Исследование процесса испарения фаз в буровых растворах на углеводородной основе

Abstract

Исследование проблемы испарения компонентов буровых растворов на углеводородной основе (РУО) является актуальной задачей и имеет практическую значимость для специалистов, осуществляющих инженерное сопровождение буровых растворов. Основная цель исследования: разработка метода изучения процесса испарения компонентов РУО, исследование кинетики испарения углеводородной и водной фаз и степени изменения технологических характеристик РУО, создание алгоритма процедуры восстановления исходных концентраций эмульсии. Методы исследования: собственная экспресс-методика исследования процесса испарения компонентов эмульсионных буровых растворов, ретортный анализ, анализ электрической стабильности, методики определения технологических характеристик буровых растворов по стандартам АНИ (Американского Нефтяного Института). Результаты. Разработана экспресс-методика исследования процесса испарения компонентов эмульсионных буровых растворов. В ходе проведенных исследований по испарению эмульсионного раствора было выявлено, что при температуре 60 °С происходит значительное испарение водной и углеводородной фаз. Установлено, что процесс испарения водной и углеводородной фаз эмульсионных растворов делится на две стадии: 1) активное испарение, значительное снижение массы раствора за счет испарения водной фазы (первые 4 ч), 2) медленное испарение, выравнивание соотношения объема испарившихся фаз (4-12 ч). Установлено, что при испарении воды и минерального масла происходит интенсивный рост реологических параметров эмульсии из-за увеличения концентрации твердой фазы и плотности. Дополнительно выведены зависимости удельного объема испарения от времени, позволяющие рассчитать количество воды и углеводорода, необходимое для восстановления начальных концентраций. Разработан алгоритм процедуры восстановления исходных концентраций компонентов эмульсионных буровых растворов, применение которого может значительно упростить процесс контроля качества промывочной жидкости, повысить эффективность применения большинства современных РУО при бурении скважин с высокими забойными температурами.

The research of phase evaporation in oil-based mud is an important task and has practical significance for specialists engaged in engineering support of drilling muds. The main aim of the study: development method for studying the evaporation oil-based mud components, to study the kinetics of evaporation of hydrocarbon and water phases, and the degree of change in technological characteristics of oil-based mud, to obtain the algorithm of restoring the original concentrations of emulsion. The methods used in the study: the authorsґ express method of researching evaporation of oil-based mud components, retort analysis, electrical stability analysis and methods for determining technological characteristics of drilling fluids by API (American Petroleum Institute) standards. The results. The authors have developed the express method of researching evaporation of the oil-based mud components. It was ascertained that significant evaporation of water and hydrocarbon phases occurs at 60 °C and the process is divided into two stages: active evaporation, significant reduction in mud weight due to the water phase evaporation (the first 4 hours), slow evaporation, alignment of the ratio of the volume of the evaporated phases (4-12 hours). It was ascertained that the emulsion rheological parameters grow intensively due to increased concentration of the solid phase and density at water and mineral oil evaporation. The authors introduced the specific volume of evaporation, depending on time, which allows calculating the amount of hydrocarbon and water needed to restore the initial concentration. The authors developed the algorithm of recovering initial concentrations of the oil-based mud components. Its application can greatly simplify the control over the washing liquid quality, increase the efficiency of the most modern oil-based muds when drilling with high downhole temperatures.