isplačnim jamama kako bi se osiguralo da postoje željena svojstva koja optimiziraju i poboljšavaju efikasnost bušenja, stabilnost bušotine i druge zahteve, kako je dole navedeno.

Funkcija

Glavne funkcije isplačnog fluida za mogu se sumirati na sledeći način:

Uklanjanje nabušenog materijala iz bušotine

Isplačni bazen

Isplaka za bušenje prenosi stenu iskopanu bušaćim dletom na površinu. Njegova sposobnost da to postigne zavisi od veličine, oblika i gustine sečenja i brzine kretanja tečnosti prema bunaru ( prstenasta brzina ). Ova razmatranja su analogna sposobnosti potoka da nosi sediment; krupna zrnca peska u sporoj struji se sležu do korita potoka, dok se mala zrnca peska u brzom toku kreću zajedno sa vodom. Viskoznost isplake je još jedno važno svojstvo, jer će se nabušeni materijal nataložiti na dno bušotine ako je viskozitet prenizak.

Pepeo se koristi kao absorbent za tečnosti u isplačnim bazenima

Ostale osobine uključuju:

• Većina blata za bušenje su tiksotropni (porast viskoznosti tokom statičkih uslova). Ova karakteristika drži reznice suspendovane kada blato ne teče tokom, na primer, održavanja.
• Tečnosti sa stanjivanjem smicanja i povišenom viskoznošću efikasne su za čišćenje rupa.
• Veća prstenasta brzina poboljšava transport pri sečenju. Transportni odnos (transportna brzina / najniža prstenasta brzina) treba da bude najmanje 50%.
• Tečnosti velike gustine mogu adekvatno očistiti rupe čak i sa manjim prstenastim brzinama (povećanjem sile uzgona koja deluje na reznice). Ali može imati negativan uticaj ako masa blata bude veća od one potrebne za balansiranje pritiska okolne stene (pritisak formiranja), pa se zbog čišćenja rupa obično ne povećava težina blata.
• Veće brzine okretnog bušenja uvode kružnu komponentu u putanju prstenastog toka. Ovaj spiralni protok oko bušilice dovodi do toga da se bušilice u blizini zida, gde se javljaju loši uslovi za čišćenje rupa, premeštaju u veće transportne oblasti prstena. Povećana rotacija je jedna od najboljih metoda za povećanje čišćenja rupa u visokim i horizontalnim bušotinama.

Kontrola pritiska u formacijama

• Ako se pritisak u formaciji poveća, gustoća blata takođe se mora povećati da bi se uravnotežio pritisak i održala stabilnost bušotine. Najčešći materijal za otežavanje isplake je barit . Nebalansiran pritisak u formaciji će izazvati neočekivani dotok fluida u bušotinu, što može dovesti do pucanja formacije i erupcije.
• Hidrostatski pritisak = gustina tečnosti za bušenje * vertikalna dubina * ubrzanje gravitacije. Ako je hidrostatski pritisak veći ili jednak pritisku formacije, tečnost u formaciji neće teći u bušotinu.
• Kontrola bušotine znači da nema nekontrolisanog protoka fluida u bušotinu.
• Hidrostatički pritisak takođe kontroliše naprezanja uzrokovana tektonskim silama koja mogu učiniti bušotine nestabilnima čak i kada je pritisak tečnosti u formaciji uravnotežen.
• Ako je pritisak u formacijama subnormalan, može se koristiti vazduh, gas, maglica, čvrsta pena ili blato niske gustine (uljna baza).
• U praksi se gustina blata treba ograničiti na minimum neophodan za kontrolu bušotine i stabilnost bušotine. Ako je prevelik, može slomiti formaciju.

Zaptivanje propusne formacije

• Pritisak u stubu tečnosti mora da pređe pritisak u formaciji pri čemu filtrat isplake upada u formaciju, a filtrirni talog od blata se taloži na zid bušotine.
• Blato je dizajnirano za taloženje tankih kolača sa niskom propustljivošću kako bi se ograničila invazija.
• Problemi nastaju ako se formira gusta pogača; uski otvori, loš kvalitet trupaca, zaglavljena cev, izgubljena cirkulacija i oštećenja formacije.
• U visoko propusnim formacijama sa velikim prečnicima, celokupno blato može upasti u formaciju, zavisno od veličine čvrste supstance;

Održavanje stabilnosti bušotine

• Hemijski sastav i svojstva isplake moraju se kombinovati da bi se dobila stabilna bušotina. Težina isplake mora biti unutar potrebnog raspona za balansiranje mehaničkih sila.
• Nestabilnost bušotine = neispravne formacije, koje mogu prouzrokovati uske rupe, mostove i punjenje na putovanjima (isti simptomi ukazuju na probleme sa čišćenjem rupa).
• Stabilnost bušotine = rupa održava veličinu i cilindrični oblik.
• Ako se otvor previše raširi, postaje slab i teško ga je stabilizovati, što rezultira problemima kao što su male prstenaste brzine, loše čišćenje rupe, nanošenje tečnosti i loša procena formiranja
• U formacijama peska i peščara, povećanje rupa može se postići mehaničkim radnjama (hidrauličke sile i brzine mlaznica). Oštećenja na formaciji smanjuju se konzervativnim hidrauličkim sistemom. Poznato je da je kvalitetni filterski kolač koji sadrži bentonit ograničio povećanje provrta.
• U škriljcima je masa blata obično dovoljna da uravnoteži stres u formiranju, jer su te bušotine obično stabilne. Uz islaku na vodenoj bazi, hemijske razlike mogu prouzrokovati interakcije između isplake i škriljaca koje dovode do omekšavanja stene.
• Različiti hemijski inhibitori mogu kontrolisati interakcije blato / škriljac (kalcijum, kalijum, so, polimeri, asfalt, glikoli i ulje - najbolje za vodene osetljive formacije)
• Ulje (i sintetičko ulje) na bazi bušenja se koriste za bušenje najosetljivijih škriljaca u područjima sa teškim uslovima bušenja.

Minimiziranje štete na formacijama

• Oštećenje ili svako smanjivanje poroznosti i propusnosti prirodne formacije (ispiranje) predstavlja oštećenje formacije
• Najčešća oštećenja;
  • Blato ili bušilica čvrsto napadaju matricu formacije, smanjujući poroznost i izazivajući efekat kože
  • Oticanje formacionih glina unutar rezervoara, smanjena propusnost
  • Taloženje čvrstih materija usled mešanja filtrata blata i tečnosti formiranja, što rezultira taloženjem nerastvorljivih soli
  • Blato filtrati i tečnosti za formiranje formiraju emulziju, smanjujući poroznost rezervoara
• Specijalno dizajnirane bušilice ili tečnosti za obradu i dovršavanje, minimiziraju oštećenja od formiranja.

Hlađenje, podmazivanje i podupiranje bušaćeg niza

• Toplota se stvara od mehaničkih i hidrauličkih sila na malo i kada se bušilica zakreta i trlja o kućište i bušotinu.
• Podmazivanje na osnovu koeficijenta trenja . („Koeficijent trenja“ je koliko trenja o bočnoj strani bušotine i veličine bušotine ili veličine cevi za bušenje za povlačenje zaglavljene cevi) Blato na bazi ulja i sintetike uglavnom se podmazuje bolje od blata na vodenoj osnovi (ali poslednje se može poboljšati dodavanje maziva).
• Količina podmazivanja pomoću tečnosti za bušenje zavisi od vrste i količine čvrstoće bušenja i težine materijala + hemijskog sastava sistema.
• Loše podmazivanje uzrokuje veliki obrtni moment i vuču, provjeru temperature bušilice, ali ovi problemi su uzrokovani i ključnim sedenjem, lošim čišćenjem rupa i pogrešnim dizajnom sklopova rupa.
• Tečnosti za bušenje takođe podržavaju deo bušilice ili kućišta zahvaljujući plutanju. Z
• Težina koju teret može podržati ograničena mehaničkim kapacitetom
• Prilikom spuštanja dugog, teškog niza ili kućišta, uzgon je moguć pri pokretanju žica kućišta čija težina premašuje nosivost kuke.

Prenošenje hidrauličke energije na dleto

• Hidraulička energija omogućava snabdevanje motorom blato za rotaciju dleta i za MVD ( merenje tokom bušenja ) i LVD ( beleženje tokom bušenja ) . Hidraulički programi temelje se na brizgaljkama veličine i raspoloživim konjskim snagama pumpe za blato kako bi se optimizovao udar mlaznice na dnu.
• Ograničenja se svode na:
  • Snagu pumpe
  • Gubitak pritiska unutar bušilice
  • Maksimalni dozvoljeni površinski pritisak
  • Optimalnu brzina protoka
  • Pritisak na bušilici gubi više na tečnostima veće gustine, plastičnim viskozitetima i čvrstim materijama.
• Niske čvrste tečnosti, tanki materijali za bušenje razređivanje poput polimernih tečnosti, efikasniji u prenosu hidrauličke energije.
• Dubina se može produžiti kontrolom svojstava blata.
• Prenos podataka sa MVD i LVD na površinu pulsom pritiska.

Osiguravanje odgovarajućeg pritiska u formacijama

• Hemijska i fizička svojstva blata kao i uslovi bušotine nakon bušenja utiču na procenu formacije.
• Drvosječi pregledavaju reznice na mineralni sastav, vizuelni znak ugljovodonika i evidentirane zapise blata litologije, ROP-a, detekcije gasa ili geoloških parametara.
• Mjera za evidentiranje žičane mreže - električna, zvučna, nuklearna i magnetna rezonanca .
• Potencijalne produktivne zone su izolovane i izvršena ispitivanja formacije i ispitivanja bušilice.
• Blato pomaže da se ne rasprše reznice i takođe poboljšava transport sečenja za drvosječe kako bi se odredila dubina porekla reznica.
• Blato na bazi ulja, maziva, asfalti prikrivaju indikacije ugljovodonika.
• Dakle, blato za bušenje jezgre je izabrano na osnovu vrste procene (mnoge operacije vađenja određuju blato blato sa minimalnim brojem dodataka).

Kontrola korozije

• Bušilica i kućište u neprekidnom kontaktu sa tečnošću za bušenje mogu prouzrokovati oblik korozije .
• Rastvoreni gasovi (kiseonik, ugljen dioksid, vodonik sulfid) izazivaju ozbiljne probleme korozije;
  • Uzrok brzog, katastrofalnog kvara
  • Može biti smrtonosno za ljude posle kratkog vremenskog perioda
• Nizak pH (kiseli) pogoršava koroziju, zato koristite korozijske kupone za praćenje vrste korozije, stope i određivanje ispravnog hemijskog inhibitora koristi se u pravilnoj količini.
• Blato provetravanje, stvaranje pene i drugih O ₂ zarobljeni uslovi uzrokuju štetu na koroziju u kratkom vremenskom periodu.
• Pri bušenju u srednjoj _H2S, povišeni pH fluide + sulfid scavenging hemikaliju (cink).

Olakšavanje cementiranja i opremanja

• Cementiranje je presudno za efikasnu zonu i dovršetak bušotine.
• Za vreme rada kućišta, blato mora ostati tečno i svesti na minimum pritiske kako ne bi došlo do gubitka cirkulacije izazvane lomom.
• Temperatura vode koja se koristi za cement mora biti u granici tolerancije od cementara koji obavljaju zadatak, obično 70 stepeni, posebno u zimskim uslovima.
• Blato bi trebalo da ima tanku, glatku filtrirnu pogaču, sa minimalnom čvrstom masom u filtarskom kolaču, bušotina sa minimalnim reznicama, pećinama ili mostovima sprečiće da se dobro kućište ispuni do dna. Kružni otvor dobro očistite dok ne očistite.
• Da bi se pravilno cementirao i završio rad, blato se uklanja ispiranjem i cementom. Za efikasnost;
  • Otvorite u blizini mjerača, koristite odgovarajuće tehnike čišćenja rupa, pumpajte gumice na TD-u i obavljajte brisanje brisača do cipela.
  • Nisko viskozitet blata, parametri blata treba da budu tolerantni prema formacijama koje se buše i sastavu tečnosti za bušenje, turbulentnom protoku - niskoj viskoznosti, visokoj brzini pumpe, laminarnom protoku - visokoj viskoznosti, velikoj pumpi.
  • Blato neprogresivna jačina gela

Smanjivanje uticaja na životnu sredinu

Neizolovani isplačni bazeni su bili uobičajena pojava pre nego što nego što su su dokazani njihovi negativni uticaji na životnu sredinu.

Blato je u različitom stepenu toksično. Takođe je teško i skupo ga odlagati na ekološki prihvatljiv način. Članak Vaniti Fair opisao je uslove u Lago Agrio, velikom naftnom polju u Ekvadoru gde su bušilice efikasno bile neregulirane.

Tečnost za bušenje na vodi ima vrlo malo toksičnosti, napravljena je od vode, bentonita i barita, sve gline iz rudarskih operacija, obično se nalaze u Viomingu i u Lunde, Telemark. Postoje specifične hemikalije koje se mogu koristiti u vodama za bušenje na vodi koje samo po sebi mogu biti korozivne i otrovne, poput hlorovodonične kiseline. Međutim, kada se pomeša u tečne vode za bušenje, hlorovodonična kiselina samo smanjuje pH vode na prihvatljiviji nivo. Kaustična (natrijum-hidroksid), bezvodni kreč, soda pepeo, bentonit, barit i polimeri najčešća su hemijska sredstva koja se koriste u vodama za bušenje na vodi. Uljana blato i sintetičke bušilice mogu da sadrže visok nivo benzena i drugih hemikalija

Najčešće hemikalije dodate u OBM Muds:

• Barit
• Bentonit
• Dizel
• Emulgatori
• Voda

Sastav fluida za bušenje

Blato za bušenje na bazi vode najčešće se sastoji od bentonitne gline (gela) sa dodacima kao što je barijum sulfat (barit), kalcijum karbonat (kreda) ili hematit . Različiti zgušnjivači se koriste da utiču na viskozitet tečnosti, npr. Ksantanska guma, guar guma, glikol, karboksimetilceluloza, polianijska celuloza (PAC) ili skrob . Zauzvrat, deflokulanti se koriste za smanjenje viskoznosti glina na bazi gline; često se koriste anionski polielektroliti (npr. akrilati, polifosfati, lignosulfonati (liga) ili derivati taninske kiseline kao što je Kuebracho ). Crveno blato je bilo naziv za smešu na bazi Kuebracho-a, koja je dobila ime po boji soli crvene taninske kiseline; uobičajeno se koristila od 40-ih do 1950-ih, a potom je postala zastarela kada su lignosulfonati postali dostupni. Ostale komponente se dodaju da daju različite specifične funkcionalne karakteristike kao što su gore navedene. Neki drugi uobičajeni aditivi uključuju maziva, inhibitore škriljaca, aditive za gubitak tečnosti (za kontrolu gubitka tečnosti za bušenje u propusne formacije). Dodaje se sredstvo za vaganje poput barita kako bi se povećala ukupna gustina tečnosti za bušenje tako da se može održavati dovoljan pritisak na dnu rupe i tako sprečiti neželjeni (a često i opasni) priliv tečnosti u formiranju. Takođe, upotreba nanočestica silicijuma i gline za visokotlačne blatovice visoke temperature (HPHT) invertira blato na bazi emulzije i primećuje njihov pozitivan uticaj na reologiju bušenja za bušenje.

Faktori koji utiču na performanse bušenja

Neki faktori koji utiču na rad bušilice:

• Reologija fluida
• Promena viskoznosti tečnosti za bušenje
• Promena gustine tečnosti za bušenje
• Promena Ph vrednosti isplake
• Korozija ili zamor bušaćeg alata
• Termička stabilnost tečnosti za bušenje
• Diferencijalno lepljenje

Klasifikacija fluida za bušenje

Klasifikuju se na osnovu njihove tečne faze, alkalnosti, disperzije i vrste korišćenih hemikalija.

Disperzni sistemi

• Slatkovodna isplaka : isplaka niskog Ph (7,0–9,5) koje uključuje blato, bentonit, prirodne, fosfatne blato, organsko blato i blato tretirano organskim koloidom. isplaka visokog Ph, na primer, blato tretirano alkalnim tannatom je iznad 9,5 u pH.
• Isplaka za bušenje na vodi koja suzbija hidrataciju i disperziju gline - Postoje 4 vrste: krečna blata visokog pH, gips niskog pH, morska voda i zasićene blatove zasićene slane vode.

Ne-disperzni sistemi

• Isplaka sa malim čvrstim materijama : Ove blato sadrže manje od 3–6% čvrstih materija manje od 9,5   funti / gal. Većina blata ove vrste je na vodenoj osnovi sa različitim količinama bentonita i polimera.
• Emulzije : dve vrste emoulzionih isplaka a su ulje u vodi (uljne blato emulzije) i voda u ulju (invertne naftne emulzije).
  • Isplaka na bazi ulja: Isplaka na bazi ulja sadrži ulje kao neprekidnu fazu i vodu kao kontaminant, a ne elemente u sastavu isplake. Obično sadrže manje od 5% (zapreminski) vode. Isplaka na bazi nafte obično je mešavina dizel goriva i asfalta, ali može se zasnivati na proizvedenoj sirovoj nafti i mulju.

Literatura

• ASME Shale Shaker Committee (2005). Drilling Fluids Processing Handbook. Elsevier, Gulf Professional Pub. ISBN 0-7506-7775-9. .
• Cheraghianab, Goshtasp; Qinglin Wuc; Mostofid, Masood; Mei-Chun Li; Afrande, Masoud; Jitendra S. Sangwaif (2018). „Effect of a novel clay/silica nanocomposite on water-based drilling fluids: Improvements in rheological and filtration properties”. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 555: 339—350. S2CID 105551285. doi:10.1016/j.colsurfa.2018.06.072. 
• G. V. Chilingarian & P. Vorabutr (1983). Drilling and Drilling Fluids.
• G. R. Gray, H. C. H. Darley, & W. F. Rogers (1980). The Composition and Properties of Oil Well Drilling Fluids.
• DCS Shale Shaker SUPPLIER. The Drilling Fluids cleaning system.