Буровые растворы: чтобы бур шёл как по маслу

Когда говорят о разработке нефтяных и газовых месторождений, обычно вспоминают буровые установки, насосы и трубопроводы. Однако в этом процессе есть и «незаметные герои». К таковым можно отнести буровые растворы, без которых в наши дни уже невозможно представить добычу углеводородов.

О их значимости ярко свидетельствует образное сравнение бурового раствора с кровью скважины. Какие задачи она призвана решать, и возможно ли разработать идеальный буровой раствор?

Многозадачность — наше всё

История буровых растворов начинается ещё в 1920-х годах. Тогда в качестве реагента владельцы буровых установок использовали каустическую соду, бурый уголь и алюминат натрия. В нашей стране применять химические реагенты в бурении стали с 40-х годов прошлого века.

Сегодня буровые растворы призваны решать сразу несколько задач. Это удаления с забоя частиц разрушенной породы с последующей транспортировкой её на поверхность, охлаждение инструмента, перенос энергии от буровых насосов к гидравлическим забойным двигателям.

Кроме этого, выделяют такие функции, как обеспечение устойчивости горных пород в околоствольном пространстве скважины, создание равновесия в системе «ствол скважины — пласт», удержание частиц шлама во взвешенном состоянии при остановках циркуляции, снижение трения между контактирующими в скважине поверхностями.

Разнообразие обеспечивают и отличия в породе, в которой залегает нефть. При этом ошибка в выборе бурового раствора может дорого обойтись, ведь от этого напрямую зависит продуктивность вскрываемых нефте- и газоносных пластов.

Можно вспомнить историю, когда на Lenta.ru вышло журналистское расследование, посвящённое добыче газа на Чаяндинском месторождении ПАО «Газпром». Тогда снижение дебита скважин напрямую связали как раз с неправильным выбором бурового раствора.

«Тип бурового раствора зависит от минералогического состава геологического разреза разбуриваемого месторождения и глубины расположения продуктивной залежи, диктующих строение, состав и термостойкость применяемых химреагентов и материалов для управления свойствами буровых растворов», — рассказывает директор ООО «НПО «Химбурнефть», к. х. н. Юрий Мойса.

Вода или углеводород?

Выделяют два основных типа буровых растворов: на водной (РВО) и углеводородной (РУО) основе.

«В первом случае при приготовлении РВО применяют глинопорошок, водорастворимые продукты переработки целлюлозы, синтетические химреагенты акрилового типа, соли, комплексоны, карбонатные наполнители, баритовые утяжелители, смазочные добавки и ПАВ», — перечисляет Юрий Мойса.

К преимуществам таких купить буровых растворов относят безопасность и простоту, глинистая корка в сочетании с полимерами на стенках скважины ограничивает фильтрацию раствора в проницаемые пласты. Но эти же «запечатывающие» свойства водных могут привести к снижению естественной проницаемости при разбуривании продуктивных пластов, а значит, снижению продуктивности месторождений.

Основой РУО, как это понятно из названия, являются углеводороды. Это различные масла минерального и растительного происхождения, олигоэфиры, дизельное топливо, а также органофильный бентонит и другие химреагенты, совместимые с углеводородами для управления технологическими свойствами РУО в зависимости от геологических требований.

Бурильная установка
Фото: media.gazprom-neft.ru

Сотрудники «ЛУКОЙЛ-инжиниринг» и Уфимского государственного университета Н. С. Шириева, А. К. Шириев и Р. Р. Тляшова в своей статье «Комплексный подход к обеспечению промышленной безопасности при строительстве скважин с использованием растворов на углеводородной основе» перечислили плюсы и минусы РУО.

Безусловно, они по сравнению со своими аналогами на водной основе имеют ряд преимуществ: способствуют поддержанию естественной продуктивности пласта, обладают высокой термостойкостью и антикоррозийными свойствами, мало диспергируют выбуренные породы, предотвращают гидратацию глинистых пород. Как результат, повышается качество вскрытия продуктивных пластов.

Однако в этой бочке мёда содержится солидная примесь дёгтя. Рассуждая о РУО, нельзя забывать и о их минусах. Среди них высокая, по сравнению с водными аналогами, стоимость, медленное и неполное биоразложение, токсичность, трудности при удалении с инструмента и оборудования и пожаровзрывоопасность, перечисляют авторы статьи.

Курс на экологичность

Учитывая, что бережное отношение к природе — это тренд, который разделяет всё больше компаний, перед производителями экологически безопасной продукции открываются новые перспективы. Актуально это и для российского рынка, учитывая жёсткие ограничения при добыче полезных ископаемых на Крайнем Севере и арктическом шельфе.

Неудивительно, что одним из магистральных направлений прогресса здесь является поиск «золотой середины» — создание такого бурового раствора, который, имея преимущества РУО, одновременно был бы лишён их недостатков.