Буровой раствор для бурения многолетнемерзлых горных пород

Abstract

Актуальность. Дан обзор по проблеме бурения скважин на нефть и газ в условиях распространения многолетнемерзлых пород. При сооружении скважин различного назначения в условиях залегания многолетнемерзлых горных пород к выбору оптимального бурового раствора предъявляются особые требования. Месторождения зоны вечной мерзлоты имеют существенные отличия от условий, где горные породы имеют положительную температуру. Цель. Для условий залегания многолетнемерзлых пород выбор оптимальной технологии бурения играет важную роль. Температура бурового раствора в процессе бурения должна быть равна температуре разбуриваемых пород или быть чуть ниже. Методы. Выполнен анализ типов промывочных агентов, используемых для бурения многолетнемерзлых пород, рассмотрены основные технологии, применяемые при этом. Дано описание разработанной промывочной жидкости, определен оптимальный ее состав. Результаты и выводы. Поставленные задачи решаются с помощью разработки безглинистого полимерного бурового раствора с антиморозными добавками, который имеет температуру замерзания минус 7 °С. Рассмотрены вопросы обратного промерзания скважин и применение, с целью улучшения терморегуляции скважин, термокейса. Изложен выбор теплоизоляционного оборудования на основе прогнозирования температурного изменения свойств горных пород. Показано, что обратное промерзание горных пород при строительстве нефтяных и газовых скважин приводит к появлению негерметичности и смятию обсадных колонн, примерзанию обсадных колонн к стенкам скважины, недоспуску колонн до заданной проектной глубины. Приведена формула, позволяющая определить давление, при котором напряжение в обсадных трубах достигнет предела текучести и происходит смятие обсадных колонн. Показана схема гидратации ионов предлагаемого бурового раствора с многолетнемерзлыми породами и основные причины осложнений. С помощью лабораторных исследований определен оптимальный состав бурового раствора. Внедрение предлагаемого бурового раствора в практику бурения многолетнемерзлых пород позволит успешно сооружать нефтегазовые скважины.

Relevance. The article provides an overview of the problem of drilling wells for oil and gas in conditions of permafrost. When constructing wells for various purposes in conditions of permafrost rocks, special requirements are imposed on the selection of the optimal drilling fluid. Deposits in the permafrost zone have significant differences from conditions where rocks have a positive temperature. Aim. For permafrost conditions, the choice of optimal drilling technology plays an important role. The temperature of the drilling fluid during drilling should be equal to the temperature of the rocks being drilled or be slightly lower. Methods. An analysis of the types of flushing agents used for drilling permafrost has been carried out, and the main technologies used in this case have been considered. A description of the developed flushing liquid is given, and its optimal composition is determined. Results and conclusions. The objectives are solved by developing a clay-free polymer drilling fluid with antifreeze additives, which has a freezing point of minus 7°C. The paper considers the issues of reverse freezing of wells and the use of a thermal case in order to improve the thermal regulation of wells. The choice of thermal insulation equipment is outlined based on predicting temperature changes in the properties of rocks. It was shown that reverse freezing of rocks during the construction of oil and gas wells leads to leaks and collapse of casing columns, freezing of casing columns to the walls of the well, and failure of columns to reach a given design depth. The paper introduces the formula to determine the pressure, at which the stress in the casing reaches the yield point and collapse of the casing occurs. The article shows the diagram of the hydration of ions of the proposed drilling fluid with permafrost and the main causes of complications. Using the laboratory studies, the optimal composition of the drilling fluid was determined. The introduction of the proposed drilling fluid into the practice of permafrost drilling will make it possible to successfully construct oil and gas wells