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

Transkrypt

1 WIERTNICTWO NAFTA GAZ TOM 25 ZESZYT Danuta Bielewicz*, S³awomir Wysocki*, Zuzanna Buczek-Kucharska**, Marta Wysocka***, Ewa Witek**** BADANIA PRZYDATNOŒCI NOWO ZSYNTEZOWANEJ SULFONOWANEJ SKROBI S1 DO P UCZEK WIERTNICZYCH NA TLE INNYCH SUROWCÓW SKROBIOWYCH 1. WSTÊP Bardzo du y wp³yw na przebieg wiercenia otworu i jego stan techniczny, a tak e na prawid³owe dowiercanie i udostêpnianie z³ó wêglowodorów, maj¹ rodzaj i w³aœciwoœci p³uczki wiertniczej. Wiêkszoœæ obecnie stosowanych p³uczek wiertniczych to uk³ady wielosk³adnikowe, których sporz¹dzenie i regulacja parametrów technologicznych wymaga stosowania ró nych œrodków chemicznych. Zestawienia œrodków do p³uczek wiertniczych, publikowane okresowo przez czasopismo Word Oil zawieraj¹ ponad 1500 pozycji. Wiele z tych œrodków stosowane jest od lat. Jednak ze wzglêdu na ró norodnoœæ geologiczno- -technicznych warunków wiercenia i d¹ enie do poprawy wskaÿników technologicznoekonomicznych wiercenia, opracowuje siê nowe œrodki, a na ich bazie nowe p³uczki wiertnicze zdolne sprostaæ wymaganiom. Dziêki odpowiedniemu doborowi œrodków chemicznych do p³uczki wiertniczej mo na rozwi¹zaæ wiele istotnych problemów wiertniczych. Do podstawowych nale ¹: utrzymanie statecznoœci œciany otworu wiertniczego podczas przewiercania warstw ilasto- ³upkowych, przewiercanie warstw solnych oraz warstw zawieraj¹cych solanki o wysokim ciœnieniu z³o owym, minimalizacja uszkodzenia przepuszczalnoœci ska³y zbiornikowej podczas udostêpniania z³o a [1, 2]. Zwiêkszaj¹ce siê g³êbokoœci wierconych otworów oraz koniecznoœæ przewiercania pok³adów solnych wymusza stosowanie w recepturach p³uczek nowych œrodków chemicz- * Wydzia³ Wiertnictwa, Nafty i Gazu AGH, Kraków ** Zak³ad Robót Górniczych Krosno, Krosno *** Polymer Technologies, Kraków **** Wydzia³ Chemii UJ, Kraków 211

2 nych o wysokiej odpornoœci temperaturowej oraz odpornoœci na dzia³anie soli jedno- i wielowartoœciowych. Wa nym zagadnieniem jest równie minimalizacja filtracji p³uczek wiertniczych, zw³aszcza w interwale ska³ zbiornikowych. W celu ograniczenia filtracji stosuje siê wielkocz¹steczkowe polimery koloidy ochronne. Specyficzn¹ w³aœciwoœci¹ tych polimerów jest rozpuszczanie siê w wodzie z jednoczesnym pêcznieniem. Otrzymane w ten sposób roztwory wykazuj¹ du ¹ lepkoœæ, dlatego te niektóre koloidy ochronne s¹ stosowane w wiertnictwie równie jako œrodki zwiêkszaj¹ce lepkoœæ p³uczek wiertniczych. Jako koloidy ochronne stosowane s¹ czêsto œrodki skrobiowe [3, 4]. Skrobia modyfikowana jest pierwszym polimerem zastosowanym w p³uczce wiertniczej. Wysoka hydrofilnoœæ i wysoka masa cz¹steczkowa umo liwiaj¹ otrzymanie ze skrobi, bardzo skutecznych a przy tym odpornych na ska enie jonami jedno i wielowartoœciowymi, œrodków redukuj¹cych filtracjê p³uczek wiertniczych. Naturalna skrobia nie rozpuszcza siê w wodzie. W celu nadania jej rozpuszczalnoœci i zdolnoœci do tworzenia koloidalnego roztworu skrobiê poddaje siê modyfikacji chemicznej w procesie kleikowania. Na skalê przemys³ow¹ modyfikuje siê skrobiê, wprowadzaj¹c ró ne grupy funkcyjne poprawiaj¹ce jej w³aœciwoœci np. zwiêkszaj¹ce odpornoœæ na jony magnezowe lub wapniowe. Obecnie stosuje siê wiele odmian skrobi m.in. karbosymetyloskrobia (KMS) czy hydroksypropyloskrobia (HPS). Wad¹ odczynników skrobiowych jest stosunkowo niska odpornoœæ temperaturowa (ok o C) oraz sk³onnoœæ do rozk³adu fermentacyjnego pod wp³ywem bakterii. Biodegradacji skrobi mo na zapobiegaæ poprzez zwiêkszenie ph p³uczki do 12, zwiêkszenie zasolenia (o ile jest to mo liwe w danych warunkach wiercenia) lub dodaj¹c biocydy [3, 4]. W wyniku badañ przeprowadzonych na Wydziale Chemii Uniwersytetu Jagielloñskiego zsyntezowano nowy œrodek chemiczny przeznaczony do zastosowania w p³uczkach wiertniczych, skrobiê modyfikowan¹ grupami SO 3, skrobia S1. Syntezê realizowano w dwóch etapach, w pierwszym otrzymano sulfonow¹ pochodn¹ epichlorohydryny, któr¹ potem w drugim etapie dzia³ano na skrobiê. Nastêpnie, na WWNiG AGH, skrobiê tê poddano badaniom maj¹cym na celu okreœlenie jej przydatnoœci do zastosowania w technologiach p³uczkowych. Dla porównania, analogiczne badania przeprowadzono równie dla innych surowców skrobiowych (polskich i zagranicznych) dostêpnych na rynku [5]. 2. BADANIA LABORATORYJNE Badania, maj¹ce na celu okreœlenie zgodnoœci z normami API Skrobi S1 oraz innych skrobiowych œrodków chemicznych u ywanych w przemyœle wiertniczym, przeprowadzono zgodnie z normami API API Specyfication 13A (SPEC 13A) 13 ed. July ). Metodyka badañ P³uczki testowe sporz¹dzano na osnowie 4-procentowego oraz nasyconego roztworu NaCl. Do 350 ml solanek dodawano 350 g bentonitu OCMA (spe³niaj¹cego standardy API) oraz 1 g Na 2 CO 3. Do tak sporz¹dzonych p³uczek dodawano badan¹ skrobiê w iloœci: 5; 10 oraz 15 g/l. Sk³ady badanych p³uczek oraz wymagania dotycz¹ce œrodków skrobiowych wg norm API przedstawiono w tabeli 1. Badania przydatnoœci skrobi S1 do p³uczek wiertniczych przedstawiono na wykresach (rys. 1). 1) Badania przeprowadzono dla skrobi: Stardrill, Stardrill S, CMS, Rotomag, Filter-chek, CAT-300, Dextrid, Emfloc oraz Skrobia S1. 212

3 Tabela 1 P³uczka 4% NaCl 4% roztwór NaCl Bentonit OCMA 100 g/l Na 2 CO 3 2,9 g/l Skrobia 5, 10, 15 g/l P³uczka nasycony roztwór NaCl Nasycony roztwór NaCl Bentonit OCMA 100 g/l Na 2 CO 3 2,9 g/l Skrobia 5, 10, 15 g/l Parametry technologiczne Lepkoœæ pozorna maks. 9 [mpas] Filtracja maks. 10 [ml] (dla stê enia skrobi 10 g/l) Parametry technologiczne Lepkoœæ pozorna maks. 10 [mpas] Filtracja maks. 10 [ml] (dla stê enia skrobi 10 g/l) Rys. 1. Badania przydatnoœci do p³uczek wiertniczych skrobi S1 Badania przeprowadzone dla nowozsyntezowanej skrobi S1 wykaza³y, e wzrost stê- enia w korzystnie wp³ywa na parametry technologiczne badanych p³uczek, powoduj¹c stosunkowo niewielki wzrost wartoœci lepkoœci pozornej oraz znaczne obni enie filtracji. Badana skrobia S1 zabezpiecza p³uczkê przed koagulacj¹ i chroni przed niekorzystnym dzia³aniem jonów jednowartoœciowych. Skrobia S1 spe³nia wymagania normy API w ca- ³ym jej zakresie. Dla porównania przeprowadzono analogiczne badania dla surowców skrobiowych dostêpnych na rynku polskim i zagranicznym. Wyniki zaprezentowano na rysunkach 2 9. Wzrost stê enia skrobi Stardrill wp³ywa na wzrost lepkoœci pozornej oraz obni enie filtracji badanych p³uczek. Natomiast wartoœæ lepkoœci pozornej dla nasyconego roztworu NaCl oraz filtracja dla 4-procentowego roztworu NaCl nieznacznie przekracza standardy dopuszczalne przez normê API (rys. 2). Wzrost stê enia skrobi CMS wp³ywa na wzrost lepkoœci pozornej oraz obni enie filtracji badanych p³uczek. Podobnie jak w przypadku skrobi Stardrill wartoœæ lepkoœci pozornej dla nasyconego roztworu NaCl oraz filtracja dla 4-procentowego roztworu NaCl nieznacznie przekracza standardy dopuszczalne przez normê API (rys. 3). 213

4 Rys. 2. Badania przydatnoœci do p³uczek wiertniczych skrobi Stardrill Rys. 3. Badania przydatnoœci do p³uczek wiertniczych skrobi CMS Rys. 4. Badania przydatnoœci do p³uczek wiertniczych skrobi Stardrill S Wzrost stê enia skrobi Stardrill S wp³ywa na wzrost lepkoœci pozornej oraz obni enie dla 4-procentowego roztworu NaCl znacznie przekracza standardy dopuszczalne przez normê API (rys. 4). Wzrost stê enia skrobi Rotomag wp³ywa na wzrost lepkoœci pozornej oraz obni enie filtracji badanych p³uczek. Jedynie filtracja dla 4-procentowego roztworu NaCl znacznie przekracza standardy dopuszczalne przez normê API (rys. 5). 214

5 Rys. 5. Badania przydatnoœci do p³uczek wiertniczych skrobi Rotomag Rys. 6. Badania przydatnoœci do p³uczek wiertniczych skrobi Filter-chek Wzrost stê enia skrobi Filter-chek wp³ywa na wzrost lepkoœci pozornej oraz obni enie dla 4-procentowego roztworu NaCl znacznie przekracza standardy dopuszczalne przez normê API (rys. 6). Rys. 7. Badania przydatnoœci do p³uczek wiertniczych skrobi CAT-300 Wzrost stê enia skrobi CAT-300 wp³ywa na wzrost lepkoœci pozornej oraz obni enie filtracji badanych p³uczek. Wartoœæ filtracji dla nasyconego roztworu NaCl oraz dla 4-procentowego roztworu NaCl osi¹ga najwy sze wartoœci spoœród wszystkich przebadanych surowców skrobiowych i znacznie przekracza standardy dopuszczalne przez normê API (rys. 7). 215

6 Wzrost stê enia skrobi Dextrid wp³ywa na wzrost lepkoœci pozornej oraz obni enie dla 4-procentowego roztworu NaCl znacznie przekracza standardy dopuszczalne przez normê API (rys. 8). Rys. 8. Badania przydatnoœci do p³uczek wiertniczych skrobi Dextrid Rys. 9. Badania przydatnoœci do p³uczek wiertniczych skrobi Emfloc Wzrost stê enia skrobi Emfloc wp³ywa na wzrost lepkoœci pozornej oraz obni enie lepkoœci pozornej dla 4-procentowego roztworu NaCl nieznacznie przekracza standardy dopuszczalne przez normê API (rys. 9). Na wykresach (rys. 10 i 11) zebrano wyniki badañ na zgodnoœæ z norm¹ API. Rys. 10. Zestawienie wyników badañ surowców skrobiowych na zgodnoœæ z normami API lepkoœæ pozorna 216

7 Rys. 11. Zestawienie wyników badañ surowców skrobiowych na zgodnoœæ z normami API filtracja Z przeprowadzonych badañ wynika, e jedynie nowozsyntezowana skrobia S1 w pe³nym zakresie spe³nia wymagania norm API. Pozosta³e przebadane skrobie w mniejszym lub wiêkszym stopniu nie spe³niaj¹ norm API Zdecydowanie niekorzystnie wypad³y badania dla skrobi Dextrid, a szczególnie CAT WNIOSKI Na podstawie przeprowadzonych badañ stwierdzono, e skrobia S1 charakteryzuje siê dobrymi parametrami technologicznymi oraz jako jedyna spoœród przebadanych spe³nia wymagania norm API. Pozosta³e zbadane surowce skrobiowe wykaza³y przekroczenie norm API, najwiêksze odstêpstwa zaobserwowano dla skrobi CAT-300. LITERATURA [1] Wysocki S., Bielewicz D., Wysocka M.: Badania wp³ywu nowo opracowanych p³uczek kationowo-skrobiowych na zmianê przepuszczalnoœci oœrodka przy u yciu filtrów ceramicznych. Wiertnictwo Nafta Gaz (pó³rocznik AGH), 24/1, 2007 [2] Drilling Muds Engineering. MI Drilling Fluids, 1996 [3] Bielewicz D., Bortel E.: Polimery w technologii p³uczek wiertniczych. Kraków, 2000 [4] Raczkowski J., Pó³ch³opek T.: Materia³y i œrodki chemiczne do sporz¹dzania p³uczek wiertniczych. Prace IGNiG, nr 95, Kraków, 1998 [5] Buczek Z.: Opracowanie bezi³owych p³uczek wiertniczych skrobiowo-poliamfolitycznych na podstawie badañ laboratoryjnych. Kraków, WWNiG AGH 2004 (praca magisterska) 217