Płyny wiertnicze. Prof. dr hab. inż. Danuta Bielewicz. Prace graficzno techniczne: mgr inż. Artur Miazga Fotografie: Krzysztof Haładyna

Transkrypt

1 Płyny wiertnicze Prof. dr hab. inż. Danuta Bielewicz Prace graficzno techniczne: mgr inż. Artur Miazga Fotografie: Krzysztof Haładyna

2 Spis Treści 1. System krążenia płuczki 2. System sporządzania, zatłaczania i oczyszczania płuczki 3. Rodzaje płynów wiertniczych 4. Zadania płuczek wiertniczych 5. Materiały do sporządzania płuczek 6. Parametry płynów wiertniczych i przyrządy do ich pomiaru 7. Płuczki wiertnicze na osnowie wodnej Płuczki do przewiercania skał ilastych Płuczki o dowiercania złóż węglowodorów 8. Płuczki na osnowie cieczy organicznych Płuczki olejowe Płuczki syntetyczne

3 Spis Treści 9. Płuczki pianowe 10. Nowe technologie płuczek wiertniczych 11. Płuczki do wierceń geotermalnych 12. Płyny do szczelinowania 13. Ciecze do rekonstrukcji 14. Ciecze nadpakerowe 15. Kontrola fazy stałej 16. Utylizacja odpadów

4 System krążenia płuczki Obieg normalnypłuczka zatłaczana jest przewodem, a powraca przestrzenią pierścieniową Obieg odwrotnypłuczka zatłaczana jest przestrzenią pierścieniową, a wraca wnętrzem przewodu Obieg odwrotny stosuje się przy wierceniach z użyciem koronki rdzeniowej, wierceniach wielkośrednicowych lub innych wierceniach specjalnych.

5 System krążenia płuczki Rys. 1 System krążenia płuczki

6 System sporządzania, zatłaczania i oczyszczania płuczki Mieszalnik hydrauliczny Zbiornik płuczkowy Rurociąg ssący Pompa płuczkowa Rurociąg tłoczący Stojak płuczkowy Gęsia szyja Głowica płuczkowa Graniatka Rury płuczkowe Obciążniki Świder Przestrzeń pierścieniowa Rura odlewowa System oczyszczania płuczki

7 Schemat napowierzchniowego systemu krążenia płuczki Rys. 2 Schemat napowierzchniowego systemu krążenia płuczki

8 System sporządzania, zatłaczania i oczyszczania płuczki System oczyszczania: System sporządzania: Zbiornik na materiały sypkie Mieszalnik hydrauliczny do mieszania komponentów stałych Pompa odśrodkowa Sita wibracyjne Degazator Hydrocyklon - odpiaszczający -odmulający Stacja flokulacyjna Wirówka Zbiornikokoryta Kontenery

9 Rodzaje płuczek Rys. 3

10 Zadania płuczki wiertniczych Oczyszczanie dna otworu ze zwiercin Transport zwiercin na powierzchnię Równoważenie ciśnienia górotworu i kontrola ciśnienia złożowego Utrzymywanie zwiercin w stanie zawieszenia podczas przerwy w krążeniu płuczki Utrzymywanie stabilności ściany otworu Chłodzenie, smarowanie i wpływ no obniżenie ciężaru przewodu wiertniczego Przenoszenie energii hydraulicznej na świder Wpływ na skuteczne cementowanie oraz udostępnianie złoża Minimalizacja szkodliwego wpływu na środowisko naturalne

11 Materiały do sporządzania płuczek Materiały ilaste Materiały obciążające Środki chemiczne do regulacji parametrów reologicznych płuczki Środki chemiczne zmniejszające filtrację płuczki Polimery i asfaltowe inhibitory hydratacji skał ilastych

12 Materiały do sporządzania płuczek Środki smarne i powierzchniowo-czynne Inhibitory korozji Biocydy Blokatory i materiały stosowane do likwidacji zaników płuczki Inne dodatki chemiczne

13 Materiały ilaste Materiały ilaste- występują w dużej ilości w skorupie ziemskiej. Około 70% skał osadowych to właśnie iły. Z chemicznego punktu widzenia iły są uwodnionymi glinokrzemianami. Do najważniejszych grup minerałów ilastych zaliczamy: Grupa smektytu (montmorillonitu) Grupa kaolinitu Grupa mik Grupa chlorytu Grupa pałygroskitu- sepiolitu

14 Materiały ilaste Charakterystycznym elementem budowy minerałów ilastych jest struktura pakietowa (lub warstwowowstęgowa). Warstwy krzemotlenowe naprzemiennie nawarstwiają się z warstwami metalo-tlenowodorotlenkowymi. Warstwy krzemotlenwe zbudowane są z czworościanów ( tetraedrów) a warstwy metalo-tleno-wodorotlenkowe z ośmiościanów (oktaedrów). Poszczególne minerały różnią się między sobą budową, sposobem przewarstwienia w strukturze krystalicznej oraz pojemnością wymienną kationów.

15 Materiały ilaste Tabela 1 Analiza chemiczna [% wagowy] Kaolinit Illit Montmorillonit SiO2 46,30 49,44 56,04 Al2O3 38,50 32,45 20,60 Fe2O3 0,36 0,40 4,71 TiO2 0,35 0,09 0,32 CaO 0,10 0,45 2,04 MgO - 1,93 3,36 K 2O 1,00 8,43 1,40 Na2O 0,10 0,31 3,02 Straty po prażeniu 12,82 6,06 8,51 Powierzchnia właściwa [m2/g] Pojemność wymienna kationów [mval/100g] 4(3-5) 35(10-40) 120(70-130) Koncentracja kationów [mol/l] 0,1 0,9 3,0 Odległość pakietów [nm]

16 Bentonit Montmorillonit jest minerałem o budowie trójwarstwowej (2:1). Pomiędzy dwiema warstwami tetraedrycznymi występuje jedna warstwa oktaedryczna. W warstwach tetraedrycznych występuje jon krzemu (lub glinu) oraz tlenu. W warstwach oktaedrycznych; jon glinu, (żelaza lub magnezu). Tego rodzaju zamiana krzemu na glin w warstwie tetraedrycznej lub glinu na żelazo(ii) lub magnez w warstwie oktaerdycznej określana jest jako podstawienie izomorficzne ( lub diadochia). Skutkuje to przewagą ładunku ujemnego w strukturze. Dla neutralizacji ładunku zostaje przyłączony kation o odpowiedniej wartościowości, który lokuje się w przestrzeni międzypakietowej.

17 Bentonit Rys. 4

18 Materiały ilaste Bentonit- skała której głównym składnikiem jest minerał- montmorillonit. Bentonit jest najczęściej używanym materiałem do sporządzania płuczek wiertniczych. Wynika to z faktu iż ulega on zjawisku dyspersji. Wyróżniamy m. in. bentonity: sodowy i wapniowy. Nazwa bentonit pochodzi od nazwy miejscowości Fortu Benton w USA, gdzie odkryto pierwsze złoża z możliwością eksploatacji na skalę przemysłową (75%-95% montmorillonitu).

19 Bentonit Rys. 5

20 Bentonit Tabela 2 Cechy bentonitu Rodzaj montmorillonitu Wapniowy Sodowy Chłonność wody wg Enslina Mała Duża Zdolność do pęcznienia mała b. duża Żaroodporność Mniejsza Większa Własności reologiczne Słabe Dobre Hydroizolacja Średnia Dobra Zdolność do tworzenia tikstropowego żelu Mała Duża Jak widać w powyższej tabeli 2 montmorillonit sodowy wykazuje lepsze zdolności hydratacji i w konsekwencji lepsze własności technologiczne

21 Materiały ilaste Po zmieszaniu bentonitu z wodą powstaje niejednorodny układ rozproszony w którym woda jest fazą ciągłą natomiast cząstki bentonitu fazą rozproszoną- zdyspergowaną. Dyspersja- rozdrobnienie substancji stałej w fazie ciągłej i powstanie zawiesiny koloidalnej ( w przypadku bentonitu mówimy o susepnsji). Hydratacja- w przypadku minerałów ilastych zachodzi specyficzne oddziaływanie między wodą a minerałem ilastym. Polega ono wnikaniu dipolowych cząsteczek wody i kationów do przestrzeni międzypakietowych. Wynikiem czego jest zwiększanie się odległości między pakietami iłu. Co objawia się pęcznieniem Największą zdolność do pęcznienia posiadają iły z grupy smektytu. Dzieje się tak ponieważ iły z tej grupy posiadają w przestrzeniach międzypakietowych kationy sodowe (lub wapniowe) które wiążą wodę. Wyróżniamy 2 rodzaje hydratacji: Powierzchniową Osmotyczną

22 Hydratacja powierzchniowa Adsorpcja wody następuje przez kationy międzypakietowe oraz warstwy krzemionkowe. Najlepszymi właściwościami sorpcyjnymi charakteryzuje się bentonit sodowy. Na zjawisko intensyfikacji lub hamowania hydratacji możemy wpływać w wielu procesach wykorzystujących wymianę jonową. Wprowadzenie do przestrzeni międzypakietowej jonu sodu powoduje zwiększenie hydratacji, zaś wprowadzenie jonów potasu, wapnia oraz jonu amonowego ograniczenie hydratacji.

23 Hydratacja powierzchniowa Rys. 6

24 Hydratacja osmotyczna Jest efektem braku równowagi pomiędzy aktywnością jonów w przestrzeni międzypakietowej betonitu a ich aktywnością w układzie otaczającym i polega na przepływie cząstek rozpuszczalnika od niższego do wyższego stężenia elektrolitu.

25 Dyspersja bentonitu Rys. 7

26 Chemiczna aktywacja W celu wzbogaceniu bentonitu wapniowego, który cześciej występuje w przyrodzie, przeprowadza się proces aktywacji, przy użyciu Na2CO3 który przebiega następująco: bentonitca +Na2 CO3 bentonit 2Na +CaCO 3

27 Zjawiska zachodzące w zdyspergowanych układach ilastych Stabilizacja Koagulacja Peptyzacja Flokulacja Tiksotropia

28 Stabilizacja Stabilność zdyspergowanego układu określana jest przez równowagę sił odpychania i przyciągania pomiędzy poszczególnymi zdyspergowanymi cząstkami. W praktyce stabilizacja układu sprowadza się do stworzenia warunków w których nie ma możliwości oddziaływania sił międzycząsteczkowych. Najskuteczniejszą metodą jest dodanie środków chemicznych zwiększających hydrofilność iłów, na przykład dodatek KMC. Łańcuchy KMC adsorbują się na cząstkach stałych, wiążą wodę, zwiększają ładunek ujemny cząstki.

29 Koagulacja Koagulacja jest agregacją cząstek koloidalnych Gdy siły odpychania zostaną zredukowane przez siły van der Waalsa następuje koagulacja poszczególnych cząstek. Gdy zjawisko to występuje na skalę masową mamy do czynienia z koagulacją układu. Przyczyny koagulacji: Temperatura Działanie elektrolitu (sole) W zależności od koncentracji soli zjawisko agregacji cząstek przybiera różną formę od pojedynczych agregatów do powstania struktury w całej objętości układu. W technologii płynów wiertniczych jest to zjawisko niepożądane; powoduje zmiany parametrów płuczki.

30 Peptyzacja Jest zjawiskiem odwrotnym dla zjawiska koagulacji. Polega ona na cofnięciu koagulacji, pod wpływem środków chemicznych lub jej zapobieganiu. Innymi słowy jest to dyspersja koagulacyjnych agregatów. Peptyzatorami są polimery o małych masach molowych (oligomery) takie jak lignity, lignosulfoniany, taniny a także związki nieorganiczne jak fosforany i węglany które wiążą szkodliwe jony, w wyniku reakcji chemicznej.

31 Flokulacja Powstawanie agregatów cząstek (flokuł) następującym w wyniku adsorpcji i powiązania cząstek stałych przez łańcuchy polimerów. Dzięki temu struktura końcowa ma postać luźnej trójwymiarowej sieci porowatej pozwalającej na łatwą filtrację.

32 Tikstropia Jest to samorzutny proces powstawanie struktury (żelu), a następnie jego ponowne izotermiczne upłynnianie się pod wpływem sił zewnętrznych i powstawanie zolu. Dla układów trikstropowych najważniejszy jest czas zawiązywania się żelu po ustaniu sił zewnętrznych oraz wytrzymałość tego żelu. Geneza tego zjawiska w płuczkach jet następująca: kontaktujące się uszkodzone krawędzie siatki krystalicznej minerału(słabo zwilżone) dążą do odbudowy, w wyniku czego następuje ich połączenie i powstanie struktury.

33 Koagulacja i Flokulacja Tabela 3 Schematyczne przedstawienie zjawisk koagulacji i flokulacji i ich wpływ na parametry płuczek wiertniczych

34 Polimery Są to substancje chemiczne o bardzo dużej masie cząsteczkowej,składające się z wielokrotnie powtórzonych jednostek ( merów). Mają budowę łańcuchową( łańcuch: liniowy, rozgałęziony, usieciowany). Polimer można przedstawić następująco: -A-A-A-A-A-A-A-A-A- lub -[A]-n Gdzie: A- pojedynczy mer n- liczba merów Przyjęto że masa cząsteczkowa polimerów jest wyższa od 500 g/mol. Jeżeli w cząsteczce występuje jeden rodzaj merów to mówimy o homopolimerze, dwa rodzaje merów w jednej cząsteczce występują w kopolimerze. Natomiast gdy w cząsteczce występują 3 różne rodzaje merów to nazywamy ją trepolimerem.

35 Oligomery Są to cząstki mające niewielki stopień polimeryzacji. Związki te mają masę cząstkową od 500 do g/mol.

36 Polimery Rys. 8 Rys. 9

37 Polimery W technologii płuczek wiertniczych uwzględnia się następujące aspekty klasyfikacji polimerów: Jonowość polimeru ( niejonowe, anionowe, kationowe, amfolityczne) Funkcja, którą ma do spełnienia polimer w płuczkach wiertniczych ( regulowanie parametrów reologicznych, obniżanie filtracji, flokulacja itp.) Pochodzenie według tego kryterium wśród polimerów można wyróżnić: polimery naturalne, czyli samoistnie występujące w przyrodzie Polimery modyfikowane, czyli związki otrzymane z polimerów naturalnych Polimery syntetyczne, czyli całkowicie wykonane przez człowieka

38 Polimery naturalne i modyfikowane Guma Ksantanowa (Xanthan Gum) Guma Guar ( Guar Gum) Celuloza i jej pochode - KMC- karboksymetyloceluloza - PAC- polianionowa celuloza -KMHEC- karboksymetylohydroksyceluloza -HEKMC- Hydroksyetylokarboksymetyloceluzoza -metylocluloza -OEC- Oksyetyloceluloza Skrobia i jej pochodne (modyfikowane pierwiastkami ( K, Ca, Mg) -KMS- Karboksymetyloskrobia -Hydroksypropyloskrobia

39 Polimery Tabela 4

40 Polimery syntetyczne Postęp chemii spowodował możliwość syntezy polimerów o właściwościach przydatnych w technologii płynów wiertniczych, ze ściśle określonym celem ich działania w środowisku otworu wiertniczego.

41 Polimer PHPA Przykładem polimeru syntetycznego, o wielofunkcyjnym działaniu jest częściowo hydrolizowany poliakryloamid (PHPA). Rys. 10 Polimer PHPA Pełni funkcję polimeru kapsułującego, flokulantu, regulującego parametry reologiczne. Działanie polimerów zdyspergowanej suspensji ilastej w większości przypadków zasadza się na: Adsorpcji polimeru na cząstkach stałych Zwiększeniu lepkości fazy ciągłej

42 Polimer PHPA Rys. 11

43 Odporność polimerów na sole i temperaturę Większość polimerów w roztworach soli przejawia ograniczone działanie. Wiąże się to z postacią łańcucha w roztworach soli o różnej sile jonowej. Rys. 12

44 Polimery amfolityczne W ostatnich latach coraz częściej stosuje się do płuczek polimery amfoteryczne. Do grupy polimerów amfolitycznych zaliczane są polielektrolity których makrocząsteczki noszą ładunki ujemne i dodatnie równocześnie. Na rys. 13. przedstawione są schematycznie dwa rodzaje polimerów amfoterycznych i jeden układ supramolekularny z różnymi grupami jonowymi.

45 Polimery amfolityczne Rys. 13 Fragmenty makrocząsteczkowych łańcuchów ilustrujące różne rodzaje polimerów obojnaczych

46 Polimery amfolityczne Obecność dodatnich i ujemnych grup funkcyjnych w jednym łańcuchu polimerowym ułatwia jego adsorpcję na cząstkach o powierzchniowym ładunku ujemnym. Zaadsorbowane makrocząsteczki zakotwiczają się kationowymi grupami funkcyjnymi na powierzchni fazy stałej wystawiając grupy anionowe na zewnątrz. Te zaś tworzą zwartą powłokę hydratacyjną, która nie pozwala cząsteczkom H 2O penetrować do wnętrza przestrzeni międzypakietowych iłów. Dzięki takiemu kapsułowaniu polimery amfolityczne zabezpieczają ściany otworu przed destrukcją, poprawiają filtrację i zapobiegają dezintegracji zwiercin oraz zapobiegają agregacji cząstek zdyspergowanych.

47 Polimery amfolityczne Szczególne zastosowanie, przy wierceniach głębokich otworów znalazły poliamfolity w których funkcję anionu pełni grupa sulfonowa, zwłaszcza uplasowana w monomerze AMPS, ze względu na wysoką odporność termiczną.

48 Odporność polimerów na sole i temperaturę Odporność większości polimerów nie przekracza 150oC(423K) do 180oC(453K). Polimer zawierające grupę SO3- są odporne do 250oC(523K).

49 Polimery Taela 5

50 Kompleksowanie polimerów Na podstawie wielu badań laboratoryjnych zostało stwierdzone, że mankamenty powszechnie stosowanych polimerów naturalnych (środki skrobiowe, żywica (karboksymetytoceluloza, skutecznie celuloza kompensowane syntetycznych. guarowa) Uzyskiwany modyfikowanych polianionowa) niewielkimi jest lub w dodatkami takim mogą być polimerów przypadku efekt synergetyczny (synergizm) polegający na wzajemnym wzmocnieniu działania dwóch lub więcej polimerów występujących łącznie w środowisku płuczki wiertniczej.

51 Kompleksowanie polimerów Możliwe są różne rozwiązania technologiczne w zakresie łączenia polimerów różniących się pochodzeniem i właściwościami w celu wykorzystania efektu synergizmu i wyeliminowania ich niedostatków. Niekiedy stosowane są proste mieszanki polimerowe o odpowiednio dobranym stosunku składników sproszkowanych, bądź mieszanki zdyspergowane w oleju pochodzenia roślinnego. Znane są przypadki produkowania dwuskładnikowych polimerów w postaci wodnych roztworów o stężeniu umożliwiającym stosowanie ich w określonych procesach technologicznych. Przykładem może być skrobia modyfikowana poliakrytoamidem, produkowana również w Polsce (tabela 4).

52 Kompleksowanie polimerów Przykładem modyfikacji środków skrobiowych i celulozowych, polimerem syntetycznym jest użycie sufonowanego kopolimeru o nazwie POLYDRILL który skutecznie obniża filtrację, nie wywołując przy tym większych zmian parametrów reologicznych w zakresie temperatur do około 2000C. W kombinacji ze środkami skrobiowymi przy stosunku zmieszania odczynnik skrobiowy/polydrill w granicach od 9:1 do 3:1 odporność temperaturowa płuczki osiąga wartość 145 0C. Niektóre zagraniczne firmy płuczkowe oferują gotowe mieszanki polimerów, najczęściej sproszkowanych, o dobranym odpowiednio składzie Niekiedy mieszanki polimerowe zawierają dodatkowo lignosulfoniany i sproszkowany węglan wapniowy, co zapewnia małą filtrację i niskie wartości parametrów reologicznych.

53 Zwiększanie gęstości płuczek wiertniczych Niejednokrotnie w czasie wiercenia zachodzi konieczność zwiększenia gęstości płuczki ( przewiercanie skał plastycznych, wysokie ciśnienie w górotworze). Dla zwiększenia gęstości dodajemy materiały obciążające. W zależności od gęstości dzielimy je na: Materiały o małej gęstości- węglanowe (2,6-3,0 Mg/m 3): Materiały o średniej gęstości(3,1-5,0 Mg/m 3): Wapień Kreda marmur Baryt Ilmenit Materiały o dużej gęstości(5,1-7,0 Mg/m 3): Magnetyt Hematyt

54 Zwiększanie gęstości płuczek wiertniczych Materiały obciążające powinny odpowiadać kryteriom ich przydatności do obciążania płuczki wiertniczej. Należą do nich: Gęstość Stopień rozdrobnienia Hydrofilowość Skład chemiczny i mineralny Wilgotność Właściwości ścierne

55 Zwiększanie gęstości płuczek wiertniczych Tabela 6

56 Zwiększanie gęstości płuczek wiertniczych Należy zaznaczyć że przy stosowaniu solanek płyn wiertniczy ma podwyższoną gęstość (Rys 14). Rys. 14

57 Zwiększanie gęstości płuczek wiertniczych W zależności od ilości dodawanej soli powyżej poziomu rozpuszczalności może ona spełniać rolę materiału obciążającego kolmatującego skałę lub zbiornikową przyotworowej na czas wiercenia. gęstości solanek sporządzonych nieorganicznych ilustruje Rys.14. blokatora w strefie Maksymalne z soli

58 Sole organiczne Coraz powszechniejsze w wiertnictwie jest zastosowanie solanek sporządzonych z soli organicznych, czyli mrówczanów. Są to następujące sole: Mrówczan sodowy HCOONa Mrówczan potasowy HCOOK Mrówczan cezowy HCOOCs

59 Sole organiczne Tabela 7

60 Środki powierzchniowo czynne Związki organiczne mające w swych cząsteczkach człon hydrofilowy i człon hydrofobowy odznaczają się charakterystycznym wodnych, a zachowaniem mianowicie gromadzą w się roztworach na jego powierzchni w stężeniu większym aniżeli w roztworze. Powoduje to wyraźne zmniejszenie napięcia powierzchniowego na granicy rozdziału faz (Rys. 15).

61 SPC Rys. 15. Środek powierzchniowo-czynny na powierzchni rozdziału faz

62 SPC Tworząca się warstwa adsorpcyjna służy jako łącznik między fazami nierozpuszczalnymi (np. woda-olej, woda-powietrze). Od tego czy stan zagęszczenia tej warstwy jest większy lub mniejszy zależy zasadnicze działanie środka powierzchniowoczynnego odpowiednio jako środka piorącego, emulgującego, pieniącego, zwilżającego itd.

63 Klasyfikacja SPC Rys. 16 Klasyfikacja Środków powierzchniowo czynnych

64 Wykorzystanie SPC Środki powierzchniowo-czynne dodawane są przede wszystkim do płynów wiertniczych dla następujących celów: ograniczenia szkodliwości wpływu filtratu płuczek na zmianę przepuszczalności strefy przyotworowej złożą, obniżenia wytrzymałości skał przy wierceniu, hydrofobizacji przewiercanych skał ilastych, poprawy właściwości smarnych płuczki, podwyższenia stabilności termicznej płuczek wiertniczych, emulgowania oleju w wodzie lub wody w oleju w płuczkach olejowych, oczyszczania płuczek, degazacji płuczek.

65 Materiały do sporządzania płuczki Tabela 8 Podstawowe materiały i środki stosowane w technologii płuczek wiertniczych Grupa materiału Nazwa Bentonity Bentonit API Bentonit OCMA Attapulgit Attapulgit Materiały obciążające Baryt (BaSO4 baru siarczan) Hematyt (Fe2O3 tlenek żelaza (III)) Charakterystyka materiału Bentonit jest skałą składającą się głównie z minerału montmorillonitu (sodowy, wapniowy). Montmorillonit ma budowę pakietową; ulega dyspersji w wodzie słodkiej tworząc zawiesinę koloidalną posiadającą właściwości tiksotropowe. Najlepsze właściwości dyspergujące posiada bentonit sodowy, który występuje rzadziej w przyrodzie niż bentonit wapniowy o mniejszych zdolnościach dyspersji. Bentonit wapniowy wymaga aktywacji (przez dodatek Na 2CO3) lub dodatku środków polimerowych zwiększających jego wydajność tzw. extenderów. Obecnie zmalało zużycie bentonitów; ogranicza się do przygotowania płuczki bentonitowej stosowanej w wierceniach otworów na mniejszych głębokościach lub do przygotowania suspensji bentonitowej jako osnowy do sporządzania określonego typu płuczki. Minerał ilasty o strukturze warstwowo-wstęgowej, mający zdolność do budowy lepkości. Nie ulega hydratacji, jego właściwości reologiczne zależą od długości wstęg zahaczających się wzajemnie mechanicznie. Materiał stosowany wyłącznie do przygotowania płuczek w roztworach soli o dużym stężeniu, stosowany najczęściej przy rekonstrukcji lub likwidacji odwiertów. W płuczkach z dodatkiem attapulgitu kontrola filtracji jest trudna ze względu na tworzony osad filtracyjny. Najpowszechniej stosowany materiał obciążający o twardości 3,0 3,5 w skali Mohsa, nie wchodzi w reakcję z innymi dodatkami do płuczki wiertniczej, nie rozpuszcza się w kwasach. Baryt przeznaczony dla celów wiertniczych powinien mieć gęstość minimum 4,10 g/cm3, co pozwala na podniesienie gęstości płuczki do ok. 2,35 g/cm 3. Obecnie materiał bardzo rzadko stosowany do obciążania płuczek, między innymi ze względu na twardość 5,5 6,5 w skali Mohsa. Stosowany jest jako dodatek do płuczek obciążonych barytem jako środek trwale wiążący siarkowodór H 2S. Powoli rozpuszcza się w kwasie solnym HCl. Hematyt przeznaczony dla celów wiertniczych powinien mieć gęstość minimum 5,20 g/cm 3, co pozwala na podniesienie gęstości płuczki do ok. 2,50 g/cm3.

66 Materiały do sporządzania płuczki Biopolimer Xanthan gum (XCD Polimer) Materiały regulujące parametry reologiczne płuczek wiertniczych Karboksymetyloloceluloza wysokolepna (CMC HV (KMC HV)) Polianionowa celuloza wysokolepna (PAC R) Żywica guarowa (Guar Gum) Lignosulfoniany Środki chemiczne obniżające parametry reologiczne płuczek Lignity Podstawowy polimer do regulacji parametrów reologicznych płuczki wiertniczej. Jego działanie polega na podniesieniu wartości granicy płynięcia płuczki przy nieznacznym wzroście lepkości plastycznej płuczki. Pozwala to na zawieszenie urobku i materiału obciążającego w płuczce. Xanthan gum jest odporny termicznie do 150 0C. Polimer otrzymywany w wyniku działania Xanthomonas Compestris. Polimer celulozowy, w niewielkim stopniu wykorzystywany w technologii płuczek wiertniczych ze względu na negatywny wpływ temperatury na jego właściwości. Wraz ze wzrostem temperatury obserwuje się malejące wartości granicy płynięcia oraz zwiększenie wartości lepkości plastycznej płuczki. Polimer dodatkowo obniża filtrację płuczki wiertniczej. Polimer celulozowy, różniący się od CMC HV wyższym stopniem podstawienia i czystością; w większym stopniu wykorzystywany w technologii płuczek wiertniczych. Charakteryzuje się mniejszym wpływem na lepkość plastyczną niż CMC HV, ale wyższą niż XCD. Wraz ze wzrostem temperatury maleje granica płynięcia. Polimer dodatkowo obniża filtrację płuczki wiertniczej. Polimer pochodzenia naturalnego (otrzymywany z indyjskiego bobu). Posiada podobne właściwości jak XCD polimer; stosowany przede wszystkim w wierceniach hydrogeologicznych ze względu na tworzenie tzw. łamanej struktury. Jest mniej odporny termicznie, odporny na skażenie płuczki jonami wapnia i magnezu oraz zmiany ph w większym stopniu niż XCD Polimer. Są to polielektrolity (oligomery), pochodne kwasów lignosulfonowych modyfikowane przede wszystkim związkami żelaza lub glinu. Środki stosowane do obniżenia lepkości płuczek; przede wszystkim płuczek o dużej zawartości iłu; w płuczkach o małej zawartości iłu skuteczność działania lignosulfonianów drastycznie spada. Używane są również do regulacji parametrów reologicznych w przypadku dostania się do płuczki soli. Środki zawierające w swoim składzie kwasy humusowe. Produkowane są modyfikacje lignit sodowy i potasowy. Środki stosowane do obniżenia lepkości płuczek najczęściej o dużej zawartości iłu. W płuczkach o małej zawartości iłu skuteczność działania lignitów tak jak lignosulfonianów drastycznie spada. W użyciu są środki będące produktem syntezy polimeru z modyfikowanymi lignitami

67 Materiały do sporządzania płuczki Karboksymetyloceluloza niskolepna (CMC LV (KMC LV)) Polianionowa celuloza niskolepna (PAC L lub LV) Środki chemiczne zmniejszające filtrację płuczek Skrobia (Pochodne skrobiowe) Polimery syntetyczne (Poliamfolity) Inhibitory hydratacji skał ilastych (polimery) Częściowo hydrolizowany poliakryloamid (PHPA) Poliglikole Środki smarne Polimer celulozowy wykorzystywany powszechnie w technologii płuczek jako materiał obniżający filtrację płuczki. Ma niewielki wpływ na granicę płynięcia, a jego wpływ na lepkość płuczki zależy od uzyskanej wartości filtracji płuczki. Od CMC HV różni się długością łańcucha. Polimer celulozowy różniący się od CMC LV wyższym stopniem podstawienia i czystością. Wykorzystywany tak samo powszechnie w technologii płuczek jako materiał obniżający filtrację płuczki jak CMC LV. Ma niewielki wpływ na granicę płynięcia, a jego wpływ na lepkość płuczki zależy od uzyskanej wartości filtracji płuczki. Od PAC R różni się długością łańcucha. Polimer skrobiowy otrzymywany z mączki ziemniaczanej lub kukurydzianej, używany powszechnie do obniżania filtracji płuczek wiertniczych, zwłaszcza płuczek zasolonych. Odznacza się niewielkim wpływem na lepkość płuczki. Do wad skrobi należy jej mniejsza niż CMC LV odporność temperaturowa oraz większa podatność na rozkład biologiczny. Odznacza się wysoką tolerancją na obecność jonów wapnia i magnezu w płuczce. Pochodne skrobiowe zawierają modyfikacje pierwiastkami: Mg, Ca, K. Polimery syntetyczne - poliamfolity przeznaczone są do obniżenia filtracji płuczki wiertniczej w warunkach wysokiej temperatury powyżej 100 0C i wysokiego ciśnienia. Zastosowanie ich jest ograniczone do trudnych warunków otworowych ze względu na ich wysoki koszt. Polimer syntetyczny wykorzystywany w ochronie skał ilasto łupkowych przed hydratacją, często używany z KCl w celu podniesienia skuteczności inhibicji hydratacji skał ilastych. Dodatkowo poprawia właściwości smarne płuczki. Jest nieodporny na jony wapnia w płuczce stąd ich koncentracja musi być utrzymywana na niskim poziomie w przypadku stosowania PHPA. Poliglikole dodawane są do płuczek jako inhibitory pęcznienia skał ilasto łupkowych wrażliwych na hydratację. Stosowane są często z KCl, co wzmacnia efekt inhibicji. Użycie określonego poliglikolu uwarunkowane jest temperaturą w otworze lub zasoleniem płuczki. Poprawiają właściwości smarne płuczki. Pochodne kwasów tłuszczowych lub poliglikole, których zadaniem jest obniżenie współczynnika tarcia. Środki smarne stosowane są przede wszystkim w otworach kierunkowych i horyzontalnych

68 Materiały do sporządzania płuczki Detergent wiertniczy Odpieniacze Związki aminowe Inhibitory korozji Neutralizatory tlenu Neutralizatory siarkowodoru Biocydy Środki bakteriobójcze Blokator węglanowy Materiały do likwidacji zaników płuczki Mika Wióry i trociny Blokator organiczny Środek powierzchniowo-czynny dodawany do płuczki przy przewiercaniu warstw ilastych zapobiegający oblepianiu świdra, co przyczyna się do zwiększenia postępu wiercenia w tych warstwach. Są to kompozycje organiczne, które pozwalają na likwidację spienienia płuczki, a także na ułatwienie migracji gazu z objętości płuczki na powierzchnię i jego oddzielenie. Związki te tworzą warstwę ochronną w postaci filmu na powierzchni metalowej, której zadaniem jest ograniczenie korozji do minimum. Środki te stosowane są w płynach nadpakerowych. Najważniejszym neutralizatorem tlenu w płuczce jest siarczyn sodu Na 2SO3 lub kwaśny siarczyn amonu NH4HSO3 co pozwala na ograniczenie korozji tlenowej. Jako neutralizatora siarkowodoru powszechnie stosuje się związki cynku węglan lub tlenek cynku. Cynk tworzy nierozpuszczalny siarczek cynku. Rzadziej stosowanym środkiem wiążącym siarkowodór jest hematyt tlenek żelaza (III). Są to związki zapobiegające rozkładowi biologicznemu płuczki, co obniża koszty sporządzania i obróbki płuczki oraz co jest szczególnie ważne przy wierceniu w skałach zbiornikowych ropy czy gazu, w których należy wyeliminować obecność bakterii redukujących siarczany, które powodują pojawienie się siarkowodoru w złożu. Mielony marmur lub dolomit o granulacji od 0,1 mm do ~ 5 mm, przeznaczone do likwidacji zaników płuczki. Minerał krzemianowy z grupy łyszczyków, używany w postaci płatków do likwidacji zaników. Odpady z tartaku często wykorzystywane są do likwidacji dużych zaników płuczki. Naturalne materiały organiczne np. materiał uzyskany z łupin orzeszków ziemnych o różnej granulacji wykorzystywane powszechnie do likwidacji zaników płuczki obok blokatora węglanowego.

69 Materiały do sporządzania płuczki Chlorek sodu NaCl (sól kamienna) Chlorek wapnia - CaCl2 Siarczan wapnia - CaSO4 * 2H2O (gips) Węglan sodu - Na2CO3 Nieorganiczne dodatki do płuczki Kwaśny węglan sodu NaHCO3 Wodorotlenek sodu NaOH (soda kaustyczna) Sól powszechnie stosowana w różnego rodzaju płynach wiertniczych ze względu na cenę, do sporządzania roztworów rzeczywistych solanek o gęstości 1,01 1,20 g/cm 3 oraz ze względu na przewiercane pokłady soli. Sól stosowana do sporządzania solanek o gęstości do 1,39 g/cm 3. Związek używany do likwidacji skażenia płuczki dwutlenkiem węgla CO 2 oraz rzadziej jako inhibitor pęcznienia warstw ilastych. Związek używany przede wszystkim do redukcji zawartości jonów wapnia w płuczce, zmiękczania wody, w ograniczonym zakresie do regulacji ph płuczki. Związek używany do likwidacji skażenia płuczki cementem. Związek stosowany do regulacji ph płynów wiertniczych. Wodorotlenek wapnia - Ca(OH)2 Związek stosowany w płuczkach o dużej zawartości jonów magnezu w celu utrzymania odpowiedniego poziomu jonów wapnia i zapobieganie skażeniu płuczki dwutlenkiem węgla. Chlorek potasu - KCl Sól potasowa stosowana powszechnie jako inhibitor pęcznienia warstw ilastych wrażliwych na hydratację, często stosowana razem z polimerem PHPA lub poliglikolami. Wodorotlenek potasu - KOH Węglam potasu K2CO3 Związek stosowany do regulacji ph płuczek z zawartością jonów potasu Związek stosowany do sporządzania płuczek lub solanek potasowych

70 Płyny wiertnicze Tabela 9 Płyny wiertnicze Rodzaj płynu wiertniczego Nazwa płuczki Płuczka bentonitowa Bentonitowa Płuczka solankowa z dodatkiem Attapulgitu Płuczka solankowa z dodatkiem Attapulgitu Charakterystyka płuczki (płuczki sporządzane na osnowie wodnej) Podstawowym materiałem użytym do sporządzenia płuczki jest Bentonit API. Płuczka bentonitowa stosowana jest przede wszystkim do przewiercania najmłodszych utworów geologicznych. Jest łatwa do przygotowania. Do jej wad należy brak odporności na skażenie solą lub jonami wapnia. Płuczka bentonitowa wykorzystywana jest jako suspensja podstawa do przygotowania różnego typu płuczek o określonym składzie. Typowy skład płuczki bentonitowej: 1. Węglan sodu: 3 5 kg/m3, 2. Bentonit API: kg/m3 3. Polimer do redukcji filtracji (odczynnik skrobiowy lub celulozwy): według potrzeb. W zależności od konstrukcji otworu, przewiercanych warstw istnieje możliwość użycia innych dodatków. Na bazie solanek można sporządzić płuczkę z dodatkiem attapulgitu. Dodaje się go do solanki na bazie soli kuchennej w ilości kg/m 3. Płuczka tego typu wykorzystywana jest w rekonstrukcji lub likwidacji odwiertów. Do jej zalet należy odporność na skażenia. Wadą tej płuczki jest brak możliwości kontroli filtracji.

71 Płyny wiertnicze Płuczki polimerowe Potasowa Potasowo- polimerowa Polimerowo chlorkowa Glikolowa Polimerowo-glikolowa Płuczki polimerowe stosowane są w Polsce do przewiercania przede wszystkim warstw ilastych wrażliwych na uwodnienie. Opracowano różne receptury płuczek polimerowych, których skład serwisy płuczkowe dobierają w zależności od rodzaju przewiercanych warstw. Podstawowy skład płuczki potasowej: 1. Bentonit kg/m3. 4. KCl kg/m3. 2. Lignit potasowy kg/m3. 5. KOH 0 2 kg/m3. 3. CMC/odczynnik skrobiowy kg/m3. Płuczka stosowana jest przy przewiercaniu skał łupkowych i ilasto-łupkowych. Odporność termiczna do 130oC. Przy przewiercaniu skał zawierających gipsy i anhydryty płuczka wymaga obróbki chemicznej K 2CO3 Podstawowy skład płuczki potasowo-polimerowej: 1. Bentonit kg/m3. 4. PHPA 2 5 kg/m3. 2. CMC/odczynnik skrobiowy kg/m3. 5. XCD 1 2 kg/m3. 3. KCl kg/m3. Płuczka stosowana jest do przewiercania skał łupkowych, ilasto-łupkowych, margli, do wiercenia otworów kierunkowych. Płuczka charakteryzuje się odpornością termiczną do 120oC i wysoką odpornością na skażenia. Podstawowy skład płuczki glikolowej: 1. Bentonit 0 35 kg/m3. 4. Poliglikol kg/m Xanthan gum 1 5 kg/m3. 5. NaCl/ KCl kg/m CMC 5 15 kg/m3. Płuczka glikolowa stosowana jest do przewiercania warstw piaskowców laminowych iłami, skał ilasto-łupkowych oraz do wiercenia otworów kierunkowych. Charakteryzuje się dużą tolerancją na zawartość fazy stałej. Oddziaływuje stabilizująco na ścianę otworu. Wpływa na wzrost prędkości wiercenia. Przybliżony skład płuczki polimerowo-glikolowej: 4. KCl: kg/m 3, w zależności od przewiercanego pokładu, jony K + inhibitują pęcznienie warstw ilastych wrażliwych na uwodnienie. 5. NaCl: 0 do nasycenia, sól kamienna dodawana jest w przypadku przewiercania wkładek soli lub w przypadku dowiercenia do pokładów soli. 6. Polimer PHPA: 2 5 kg/m3, polimer dodawany jest w trakcie przewiercania warstw ilastych wrażliwych na uwodnienie jako polimer kapsułujący 7. Poliglikol: l/m3 jako środek zapobiegający hydratacji warstw ilastych wrażliwych na uwodnienie 8. CMC LV, Skrobia, PAC L: do obniżenia filtracji płuczki według bieżących potrzeb. 9. PAC R, XCD Polimer: do regulacji reologii płuczki według bieżących potrzeb. 10. Biocyd: według bieżących potrzeb. 11. Detergent wiertniczy: według bieżących potrzeb. 12. Odpieniacz: według bieżących potrzeb. 13. Soda kaustyczna: do regulacji ph płuczki, według potrzeb. 14. Węglan sodu: do regulacji zawartości jonów wapnia Ca 2+ w płuczce, według potrzeb. 15. Blokator węglanowy lub baryt: do regulacji gęstości płuczki według potrzeb. Skład płuczki polimerowo-glikolowej uzależniony jest od rodzaju przewiercanych skał w danym rejonie, stąd nie ma uniwersalnego składu płuczki.

72 Płyny wiertnicze Płuczki obciążone Płuczki Typu drill in fluids Solna obciążona barytem Beziłowa Polimerowa (z blokatorem rozpuszczalnym w kwasie solnym, HCl) Płuczka solna obciążona barytem przeznaczona jest do przewiercania warstw charakteryzujących się dużym gradientem ciśnienia. Stosowana jest również przy przewiercaniu pokładów soli oraz iłów plastycznych. Charakteryzuje się wysoką odpornością na jony wapnia i magnezu. Przybliżony skład płuczki solnej obciążonej barytem: Płuczka sporządzana na bazie nasyconego roztworu soli kamiennej NaCl. 1. Skrobia, PAC L: do obniżenia filtracji, według bieżących potrzeb. 2. PAC R, XCD Polimer: do regulacji reologii płuczki wiertniczej, według potrzeb. 3. Baryt: do podniesienia gęstości płuczki zgodnie z Projektem Geologiczno - Technicznym Otworu (PGTO). 4. Odpieniacz: według bieżących potrzeb, 5. Soda kaustyczna: do regulacji ph płuczki, według potrzeb. 6. Węglan cynku, Hematyt: do trwałego związania siarkowodoru H 2S w płuczce (tylko w trakcie przewiercania dolomitu głównego). Jest to płuczka przeznaczona do przewiercania warstw produktywnych, jej cechą główną jest ochrona strefy przyotworowej w najwyższym możliwym stopniu. Płuczka tego typu charakteryzuje się niską filtracją API i jak najniższą filtracją HTHP w zależności od temperatury na dnie otworu. W płuczce typu drill in fluids jej skład zależy od głębokości zalegania warstwy produktywnej, gradientu ciśnienia złożowego oraz właściwości zbiornikowych warstwy produktywnej. Po uwzględnieniu wyżej wymienionych danych, dobierany jest skład płuczki z wykorzystaniem szerokiej gamy materiałów wymienionych w spisie materiałów płuczkowych. Nie ma uniwersalnej receptury płuczki typu drill in fluids. Podstawowy skład płuczki beziłowej z blokatorami: 1. Xanthan gum 0 5 kg/m3. 3. CMC/ odczynnik skrobiowy kg/m KCl 0 50 kg/m3. 5. Blokator węglanowy kg/m Blokator organiczny 0 20 kg/m PHPA 0 3 kg/m3. Płuczka przeznaczona jest do przewiercania warstw gazo-i roponośnych. Wpływa na ograniczenie uszkodzenia strefy przyotworowej; zapewnia wysoką prędkość wiercenia.

73 Płyny wiertnicze Płuczka wodorotlenkowa MMH Płuczka wodorotlenkowa Krzemianowo-potasowa Krzemianowa Krzemianowo-sodowa Płuczka wodorotlenkowa (Mixed Metal Hydroxide) charakteryzuje się wysokimi wartościami lepkości przy niskich prędkościach ścinania i wysokimi wartościami wytrzymałości strukturalnej. Płuczka przeznaczona do wiercenia otworów horyzontalnych w skałach słabozwięzłych. Typowy skład płuczki wodorotlenkowej: 1. Bentonit OCMA: około 30 kg/m 3, 2. Wodorotlenki MMH: 3 kg/m3, 3. KOH: do ph 10 wg potrzeb 4. Odczynnik skrobiowy: do obniżenia filtracji wg bieżących potrzeb. Płuczka jest praktycznie nieodporna na skażenie jonami wapnia Ca 2+, a także większość materiałów do obniżenia filtracji niszczy jej unikalne właściwości reologiczne, stąd płuczkę tą stosuje się niezwykle rzadko. Płuczka krzemianowa jest to płuczka, której głównym składnikiem jest szkło wodne sodowe lub potasowe (krzemian sodu lub potasu), pełniące rolę inhibitora warstw ilastych wrażliwych na uwodnienie. Płuczka stosowana bardzo rzadko ze względu na jej wysokie ph (powyżej 11). Ogólny skład płuczki krzemianowo-potasowej: Osnową taj płuczki jest suspensja sporządzona z bentonitu (4 6%) 1. KOH: 1 2 kg/m3. 2. PAC: 3 5 kg/m3. 3. CMC: 6 15 kg/m3. 4. Biopolimer: 1 2 kg/m3. 5. KCl: kg/m3. 6. Krzemian potasu kg/m Upłynniacz nieorganiczn (fosforan): 1 30 kg/m 3. Przewiercanie skał ilastych zawierających gipsy i anhydryty, jak również inne skały, w skład których wchodzą jony Ca2+ o Mg2+. Płuczka jest odporna na działanie jonów wielowartościowych szczególnie Ca 2+ i Mg2+. Ogólny skład płuczki krzemianowo-sodowej: Osnową taj płuczki jest suspensja sporządzona z bentonitu (4 6%) 1. NaOH: 1 2 kg/m3. 2. PAC: 3 5 kg/m3. 3. CMC: 6 15 kg/m3. 4. Biopolimer: 1 2 kg/m3. 5. NaCl: 150 kg/m3. 6. Krzemian sodu kg/m Upłynniacz nieorganiczn (fosforan): 1 30 kg/m 3.

74 Płyny wiertnicze Solanka na bazie chlorku amonu - NH4Cl Solanka na bazie chlorku potasu - KCl Solanki Solanka na bazie chlorku sodu - NaCl Solanka na bazie chlorku wapnia - CaCl2 Solanka na bazie węglanu potasu - K2CO3 Chlorek amonu stosowany jest do przygotowania solanki o gęstości 1,01 1,04 g/cm 3, która wykorzystywana jest przy rekonstrukcji odwiertów, w których warstwa produktywna zawiera lepiszcze ilaste w celu zapobieżenia jego hydratacji. Chlorek amonu używany jest zamiennie z KCl. Chlorek potasu wykorzystywany jest powszechnie w rekonstrukcjach otworów w postaci 2 5 % roztworu o gęstości 1,03 1,05 g/cm 3. Sól potasowa jest stosowana zamiennie z chlorkiem amonu. Sól kamienna wykorzystywana jest w rekonstrukcjach, remontach i likwidacjach odwiertów w postaci roztworów o gęstości do 1,20 g/cm 3 (roztwór nasycony). Chlorek wapnia stosowany jest w przypadku potrzeby użycia roztworu nie zawierającego fazy stałej o gęstości w przedziale 1,21 1,39 g/cm 3 Węglan potasu wykorzystywany jest gdy zachodzi potrzeba użycia roztworu nie zawierającego fazy stałej o gęstości w przedziale 1,40 1,59 g/cm 3. Jego wadą jest wysoka cena, higroskopijność węglanu potasu oraz wytrącanie się węglanu wapnia w kontakcie np. z gipsem lub anhydrytem.

75 Zestwienie podstawowych parametrów płuczki wiertniczej i przyrządów do ich pomiaru Tabela 10 Zestawienie parametrów płuczki wiertniczej i przyrządów do ich pomiaru L.p. Parametr Przyrząd Jednostki 1. Gęstość Waga Baroid Lejek Marsha kg/m3 s umowna 2. Lepkość plastyczna pozorna 3. Granica płynięcia 4. Wytrzymałość strukturalna Lepkościomierz obrotowy typu Fann ηa = Θ600/2 mpa.s YP= 0,4788(Θ300 ηp ), Pa spurt loss standard /1000 woda = 27 s/1000 ml ηp = Θ600 Θ300, mpa.s Lepkościomierz obrotowy typu Fann I = (po 10 s przy Θ3) 0,479, Pa II = (po 10 min przy Θ3) 0,479, Pa I. 10 II. 10 skala 1,5 30 N/m2 1,5 30 N/m2; 3 60 lb/100 ft2 Szirometr 5. Uwagi Filtracja Grubość osadu filtracyjnego Zawartość piasku Zawartość fazy stałej Stężenie jonów wodorowych (ph) Standardowa prasa filtracyjna Wysokociśnieniowa wysokotemperaturowa prasa filtracyjna Aparat do pomiaru grubości osadu filtracyjnego Zestaw do pomiaru zawartości piasku Retorta typu Fann Ministill Metoda kolorymetryczna cm3/30 min/0,7 MPa cm /30 min przy podwyższonej temperaturze i/lub podwyższonym ciśnieniu 3 mm % zawartość piasku % zawartość fazy stałej paski pomiarowe 1 14 Metoda potecjometryczna 1 14 elektroda pomiarowa

76 Zestawienie podstawowych oznaczeń alalitycznych płuczki wiertniczej Tabela 11 Zestawienie oznaczeń analitycznych płuczki wiertniczej. L.p. Parametr 1. Oznaczanie aktywnych części bentonitu Oznaczenie zawartości jonów ClOznaczenie zawartości jonów K+ Oznaczenie zawartości jonówca+ Oznaczenie zawartościjonówmg+ Oznaczenie zawartości gipsu (jonów SO4-) Oznaczenie zawartości PHPA Oznaczenie zawartości H2S Oznaczenie alkaliczności Jednostki CEC = ml błękitu metylenowego/ml płuczki; Zawartość aktywnych części bentonitu, kg/m3 = CEC x 14; Zdolność wymiany kationowej dla łupków, milirównoważników/100g łupków = ml 0,01N błękitu metylenowego/g miareczkowanych łupków mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l Ilość ml 0,02 n H2SO4

77 Przyrządy do pomiarów parametrów płuczki Waga Baroid Prasa Filtracyjna Lejek Marsha Lepkościomierz obrotowy typu Fann Zestaw do pomiaru zapiaszczenia Szirometr Przyrząd do pomiaru zawartości fazy stałej ( Retort Kit) ph metr

78 Waga Baroid Rys. 17. Waga Baroid

79 Prasa Filtracyjna Rys. 18. Prasa filtracyjna API

80 Lejek Marsha Rys. 19. Lejek Marsha

81 Lepkościomierz obrotowy typu Fann a) b) c) Rys. 20 Lepkościomierz obrotowy: a) lepkościomierz obrotowy b) schemat działania c) element podgrzewający

82 Zestaw do pomiaru zapiaszczenia Rys. 21. Zestaw do pomiaru zapiaszczenia

83 Szirometr Rys. 22. Szirometr

84 Przyrząd do pomiaru zawartości fazy stałej ( Retort Kit) Rys. 23. Retort Kit

85 ph metr Rys. 24. ph metr

86 Badania specjalistyczne Znajomość parametrów płuczek wiertniczych i sposobów ich oznaczania ma podstawowe znaczenie dla prawidłowego przebiegu wiercenia. Właściwości płuczek wiertniczych decydują o stabilności ścian otworów wiertniczych oraz o skuteczności ochrony strefy przyotworowej poziomów skał zbiornikowych. Dla zapewnienia stateczności ścian otworów wiertniczych oraz ochrony strefy przyodwiertowej poziomów zbiornikowych skał powinno się rozszerzyć badania podstawowe o badania specjalistyczne, które wymagają specjalistycznej aparatury do wykonywania analiz.

87 Badania Specjalistyczne Badania specjalistyczne wykonywane w laboratoriach mają na celu określenie: właściwości reologicznych płuczek wiertniczych w warunkach wysokich ciśnień i temperatur pomiar filtracji w warunkach wysokich ciśnień i temperatur oraz depozycji osadu filtracyjnego stopnia uszkodzenia skały zbiornikowej w kontakcie z płuczką wiertniczą; badania odzysku przepuszczalności skał zbiornikowych; napięć powierzchniowych na granicy faz; rozkładu ziarnowego fazy stałej w płuczce wiertniczej; smarności płuczek wiertniczych; kleistości osadów filtracyjnych; cech charakterystycznych iłów dla potrzeb wiertnictwa: pomiar gęstości łupków i skał ilastych; pomiar czasu kapilarnej nasiąkliwości; pomiar stopnia dezintegracji łupków i skał ilastych; pomiar pęcznienia pod wpływem oddziaływania cieczy wiertniczych.

88 Badania Specjalistyczne Właściwości reologiczne płuczek wiertniczych badane są za pomocą wiskozymetru Fann 70 HTHP w zakresie temperatur od pokojowej do 260 0C i ciśnieniu do ął8 MPa. Pomiar filtracji płuczek wiertniczych wykonywany jest za pomocą wysokociśnieniowej i wysokotemperaturowej prasy filtracyjnej wyposażonej w mieszadło (HTHP Dynamic Filter Press). Dynamiczna prasa filtracyjna HTHP dostosowana jest do wykonywania badań w tempaturach do 260 0C, przy ciśnieniach różnicowych do ł5 MPa i prędkości obrotowej od 200 do ą700 obr/min. W wyniku badań określane są następujące parametry: wielkość filtracji dynamicznej w czasie oraz wskaźnik depozycji osadu filtracyjnego. Napięcia powierzchniowe na granicy faz określane są za pomocą specjalistycznego przyrządu pomiarowego w zakresie temperatur od temperatury pokojowej do 95 0C. Wynikiem tych pomiarów jest ocena wielkości napięć powierzchniowych pomiędzy filtratem płuczkowym i ropą naftową, filtratem płuczkowym wodą złożową, filtratem płuczkowym gazem ziemnym, a także wodą złożową i gazem ziemnym. Rozkład ziarnowy fazy stałej w płuczkach wiertniczych wykonywany jest przy wykorzystaniu dyfrakcji laserowej. Wynikiem tych badań jest rozkład procentowy poszczególnych frakcji fazy stałej w płuczce

89 Badania Specjalistyczne Rozkład ziarnowy fazy stałej w płuczkach wiertniczych wykonywany jest przy wykorzystaniu dyfrakcji laserowej. Wynikiem tych badań jest rozkład procentowy poszczególnych frakcji fazy stałej w płuczce Właściwości smarne płuczek wiertniczych oceniane są za pomocą aparatu do badania wielkości tarcia pomiędzy klockiem i pierścieniem w obecności badanego płynu (Lubricity Tester). Wynikiem pomiarów smarności jest wartość zwana współczynnikiem smarności. Zalecanymi wartościami są: dla płuczek na bazie wodnej < 0,2; dla płuczek na bazie olejowej <0,3. Kleistość osadu filtracyjnego płuczek wiertniczych określana jest za pomocą przyrządu do pomiaru siły ścinającej na powierzchni kontaktu płytki pomiarowej z osadem filtracyjnym (Sticking Tester). Płytka pomiarowa aparatu jest dociskana do osadu filtracyjnego siłą wywołaną przez ciśnienie filtracji, a następnie utrzymywana na skutek oddziaływania sił adhezyjnych pomiędzy powierzchnią kontaktu płytki pomiarowej z osadem filtracyjnym. Potrzebną siłę ścinającą do zerwania kontaktu pomiędzy powierzchnią pomiarową płytki a osadem filtracyjnym mierzy się przy pomocy dynamometru.

90 Badania Specjalistyczne Badania cech charakterystycznych łupków i skał ilastych dla potrzeb wiertnictwa Problemy związane z przychwytywaniem przewodu wiertniczego, tworzeniem się kawern i pęcznieniem skał mogą wpływać na stabilność ścian otworu wiertniczego. Badania służące do określania specyficznych właściwości łupków i skał ilastych są realizowane poprzez pomiar niżej opisanych właściwości: Pomiar gęstości łupków i skał ilastych prowadzi się przy wykorzystaniu urządzeń, których działanie oparte jest na prawie Archimedesa. Do urządzeń tych zaliczyć należy: gęstościomierz skał ilastych firmy Petron, Microsol firmy Geoservices i wagę Baroid. Pomiar czasu kapilarnej nasiąkliwości wykonywany aparatem CST (capillary suction timer) polega na pomiarze czasu przesuwania się frontu wolnej wody z badanej zawiesiny pomiędzy dwoma elektrodami na specjalnej bibule filtracyjnej. Wyniki testu przedstawiane są graficznie w postaci zależności czasu kapilarnej nasiąkliwości od typu badanej cieczy. Wartość CST jest wskaźnikiem przepuszczalności osadu filtracyjnego. Wysoka dyspersja cząstek ilastych powoduje powstawanie osadów filtracyjnych o małej przepuszczalności i wysokich wartościach tcst. Wysoka flokulacja cząstek ilastych przyczynia się do powstania osadu filtracyjnego o dużej przepuszczalności i małych wartości t CST. Wyniki badań czasu kapilarnej nasiąkliwości wskazują efekt inhibitowania skał ilastych pod wpływem różnych soli i różnych ich koncentracji na dyspersję łupków.

91 Badania Specjalistyczne Pomiar stopnia dezintegracji łupków i skał ilastych wykonuje się w piecu obrotowym. Mierzy się w nim efekt dyspersji łupków i/lub skał ilastych pod wpływem oddziaływania różnych płuczek wiertniczych. Do badań pobiera się próbki łupków, które są przesiewane przez sita 6 mesh i pozostają na sitach 12 mesh. Odważoną próbkę łupka (np. 100 g) wsypuje się do autoklawu, gdzie znajduje się badana płuczka wiertnicza. Następnie autoklaw umieszcza się w piecu obrotowym i obraca się przez okres 16 godzin w temperaturze 65 0C. Po tym okresie czasu zawartość autoklawu przelewa się przez sito 12 mesh. Pozostałą na sicie próbkę przemywa się, suszy się, a następnie waży się. Stosunek masy końcowej do masy początkowej próbki wyraża procentową zawartość łupka, który nie uległ zjawisku dezintegracji.

92 Badania Specjalistyczne Następnie próbkę końcową ponownie umieszcza się w autoklawie z wodą słodką i obraca się w piecu obrotowym przez okres 2 godzin przy temperaturze 650C. Po okresie tym zawartość autoklawu wylewa się na sito 12 mesh. Pozostałość na sicie suszy się i waży. Stosunek masy pozostałej próbki do masy początkowej próbki wyraża procentową pozostałość łupka, który nie uległ dezintegracji w kontakcie z wodą słodką. gdzie: m2 P1=(1 ) 100 % m1 m3 P2=(1 ) 100 % m1 P stopień dezintegracji łupków w badanej cieczy wiertniczej, % ą P stopień dezintegracji łupków w wodzie słodkiej, % 2 m masa próbki łupka pobranego do badań, g ą m masa pozostałej próbki łupka po kontakcie z cieczą wiertniczą, g 2 m - masa pozostałej próbki łupka po kontakcie z wodą słodką, g. ł

93 Badania Specjalistyczne Badanie ciśnienia pęcznienia łupków i skał ilastych pod wpływem oddziaływania cieczy wiertniczych wykonuje się przy pomocy edometru. Specjalnie przygotowaną próbkę skały ilastej lub łupka w postaci tabletki umieszcza się w komorze pomiarowej edometru, gdzie ma ona kontakt z badaną cieczą wiertniczą. Wielkość zmian ciśnienia pęcznienia w czasie jest rejestrowana przez komputer.

94 Badania Specjalistyczne Badania odzysku przepuszczalności skał zbiornikowych Pomiar stopnia uszkodzenia skał zbiornikowych pod wpływem oddziaływania cieczy wiertniczych oraz wielkości odzysku przepuszczalności wykonuje się wykorzystując do tego celu wysokociśnieniową i wysokotemperaturową dynamiczną prasę filtracyjną (HTHP Dynamic Filter Press), aparat do oceny blokowania przepuszczalności (PPT Permeability Plugging Tester) oraz uniwersalny przepuszczalnościomierz (np. firmy Temco Inc.). Aparat do oceny blokowania przepuszczalności jest statyczną odwróconą prasą filtracyjną typu HTHP z ceramicznymi filtrami lub próbkami skały zbiornikowej. Aparat pracuje w zakresie temperatur od pokojowej do 176 0C, ciśnień różnicowych do 13,7 MPa. Do badań wykorzystuje się próbki wycięte z rdzenia wiertniczego. Badanie stopnia uszkodzenia i odzysku przepuszczalności jest wykorzystywane do oceny wpływu cieczy (płuczki wiertniczej, filtratu płuczkowego, cieczy roboczych lub solanek) na przepuszczalność skały zbiornikowej. Po wyznaczeniu przepuszczalności początkowej próbki (k i), poddaje się ją działaniu badanych cieczy. Po określonym czasie oddziaływania cieczy, ponownie dokonuje się pomiaru przepuszczalności końcowej (k k). Stopień uszkodzenia skały zbiornikowej ocenia się w oparciu o równanie: Natomiast wielkość odzysku przepuszczalności oblicza się z równania: gdzie: WU wskaźnik uszkodzenia skały zbiornikowej, % kk WU =(1 ) 100 % ki kk OP= 100 % ki OP odzysk przepuszczalnośc skały zbiornikoweji, % kk przepuszczalność początkowa badanej próbki, md ki przepuszczalność końcowa, md W przypadku badań zmian przepuszczalności dla cieczy odzysk przepuszczalności można przedstawić, jako wykres przepuszczalności w zależności od wydatku przepływu.