S³awomir Wysocki* MODYFIKACJE BENTONITU NIESPE NIAJ CEGO NORM OCMA ZA POMOC POLIMERU PT-25 DO P UCZEK TYPU HDD**

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "S³awomir Wysocki* MODYFIKACJE BENTONITU NIESPE NIAJ CEGO NORM OCMA ZA POMOC POLIMERU PT-25 DO P UCZEK TYPU HDD**"

Amalia Baran
5 lat temu
Przeglądów:

1 WIERTNICTWO NAFTA GAZ TOM 26 ZESZYT S³awomir Wysocki* MODYFIKACJE BENTONITU NIESPE NIAJ CEGO NORM OCMA ZA POMOC POLIMERU PT-25 DO P UCZEK TYPU HDD** 1. WSTÊP Technika przewiertów sterowanych jest po³¹czeniem konwencjonalnych technik bezwykopowego pokonywania przeszkód naturalnych i in ynierskich oraz wierceñ kierunkowych stosowanych w górnictwie naftowym. Technika ta stosowana jest w przypadku instalacji kabli, przewodów ciœnieniowych oraz grawitacyjnych. Polega ona na wykonaniu otworu pilotowego, jego rozwierceniu do wymaganej œrednicy i wci¹gniêciu w tak przygotowany otwór koñcowy projektowanej rury lub kabla. Podstawowymi parametrami decyduj¹cymi o zastosowaniu tej techniki s¹ d³ugoœæ i œrednica przewodu oraz lokalne warunki geologiczne [4]. Najd³u sze odcinki przewodów wykonywanych t¹ technik¹ nie przekraczaj¹ d³ugoœci 200 m i œrednicy 1200 mm. Za wyj¹tkowe osi¹gniêcie na œwiecie uwa a siê wykonanie przewiertu pod rzek¹ Sacramento, gdzie zastosowano technikê przewiertu sterowanego w przypadku ruroci¹gu o œrednicy 1076 mm i d³ugoœci 1265 m. W Polsce godne uwagi jest wykonanie przewiertu pod Martw¹ Wis³¹ ruroci¹giem o œrednicy 1200 m i d³ugoœci 504 m. Bentonity to materia³y ilaste zawieraj¹ce w swojej strukturze minera³y z grupy montmorylonitu w iloœci przekraczaj¹cej 75% masy. Posiadaj¹ budowê pakietow¹ (rys. 1). Ze wzglêdu na dominuj¹ce jony w warstwie miêdzypakietowej wyró niamy m.in.: bentonity sodowe, wapniowe, potasowe [2]. W technologii p³uczek wiertniczych najczêœciej stosowane s¹ bentonity typu Wyoming zawieraj¹ce oko³o 98% montmorylonitu sodowego. Charakteryzuj¹ siê one najlepszymi parametrami technologicznymi, w wodzie stosunkowo ³atwo ulegaj¹ dyspersji i tworz¹ stabilne suspensje. Modyfikowane bentonity (bentonity aktywowane) s¹ g³ównymi sk³adnikami p³uczek przeznaczonych do horyzontalnych przewiertów sterowanych (HDD = Horizontal * Wydzia³ Wiertnictwa, Nafty i Gazu AGH, Kraków ** Praca wykonana w ramach badañ w³asnych 575

2 Directional Drilling). Odpowiadaj¹ za zapewnienie wymaganych parametrów technologicznych p³uczki. Modyfikacji bentonitów pod k¹tem zastosowania w HDD dokonuje siê najczêœciej za pomoc¹ polimerów naturalnych i/lub syntetycznych. Rys. 1. Budowa pakietowa montmorylonitu ród³o [2] P³uczka stosowana do wierceñ horyzontalnych ró ni siê od tradycyjnej p³uczki stosowanej w wierceniach pionowych [1]. P³yn wiertniczy powinien posiadaæ tzw. odwrócon¹ reologiê. Termin ten oznacza, e parametry lepkoœci pozornej, wytrzyma³oœci strukturalnej i granicy p³yniêcia powinny byæ stosunkowo wysokie, natomiast lepkoœæ plastyczna stosunkowo niska. W³aœciwoœci tiksotropowe p³uczki odgrywaj¹ du ¹ rolê w przypadku wierceñ HDD, zwi¹zane s¹ one ze zdolnoœciami do utrzymywania zwiercin w zawieszeniu podczas przestojów w wierceniu. Charakter opadania i wynoszenia zwiercin na powierzchniê ró ni siê znacznie od wierceñ pionowych. W wierceniach horyzontalnych mamy do czynienia ze stosunkowo krótk¹ drog¹ opadania zwiercin, dlatego niezmiernie wa ne jest stosowanie odpowiednio dobranego p³ynu wiertniczego. Równie odpowiednia lepkoœæ p³uczki ma du e znaczenie. Zapewnia utrzymywanie turbulentnego przep³ywu p³uczki w przestrzeni pierœcieniowej, co umo liwia lepsze oczyszczenie otworu ze zwiercin. Wa ne jest tak e, aby czas potrzebny do sporz¹dzenia p³uczki i uzyskania przez ni¹ za³o onych wartoœci parametrów by³ jak najkrótszy. W praktyce przemys³owej przyjmuje siê, e dobra p³uczka HDD powinna osi¹gn¹æ za³o one parametry technologiczne ju po 15 minutach mieszania i utrzymywaæ je przez ca³y okres wiercenia. W niniejszym artykule zaprezentowano wyniki badañ przydatnoœci, do p³uczek wiertniczych, bentonitu ze z³ó armeñskich. W pierwszym etapie przebadano surowy bentonit na zgodnoœæ z miêdzynarodowymi normami API oraz OCMA i porównano ich parametry z parametrami bentonitu spe³niaj¹cego te normy. W drugiej czêœci pracy do bentonitu armeñskiego dodawano biopolimer PT 25, a nastêpnie przebadano parametry technologiczne tak modyfikowanych bentonitów. Biopolimer PT 25 jest zmodyfikowanym, za pomoc¹ grup SO 3, 576

3 polimerem typu Xanthan Gum (XC Polymer). Wyniki przeprowadzonych badañ pokazuj¹, e tak zmodyfikowany bentonit mo e znaleÿæ zastosowanie w technologii p³uczek HDD. 2. CZÊŒÆ DOŒWIADCZALNA Badania bentonitu zosta³y przeprowadzone w celu stwierdzenia mo liwoœci zastosowania go w technologii wierceñ horyzontalnych. Doœwiadczenia przemys³owe pokazuj¹, e dobrze skomponowana p³uczka przeznaczona do wierceñ horyzontalnych powinna charakteryzowaæ siê lepkoœci¹ plastyczn¹ nie wy sz¹ ni 15 cp, stosunkiem granicy p³yniêcia do lepkoœci plastycznej równym 2, jak najmniejsz¹ filtracj¹ oraz ³atwoœci¹ przygotowania bezpoœrednio przek³adaj¹c¹ siê na ma³¹ iloœæ komponentów (co przyjêto jako podstawowe za³o enia do badañ) Badania przydatnoœci bentonitu ARM do p³uczek wiertniczych Badania surowego bentonitu armeñskiego (ARM) przeprowadzono zgodnie z miêdzynarodowymi normami API wed³ug specyfikacji 13A (Section 5. Non-treated Bentonite, Section 11. OCMA Grade Bentonite) [3]. Wyniki badañ bentonitu ARM na zgodnoœæ z normami OCMA oraz API przedstawiono na rysunku 2. Rys. 2. Wyniki badañ API Section 11. OCMA Grade Bentonite 577

4 Przeprowadzone badania wykaza³y, e badany bentonit armeñski (ARM) nie spe³nia wymagañ norm API oraz OCMA Modyfikacje bentonitu ARM pod k¹tem zastosowania w technologii HDD Poniewa badany bentonit nie spe³nia norm API oraz OCMA, postanowiono dokonaæ chemicznej jego modyfikacji. W tym celu do bentonitu, na sucho, dodano biopolimer PT-25 w stosunku 1 czêœæ wagowa PT-24 na 9 czêœci wagowych bentonitu. Tak zmodyfikowany bentonit (oznaczony jako ARM-m) przebadano pod k¹tem zastosowania w technologii HDD. W pierwszej fazie przebadano wp³yw stê enia modyfikowanego bentonitu na parametry technologiczne suspensji. W tym celu sporz¹dzono suspensje bentonitu w wodzie o stê- eniach 2 6% wagowo. Pomiary przeprowadzono po 15 i 120 minutach mieszania suspensji. Wyniki badañ przedstawiono na rysunku 3. Rys. 3. Parametry technologiczne bentonitu ARM-m zmodyfikowanego polimerem PT-25 Przeprowadzone badania wykaza³y, e wraz ze wzrostem stê enia bentonitu ARM-m modyfikowanego polimerem PT-25 znacz¹co wzrasta granica p³yniêcia, przy stosunkowo niewielkim wzroœcie lepkoœci plastycznej. Ze wzrostem stê enia bentonitu obni eniu 578

5 ulega wartoœæ filtracji badanych suspensji. Korzystne jest, e skomponowana p³uczka, ju po 15 minutach mieszania, osi¹ga zadowalaj¹ce parametry technologiczne, które po up³ywie 2 godzin wzrastaj¹ jedynie nieznacznie. Wartoœæ wytrzyma³oœci strukturalnej po 15 minutach i 2 godzinach pozostaje sta³a. Dalsze badania kontynuowano w przypadku p³uczek sporz¹dzonych na bazie modyfikowanego bentonitu ARM-m o stê eniach 3 5% Badania odpornoœci sporz¹dzonych p³uczek na ska enie jonami jedno- i wielowartoœciowymi P³uczki wiertnicze musz¹ byæ odporne na ska enia solami metali jedno- i wielowartoœciowych, które przedostaj¹ siê do nich z przewiercanych warstw. W celu sprawdzenia odpornoœci badanych p³uczek na ska enie solami jednowartoœciowymi przeprowadzono badania wp³ywu stê enia NaCl na w³aœciwoœci trzy-, cztero-, piêcioprocentowej p³uczki wiertniczej na bazie bentonitu ARM-m. Wyniki badañ przedstawiono na rysunku 4. Rys. 4. Wp³yw stê enia soli NaCl na parametry technologiczne suspensji bentonitu ARM-m Jak wynika z wykresów wzrost stê enia soli jednowartoœciowych jedynie nieznacznie wp³ywa na parametry technologiczne badanych p³uczek. Obserwuje siê wzrost lepkoœci plastycznej i filtracji oraz spadek wartoœci granicy p³yniêcia. 579

Badania odpornoœci p³uczek na ska enie jonami dwuwartoœciowymi przeprowadzono, mierz¹c zmiany parametrów technologicznych p³uczek pod wp³ywem jonów wapnia (0,5% CaCl 2 ).

6 Badania odpornoœci p³uczek na ska enie jonami dwuwartoœciowymi przeprowadzono, mierz¹c zmiany parametrów technologicznych p³uczek pod wp³ywem jonów wapnia (0,5% CaCl 2 ). Wyniki badañ przedstawiono na rysunku 5. Rys. 5. Wp³yw stê enia soli CaCl 2 na parametry technologiczne bentonitu ARM-m Przeprowadzone badania wykaza³y, e po wp³ywem jonów dwuwartoœciowych w stosunkowo niewielkim stopniu obni eniu ulega wartoœæ lepkoœci plastycznej i granicy p³yniêcia. Wzrasta filtracja, ale pozostaje na akceptowalnym poziomie Badania smarnoœci opracowanych p³uczek Szczególnie wa nym parametrem p³uczki przeznaczonej do wiercenia horyzontalnych przewiertów sterowanych jest wspó³czynnik smarnoœci. Ze wzglêdu na poziomy charakter wiercenia, mo liwoœæ przychwycenia przewodu jest stosunkowo du a, dlatego p³uczka powinna charakteryzowaæ siê niewielkimi wartoœciami wspó³czynnika smarnoœci. Badania przeprowadzono za pomoc¹ aparatu Lubricity Tester. Wyniki badañ przedstawiono na rysunku 6. Przeprowadzone badania wykaza³y, e p³uczki sporz¹dzone na bazie modyfikowanego bentonitu ARM-m wykazuj¹ niskie wartoœci wspó³czynnika smarnoœci. 580

7 Rys. 6. Wspó³czynnik smarnoœci dla badanych p³uczek 3. WNIOSKI Bentonit ARM nie spe³nia norm API oraz OCMA. Po modyfikacji za pomoc¹ biopolimeru PT-25 parametry technologiczne ulegaj¹ znacznej poprawie. P³uczki wiertnicze skomponowane na bazie zmodyfikowanego bentonitu ARM-m charakteryzuj¹ siê: dobr¹ odpornoœci¹ na ska enie solami jedno- i dwuwartoœciowymi, dobrym wspó³czynnikiem smarnoœci oraz zapewniaj¹ wymagane, stabilne, parametry technologiczne ju po 15 minutach mieszania. Przeprowadzone badania wykaza³y, e skomponowane p³uczki mog¹ znaleÿæ zastosowanie w przemyœle. LITERATURA [1] Raczkowski J.: P³uczki wiertnicze. Kraków 1979 [2] Bielewicz D., Bortel E., Witek E.: Polimery amfoteryczne w zastosowaniu do p³uczek wiertniczych. Kraków 2003 [3] Specification for Drilling Fluid Materials: API Specification 13A (Section 5. Non-treated Bentonite, Section 11. OCMA Grade Bentonite) [4] Szostak L.: Wiercenie otworów kierunkowych. Katowice

Podobne dokumenty

Danuta Bielewicz, S³awomir Wysocki, Zuzanna Buczek-Kucharska, Marta Wysocka*, Ewa Witek****

WIERTNICTWO NAFTA GAZ TOM 25 ZESZYT 2 2008 Danuta Bielewicz*, S³awomir Wysocki*, Zuzanna Buczek-Kucharska**, Marta Wysocka***, Ewa Witek**** BADANIA PRZYDATNOŒCI NOWO ZSYNTEZOWANEJ SULFONOWANEJ SKROBI