ПЕРСПЕКТИВИ ВИКОРИСТАННЯ НОВИХ ЕМУЛЬСОЛІВ В БУРІННІ СВЕРДЛОВИН
2 грудня 2010 року на базі НТП «Бурова техніка» в м. Києві відбулася розширена науково-технічна рада з розгляду питання перспектив використання нових емульсолів при бурінні свердловин.
У нараді взяли участь відомі вчені, провідні фахівці бурової справи, які представляли виробничі підприємства, наукові установи та організації Державної геологічної служби України (ДРГП „північ геологія”, КП „Кіровгеологія”, КП „Південукргеологія”, ДНВП „Геоінформ України”), ВАТ „Укрнафта”, ДП УкрНДІ „МАСМА”, Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля Національної академії наук України, Державне науково-технічне підприємство „Бурова техніка”, Науково-виробниче об’єднання „Нікос”, ТОВ „Укрбурсервис”, ТОВ „Східспецсервіс”, Спілки буровиків України.
З доповіддю про результати впровадження емульсолу Е2 ЄД в практику бурових робіт виступив заступник директора з наукової роботи НВО „Нікос”, к. т. н. М. П. Єрмаков.
Нові типи емульсолів на основі продуктів переробки рапсової олії були розроблені фахівцями НВО „Нікос” та удосконалені у співпраці із ДП УкрНДІ „МАСМА”. З 1995 року розпочато масове виробництво емульсолу Е2 ЄД та широке його впровадження в металообробці та для змащування форм в залізобетонному виробництві.
З 1998 року ці емульсоли були впроваджені при бурінні вибухових свердловин буровими установками СБШ-250 на кар’єрах Ингулецького гірничо-збагачувального комбінату. Добавка 2 % такого емульсолу до води, яка подається в систему продувки свердловини, сприяє кращій очистці забою від шламу та змащує опори доліт, що в свою чергу підвищує продуктивність буріння. Стійкість доліт діаметром 250 мм типу ОК при бурінні міцних залізистих кварцитів збільшилась на 25-40%. при питомих витратах емульсолу 0,2-0,3 кг на 1 м проходки. Загальні обсяги використання досягли 200 тонн на рік.
З 2008 року Полтавський гірничо-збагачувальний комбінат в подібних умовах використовує в рік до 100 тонн цього емульсолу.
З 2007 року Ковельською ГРЕ ДРГП „Північгеологія” розпочато впровадження емульсолу Е2 ЄД при геологорозвідувальному бурінні в умовах Чемерпольської золоторудної дільниці в межах Савранської металогенічної зони південно-західної частини Українського шита в Середньому Побужжі. Добавка 2% емульсолу до малоглинистого розчину густиною 1,08 г/см куб суттєво покращили його параметри, що дало можливість зменшити поглинання промивальної рідини та підвищити стійкість стовбура свердловини. При питомих витратах 1,5-2,5 кг на 1 м буріння по міцних тріщинуватих породах (мігматити, гнейси, амфіболіти) механічна швидкість зросла на 20-30%, а стійкість алмазних коронок діаметром 76 мм збільшилася на 30-40%.
З 2008 по 2010 рік Ковельською ГРЕ було пробурено снарядами із знімальними кернопрймачами (СЗК) буровою установкою імпортного виробництва фірми Атлас Копко біля 2,5 тис. м з використанням в якості добавок до промивальних рідин емульсолу Е2 ЄД. Доведена висока ефективність використання добавок з питомими витратами 0,8-1,2 кг на 1 м буріння алмазними коронками діаметром 76-96 мм в умовах Чемерпольської золоторудної, Липнягівської хромітової, Пержанської флюоритової та Кухотської алмазної дільницях.
Отримані позитивні результати використання емульсолу в Кременчузькій ГРЕ КП „Південукргеологія” на Кременчугському залізорудному родовищі, в Правобережній ГРЕ на геолзйомці, в ТОВ „Укрбурсервіс” при пошуках золота на Закарпатті, в ТОВ „Магма” і ТОВ „Жадан” при розвідці будівельних матеріалів в межах Українського щита.
Лабораторією мастильно-холодильних технологічних засобів ДП УкрНДІ „МАСМА” проведені роботи по удосконаленню рецептури в напрямку підвищення технологічних, техніко-економічних та екологічних показників емульсолу. Отриманий висновок санітарно-епідеміологічної експертизи № 05.03.02.-07/42811 від 15.07.2009 р. На емульсол розроблені технічні умови ТУ У24.6-30740752-004:2007, дія яких продовжена до 24.09.2012 року.
Випробувальною лабораторією бурових і тампонажних розчинів Держаного науково-технічного підприємства „Бурова техніка” проведені попередні дослідження впливу емульсолу на бурові розчини. Отримані позитивні результати та висновок (Лист ДНТП „Бурова техніка” № 33 від 16.02 2010 р) про те, що емульсол Е2 ЄД допускається використовувати для покращення змащувальних властивостей бурових розчинів при бурінні нафтових і газових свердловин.
Наведені результати лабораторних, експериментальних та виробничих випробувань дають підстави рекомендувати емульсол Е2 ЄД для широкого використання при бурінні свердловин різного призначення.
В обговоренні доповіді взяли участь:
Провідний науковий фахівець ДП УкрНДІ „МАСМА”, к.т.н. В. Т. Процишин доповнила доповідь результатами своїх досліджень та проведених удосконалень емульсола Е2 ЄД. На відміну від інших емульсій, які випускаються українськими виробниками, зокрема Бердянським АТ „Аз мол” (ЕТ2У, ОЕМ), в яких основною складовою є мінеральні масла, в складі нового типу емульсолу переважає більш екологічна натуральна відновлювальна сировина. Лабораторією виконано великий обсяг досліджень з метою вибору спеціальних присадок, які суттєво підвищують біостійкість концентрованого емульсолу при зберіганні та сприяють швидкому розпаду її при потраплянні в навколишнє середовище та утилізації. Це була дуже складна справа, проте вона була успішно вирішена. За рахунок ретельно підібраних добавок підвищена стійкість емульсолу в робочих концентраціях у водах високої мінералізації жорсткістю до 20 мГ-екв/літр.
Особливістю розробленої емульсії є те, що вона універсальна. В залежності від умов використання концентрацією складових компонентів та присадок регулюються змащувальні властивості, стійкість та інші параметри. Тому при замовленні емульсії необхідно чітко вказувати умови її використання, щоб виробники змогли підібрати оптимальну рецептуру, яка забезпечувала б мінімальні витрати при максимальній ефективності.
Генеральний директор НТП „Бурова техніка”, академік УНГА, к.т.н. В. Г. Вітрик надав додаткову інформацію про результати лабораторних досліджень позитивного впливу емульсолу Е2 ЄД на стандартні бурові розчини. Дослідження попередньо виконувались у 2009 році (Заключення №719/5223 і №720/5224 від 23.03.09р) та за спеціальним договором у 2010 році ( Протокол випробуваннь№799/5269 від 02.02.2010 року).
Результати останніх досліджень свідчать, що навіть незначні добавки до 1% емульсолу до базового розчину густиною 1,025 г/см куб суттєво покращують змащувальні властивості (Кз), які зменшується з 30 до 13,2, а коефіцієнт тертя кірки (КТК) зменшується з 0,25 до 0,13. При цьому основні параметри розчину не погіршуються. Так в’язкість (Т) підвищується з 30 до 45 с, водовіддача (В) зменшується з 13 до 12 см куб. за 30 хв. Добавка 2% емульсолу різко збільшує в’язкість до „не тече”, водовіддачу до 11см куб., при цьому Кз знижується до 4,9, а КТК до 0,12.
В присутності в розчині 5% KCL добавка емульсолу не змінює основних параметрів та КТК. Проте Кз зменшується з 23 до 8,8, що є позитивним впливом. Присутність 1% КМЦ в такому розчині без емульсола збільшує в’язкість до 170 с, зменшує водовіддачу до 3 см куб., а товщину кірки (ТК) до 0,5 мм. При добавці емульсолу до 2% в’язкість зменшується до 98 с, водовіддача збільшується до 4 см куб., товщина кірки не змінюється. В той же час Кз зменшується до 11,4 а КТК до 0,11.
Присутність 26% NaCL та 1% КМЦ в базовому розчині збільшує його в’язкість до 112 с, знижує водовіддачу до 3 см куб, а товщину кірки до 0,5 мм. Добавка емульсії до 2% знижує в’язкість до 47 с, без зміни водовіддачі та товщини кірки. При цьому Кз зменшується до з 13,6 до 11,5 а КТК з 0,25 до 0,1.
Наведені результати свідчать про те, що емульсол доцільно використовувати як для регулювання основних параметрів бурових розчинів так і для покращення при цьому змащувальних їх властивостей.
Різке падіння обсягів буріння нафтогазових свердловин та незадовільний економічний стан більшості бурових підприємств стримують контрольні випробування емульсолу на планових свердловинах. Незважаючи на це, емульсол Е2 ЄД є одним із найкращих вітчизняних зразків і має значні перспективи свого використання в нафтогазовому бурінні.
Заступник начальника Правобережної ГРЕ ДРГП «Північгеологія» В. О. Глоба навів досвід 70-х років, коли завдяки впровадженню високоефективної емульсії на основі омилеyної суміші гудронів (ОСГ) були досягненні рекордні швидкості алмазного буріння свердловин при розвідці Пержанського берильового родовища. Так, механічна швидкість буріння міцних гранітів алмазними коронками діаметром 59 мм досягла 10 м за годину, проходка за 8 годинну зміну перевищила 50 м, а продуктивність буріння похилих свердловин глибиною до 300 м буровими установками ПБУ-ЗІФ 650М при цілодобовій роботі наблизилась до відмітки 2500 м на бригаду в місяць при нормативних матеріальних, трудових та інших витратах. До сьогоднішнього дня ці показники ніким і ніде у всьому світі не були перевершені. У свій час не допускалось буріння алмазами без емульсії. Це було суворо передбачене технологічним регламентом і нікому не дозволялось ні в якому разі його порушувати. При наявності такого багатого вітчизняного досвіду не може бути ніякого сумніву в ефективності використання емульсійних промивальних рідин при бурінні свердловин. В Правобережній ГРЕ за 2010 рік було використано 400 кг емульсолу Е2 ЄД при бурінні геологознімальних свердловин глибиною до 100 м в умовах центральної частини Українського щита. Отримані позитивні результати. Рекомендовано в подальшому розвивати використання емульсолу Е2 ЄД та удосконалювати його для досягнення наведених показників алмазного буріння.
Начальник Ковельської ГРЕ ДРГП „Північгеологія” С. П. Кириченко підтвердив показники використання емульсолу на об’єктах експедиції, які приведені в доповіді. Всього було використано 5 тонн емульсії в різних гірничо-геологічних умовах. Найкращі показники досягненні при використанні емульсолу останньої партії. Цей емульсол відрізняється підвищеним вмістом жирної складової та високими змащувальними властивостями. Підтверджена висока ефективність використання емульсолу при бурінні снарядами із знімальними керноприймачами імпортними буровими установками виробництва „Атлас Копко”. Пропонується рекомендувати емульсол Е2 ЄД для широкого впровадження.
Головний науковий фахівець Інституту надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля Національної академії наук України, чл.-кор. НАНУ В. П. Бондаренко запропонував провести ретельні дослідження фізико-хімічних явищ, які протікають в зоні контакту алмазу або твердого сплаву з породою в середовищі емульсійної промивальної рідини з використанням сучасного стендового обладнання та комп’ютерного моделювання. Поверхнево-активні речовини в промивальній рідині сприяють кращому виносу шламу із зони руйнування, а також зменшують сили тертя між алмазом і породою. Проте надлишок змащувальної добавки навпаки, створює умови для залипання шламу та засалювання матриці коронки. Стендові дослідження, які проводяться лабораторією бурового інструменту інституту .не враховують наявність емульсії в промивальній рідині. Так, робота О. М. Ісонкіна [2] по дослідженню характеру впливу частинок шламу зруйнованої гірської породи на матрицю алмазної коронки проведена в умовах промивки чистою водою. Виявлення закономірностей впливу емульсії на процес буріння дозволить враховувати їх як для удосконалення рецептур емульсій так і при конструюванні породоруйнівного інструменту.
Завідувач кафедри буріння нафтогазових свердловин Івано-Франківського національного технічного університету нафти та газу, д.т.н. Я. С. Коцкулич запропонував провести додаткові лабораторні дослідження впливу емульсії на бурові розчини різних рецептур, які використовуються при бурінні нафтогазових свердловин, особливо при високій температурі, а також надати порівняння техніко-економічних показників з іншими вітчизняними та імпортними змащувальними добавками.
Начальник ВТВ КП «Південукргеологія» Р. Ю. Богодіст навів досвід масового використання емульсії на основі омиленої суміші гудронів (ОСГ) в Кременчугській ГРЕ в 1970–1971 роки при бурінні свердловин на Кременчугському залізорудному родовищі[3]. Обсяги алмазного буріння з використанням емульсії були доведенні до 14,5 тис. м в рік. При середній категорії порід по буримості 11,1, середній глибині свердловин більше 300 м механічна швидкість зросла вдвічі (з 0,6 до 1,2 м / год), проходка на алмазну коронку діаметром 76 мм збільшилась в три рази (з 7 до 21м), питомі витрати алмазів скоротились більше ніж у тричі (з 2.5 до 0,9 карат на 1 м). Цей досвід сьогодні є показовим для доказу необхідності повернутись до широкого впровадження емульсійних промивальних рідин, особливо при алмазному бурінні.
За останні три роки в Кременчугській ГРЕ при алмазному бурінні було використано всього 1 тонна емульсолу Е2 ЄД. Отримані позитивні результати, які свідчать про високу його ефективність в умовах буріння свердловин при розвідці залізорудних родовищ. Стримуючим фактором масового впровадження емульсолу є підвищенні його витрати в умовах поглинання промивальної рідини. Тому необхідно впровадити спочатку сучасні методи ефективної та надійної ізоляції зон поглинання промивальних рідин, що дозволить суттєво розширити область використання емульсій.
Директор ТОВ «Укрбурсервіс» Д. В. Дударенко проінформував про використання емульсії Е2 ЄД при бурінні на розвідці золоторудного родовища в Закарпатті в складних умовах поглинання промивальної рідини, нестійкості слабких порід (сланців) з прошарками міцних сильно тріщинуватих, місцями подрібнених окварцованих порід (кварцити). Добавки 0,15% емульсолу значно підвищували стабільність та полегшували приготовлення розчину із місцевих низькосортних глин.
Головний інженер КП «Кіровгеологія» Ю. А. Бакарджієв особливо наголосив на важливості вирішальне значення емульсійних рідин у підвищенні ефективності алмазного буріння. В кінці 70-х років в „Кіровгеологіїї” була впроваджена емульсія на основі сульфатного мила (СМ) і суміші гудронів (СГ) у відношенні: СМ - 54 %, СГ - 46 %. Сульфатне мило є побічний продукт переробки целюлози із дерева і складається із натрієвих солей, жирних і смоляних кислот та неомилених речовин. Суміш гудронів є побічний продукт перегонки (дистиляції) жирних кислот рослинних та тваринних жирів при миловарному виробництві. Композиція СМ+CГ у відповідному співвідношенні дозволяє підвищити стійкість емульсії у твердих водах та при низьких температурах, скоротити на 20% витрати складових компонентів та зменшити на 25% коефіцієнт тертя. Використання емульсії СМ+СГ порівняно із ОСГ дозволило при оптимальній концентрації 1,2-1,3% підвищити швидкість буріння на 7-8%, скоротити питомі витрати алмазів на 10%, покращити умови праці та виключити використання дизельного палива і додаткові витрати на промивку свердловини від надмірного її „засалювання”. Крім того, значно скоротилась кількість підклинювання керну, за рахунок чого на 20% збільшилась проходка за рейс та вихід керну в тріщинуватих породах. Цей досвід показує наскільки в свій час на Україні в умовах буріння свердловин в межах Українського щиту були досконалі технології використання емульсійних рідин. Всі ці досягнення сьогодні не використовуються. Сучасні емульсоли, звісно, більше відповідають екологічним вимогам. Проте їх техніко-економічні показники в широких масштабах практично не доведені. Необхідно розширювати використання запропонованого вітчизняного емульсолу Е2 ЄД, який пройшов необхідні експертизи, та на його основі удосконалювати емульсійну справу в бурінні без чого неможливе суттєве зростання техніко-економічних показників алмазного буріння.
Заступник начальника управління Державної геологічної служби України, к.т.н. І. І. Мартиненко узагальнив проблему використання емульсійних промивальних рідин при геологорозвідувальному бурінні на підприємствах Державної геологічної служби. Всі цехи приготування емульсій в підприємствах ліквідовані. Емульсії практично не використовуються, за виключенням окремих випадків, наведених в доповіді по Ковельській, Правобережній та Кременчугській експедиціях. Показники алмазного буріння знизились до рівня початку 70-х років. Використання каніфольних антивібраційних мастил, виготовлених безпосередньо на бурових, лише частково вирішують проблему. Для того, щоб зберегти емульсійну справу необхідно всіляко підтримати добре налагоджене виробництво на дослідному підприємстві НВО „Нікос”, щоб потім при розвороті бурових робіт, Україна змогла бути забезпечена вітчизняним високоефективним емульсолом, який не буде поступатись імпортним. Першим кроком підтримки є ухвалення заходів сприяння широкого впровадження емульсолу Е2 ЄД в практику бурових робіт та обєднання зусиль фахівців бурової справи навколо подальшого удосконалення техніки, технології виробництва та використання емульсійних промивальних рідин.
Голова правління Спілки буровиків України, чл.-кор. АТНУ А. І. Вдовиченко підкреслив важливість впровадження комплексу заходів які забезпечать збереження та подальший розвиток всіх надбань вітчизняної та закордонної бурової науки і практики в області емульсійних промивальних рідин. Все це повинно бути переглянуто з позицій сучасного науково-технічного рівня. Без комп’ютерних технологій та сучасних методів і технічних засобів досліджень неможливо здійснити подальші кроки по суттєвому підвищенню показників змащувальних добавок. Незважаючи на значний досвід теоретичних, експериментальних та практичних досліджень, фізико-хімічні явища в зоні вибою свердловини при бурінні недостатньо вивчені. Викликає сумнів дія ефекту Ребіндера в умовах високо обертового алмазного буріння, коли процеси протікають за тисячні долі секунди. Поверхневі фізико-хімічні процеси теоретично не можуть досягати такої швидкості своєї дії для проникнення в передруйнівну зону. В таких умовах можна уявити, що головним фактором впливу є миючі властивості промивки, коли шлам своєчасно вимивається із під торця коронки і тим самим зменшується повторне його роздрібнення, що в свою чергу створює сприятливі передумови для перерозподілу енергії на ефективне руйнування порід вибою. В той же час висока концентрація поверхнево-активних речовин (ПАР) змиває змащувальну плівку з бурильних труб , що збільшує тертя та створює вібрацію. Таким чином, концентрація ПАР з одного боку повинна забезпечувати високі миючі властивості по відношенню до шламу, і поряд з тим, не змивати нижче критичної товщини, змащувальної плівки з бурильної колони. При цьому емульсія повинна бути стійкою до водної мінералізації, морозостійкою, стабільною, біостійкою та відповідати санітарним та екологічним вимогам. Із старих розробок цим вимогам найбільше відповідає композиція сульфатного мила та суміші гудронів (СМ+СГ). Проте, ця високоефективна емульсія не відповідає сучасним санітарним та екологічним вимогам. Тому на сьогодні найбільше відповідає сучасним вимогам емульсол Е2 ЄД виробництва НВО „Нікос”, яку пропонується рекомендувати для масового впровадження в практику бурових робіт.
В обговоренні питання взяли також участь директор „Алкону”, д.т.н. М. О. Бондаренко, заст. голови правління ВАТ „Укрнафта” Є. Р. Мрозек, головний інженер Київської експедиції В. П. Данилко, професор Українського державного національного хіміко-технологічного університету, д.т.н. П. П. Єрмаков, які підтримали пропозиції по широкому впровадженні емульсолу Е2 ЄД в практику бурових робіт та розвитку подальших досліджень удосконалення технології виробництва та використання емульсійних рідин в бурінні.
За результатами обговорень ухвалені такі рішення:
1. Рекомендувати емульсол Е2 ЄД виробництва НВО „Нікос” для широкого впровадження при алмазному бурінні геологорозвідувальних свердловин різного призначення.
2. Звернутися до підприємств з проханням виконати контрольні випробування емульсолу Е2 ЄД при бурінні нафтогазових свердловин.
3. Рекомендувати ДНТП „Бурова техніка” та ІФНТУНГ продовжити дослідження впливу емульсолу Е2 ЄД на різні рецептури бурових розчинів, які використовують при бурінні нафтогазових свердловин.
4. Рекомендувати НВО „Нікос”, ДВ УкрДГРІ та кафедрі ТРРКК НГУ обговорити питання співпраці в розробці нових напрямків ефективного використання емульсійних промивальних рідин в сучасних умовах буріння геологорозвідувальних свердловин.
|
