Удосконалення фізико-хімічних методів збереження стійкості стінок свердловин в процесі буріння

Размещено на http://www.allbest.ru/

ІВАНО-ФРАНКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ НАФТИ І ГАЗУ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

УДОСКОНАЛЕННЯ ФІЗИКО-ХІМІЧНИХ МЕТОДІВЗБЕРЕЖЕННЯ СТІЙКОСТІ СТІНОК СВЕРДЛОВИН В ПРОЦЕСІ БУРІННЯ

Спеціальність: Буріння свердловин

ВАСИЛЬЧЕНКО АНАТОЛІЙ ОЛЕКСАНДРОВИЧ

Івано-Франківськ, 2001 рік

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми дослідження. Подолання паливно-енергетичної кризи в Україні можливе за умови розширення обсягів розвідувального та експлуатаційного буріння, підвищення його техніко - економічних показників. Ускладнення та аварії, пов'язані з втратою стійкості стінок свердловин, є найбільшим негативним чинником, який впливає на техніко - економічні показники буріння. Наприклад, тільки по буровому управлінню "Укрбургаз" збитки, пов'язані з ліквідацією прихватів, головним чином обумовлених нестійкістю стінок свердловин, склали у 1998 р. - 824 тис. грн. і у 1999 р. - 397 тис. грн.

Серед багатьох причин, які викликають руйнування стінок свердловин, чільне місце посідають ті, які зумовлені фізико-хімічною взаємодією бурових розчинів з гірськими породами. З самого початку усвідомлення фізико-хімічних причин руйнування стінок свердловин для вирішення проблеми стійкості залучались фундаментальні теоретичні положення фізичної хімії: осмос, капілярні явища, теорія іонно-обмінних процесів і таке інше. В різні часи окремі аспекти даної проблеми вважались визначальними і їм надавалась особлива увага. На даний час фізико-хімічні методи збереження стійкості стінок свердловин недостатньо систематизовані. В той же час існує певний розрив між складом бурових розчинів і сучасними досягненнями фізичної хімії, а сама технологія застосування бурових розчинів залишається переважно емпіричною справою. Внаслідок цього інженери з бурових розчинів відчувають труднощі під час вибору рецептури і засобів впливу на фізико-хімічні процеси в системі “буровий розчин - привибійна зона свердловини” (БР - ПЗС).

Тому проблема систематизації і удосконалення фізико-хімічних методів збереження стінок свердловин в процесі буріння є актуальною і важливою для галузі. Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана у відповідності з напрямком національної програми "Нафта і газ України до 2010 року" та тематикою науково-дослідних робіт ДК "Укргазвидобування".

Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності фізико-хімічних методів збереження стійкості стінок свердловин в процесі буріння. Досягнення поставленої мети пов'язане з вирішенням наступних завдань:

1 Розробка та обґрунтування осмотичної моделі фізико-хімічного механізму руйнування стінок свердловин;

2. Розробка способу оцінки осмотичних властивостей бурових розчинів і дослідження впливу хімічних реагентів на рівень осмотичних властивостей;

3. Розробка та удосконалення рецептур бурових розчинів з високими властивостями;

4. Промислове впровадження розроблених рецептур бурових розчинів та оцінка їх ефективності.

Об'єктом дослідження даної роботи є фізико-хімічні процеси в системі БР-ПЗС, які викликають руйнування стінок свердловини.

Предметом дослідження є самодовільний рух води в системі БР-ПЗС.

В роботі застосовувались наступні методи дослідження:

- лабораторні експерименти з моделювання фізико-хімічних процесів;

- теоретичний аналіз результатів лабораторних експериментів із залученням елементів синергетичного підходу.

Наукова новизна одержаних результатів. Запропонована і обґрунтована осмотична модель руйнування стінок свердловин, суть якої полягає у здатності рідин у системі БР-ПЗС самодовільне рухатись проти градієнта своєї структурної організованості (СО) у пори і тріщини гірських порід, викликаючи нагромадження механічних напружень і руйнування стінок. Запропоновано використовувати параметр діелектричної проникності для визначення осмотичних властивостей бурових розчинів. Із застосуванням нових теоретичних положень розроблено рецептури високо бурових розчинів, які впроваджені у виробництво. Практичне значення одержаних результатів полягає у створенні принципів вибору рецептур бурових розчинів з рівнем властивостей, який забезпечує стійкість стінок свердловин. Вимірювання параметру діелектричної проникності в лабораторних умовах і на бурових дозволяє оперативно підбирати більш ефективні варіанти хімічної обробки бурових розчинів.

На основі запропонованих теоретичних положень розроблені нові рецептури високо бурових розчинів - вапняного.

Впровадження цих бурових розчинів здійснювалось під час буріння глибоких свердловин у складних гірничо-геологічних умовах Дніпровсько-Донецької западини (ДДз), а також шельфів Баренцевого та Чорного морів, що забезпечило одержання значного економічного та технологічного ефекту.

Особистий внесок здобувача. Основні результати дисертації одержані здобувачем самостійно. Самостійно сформульована і експериментально підтверджена гіпотеза про осмос.

Спосіб визначення осмотичної активності бурових розчинів шляхом вимірювання діелектричної проникності і рецептури вапняного і гуманних бурових розчинів розроблені у співавторстві з В.А. Андрусівим, М.В. Боровиком, П.Г. Кулагіним, В.Л. Кушнарьовим, С.В. Локтєвим, А.Г. Нагієвим, О.В. Саломатіною, В.М. Фільовим, В.Г. Фільом та Я.С. Яремійчуком.

Особистий внесок здобувача полягав у виборі напрямку проведення науково-дослідних робіт, теоретичному аналізі одержаних результатів, організації впровадження нових рецептур бурових розчинів на бурових підприємствах.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи були викладені і обговорені на: V Республіканській конференції з фізико-хімії, технології одержання і використання промивних рідин, дисперсних систем і тампонажних розчинів (м. Полтава, 1981), Всесоюзній науково-технічній конференції “Розкриття продуктивних горизонтів і освоєння нафтових свердловин“ (м. Івано-Франківськ, 1982), Республіканській науково-технічній конференції “Актуальні науково-технічні проблеми підвищення швидкості буріння нафтових і газових свердловин в УРСР” (м. Полтава, 1982), VI Республіканській конференції з фізико-хімії, технології одержання і використання промивних розчинів (м. Івано-Франківськ, 1985), VII Міжнародному конгресі з методології і філософії науки (м. Москва, 1987), ІІ Всесоюзній науково-технічній конференції "Розкриття нафтогазових пластів і освоєння свердловин" (м. Івано-Франківськ, 1988), IV і V Міжнародних симпозіумах з методології математичного моделювання (м. Варна, 1988, 1990), І Всесоюзній науково-практичній конференції “Аномально високі пластові тиски і нафтогазоносність надр” (м. Ленінград, 1990), Міжнародній конференції “Розробка газоконденсатних родовищ“ (м. Краснодар, 1990), Українському та французькому симпозіумі “ Конденсовані матеріали: наука і виробництво “ (м. Львів, 1993), науково-практичній конференції “Нафта і газ України“ (м. Київ, 1995), науково-практичній конференції “Нафта і газ України - 96 “ (м. Харків, 1996), науково-практичній конференції "Проблеми і перспективи науково-технічного прогресу АТ "Укрнафта" в умовах ринку" (м. Івано-Франківськ, 1995), науково-практичній конференції професорсько-викладацького складу університету (м. Івано-Франківськ, 1996), Міжнародній конференції "Поверхневі сили" (м. Москва, 1996), 5 Міжнародній конференції "Нафта - газ України - 98" (м. Полтава, 1998), Міжнародній конференції з колоїдної хімії та фізико-хімічної механіки (м. Москва, 1998). У повному обсязі дисертація доповідалась на засіданнях кафедри буріння свердловин ІФДТУНГ (травень 1999 р., червень 2000 р.).

Публікації. Основний зміст дисертації викладено в 44 наукових публікаціях, в тому числі 11 винаходах.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота містить вступ, чотири розділи, основні висновки та додатки і викладена на 134 сторінках машинописного тексту, з них 17 рисунків, 14 таблиць та список використаних джерел із 164 найменувань.

2. ЗМІСТ ПРАЦІ

В першому розділі проведений аналіз сучасного стану розвитку фізико-хімічних методів збереження стійкості стінок свердловин в процесі буріння.

Значний внесок у вивчення окремих фізико-хімічних явищ зробили такі видатні науковці, як П.О. Ребіндер, Б.В. Дєрягін, Ф.Д. Овчаренко, М.М. Круглицький, А.Х. Мірзаджанзаде, Ю.О. Тарасевич, В.Ю. Третинник, М.В. Чураєв та інші.

Зв'язок академічної науки з проблемами з гірничої справи плідно здійснювали Н.Г. Аветісян, В.С. Войтенко, С.М. Гамзатов, В.Д. Городнов, А.Г. Розенгафт, Б.Ф. Рельтов, В.І. Рябченко, Л.О. Свірідов, М.К. Сеїд-Рза, В.Ю. Шеметов, Р.С. Яремійчук, В.Г. Ясов та інші дослідники.

Визначальний вплив на погляди фахівців з буріння свердловин щодо фізико-хімічного механізму руйнування стінок зроблено американськими науковцями: Д. Андерсоном, С. Едвардсом, В. Вейсом, Дж. Греєм, Г. Дарлі, Дж. Келлі, Т. Мондшайном, Дж. Сімпсоном та іншими.

В результаті розвитку фізико-хімії бурових розчинів протягом семи десяти років збереглися два основних напрямки, які були запропоновані на початку ХХ століття:

- хімічне закріплення стінок свердловин шляхом використання вапняних бурових розчинів;

- перетоків води в системі БР - ПЗС шляхом використання неорганічних електролітів і органічних понижувачів фільтрації.

Використання стінок свердловин відіграє допоміжну роль при реалізації обох напрямків.

Аналізом сучасного стану проблеми збереження стінок свердловини в процесі буріння виявлено, що теоретичні уявлення про фізико-хімічні причини руйнування стінок дуже складні і суперечливі.

Складність і суперечливість їх полягає у тому, що науковці цілком логічно кожному фізичному полю, яке діє у системі БР - ПЗС, знаходили відповідне фізико-хімічне явище, яке певним чином впливає на перетоки у цій складній системі (рис. 1). Очевидно, що визначити, яким буде результуючий потік і як на нього ефективно впливати, представляє собою дуже складну проблему для фахівців.

Показано, що уявлення про механізм закріплюючої дії вапна та дії хлористого калію недостатньо обґрунтовані.

Крім того, зазначено, що існуючі способи визначення осмотичних властивостей бурових розчинів довготривалі, не враховують ролі капілярно-пористого середовища гірських порід.

У другому розділі викладена гіпотеза про осмос, який відображає властивість рідини самодовільне рухатись проти градієнту її структурної організованості, тобто у тому напрямку, де рівень СО вищий. Можлива фізична причина осмосу полягає у тому, що здійснення трансляційного стрибка молекули (або структурного елемента) рідини є більш ймовірним у той бік, де її структура більш ущільнена, впорядкована. Можна також явище осмосу пояснити тим, що молекули втягуються у більш ущільнену область рідини дією міжмолекулярних зв'язків внаслідок більшої величини енергії та більшого терміну існування цих зв'язків.

Головною умовою виникнення осмосу є існування тривимірної мережі структурних міжмолекулярних зв'язків у рідині, по якій молекули одержують інформацію про напрямок руху (проти градієнту СО). Не тільки енергетична, але й інформаційна природа осмосу чітко проявляється під час дії позитивних та негативних зворотних зв'язків, які обумовлюють або виникнення високоорганізованих структур, або пониження ступеня організованості у системі.

Розглянуто прояв осмосу в таких фізико-хімічних явищах, як концентраційний, капілярний, термо- та електроосмос. Аналіз цих фізико-хімічних явищ здійснювали із залученням пізнавальних методів синергетики, а саме узагальненого синергетичного принципу, згідно з яким у системі закономірно відбувається самоорганізація речовини та енергії, якщо зовнішня дія викликає порушення стану рівноваги, обумовлює кооперативну (когерентну) поведінку елементів системи і при цьому переважає дія позитивного зворотного зв'язку.

На підставі того, що осмос виконує роль узагальненого фізико-хімічного явища в системі БР-ПЗС, розроблено осмотичну модель руйнування стінок свердловин, яка включає наступні положення:

- вода в системі БР-ПЗС рухається в пори і тріщини гірських порід, де рівень СО вищий;

- згідно з узагальненим синергетичним принципом у привибійній зоні свердловини відбувається самоорганізація речовини та енергії, що призводить до нагромадження напружень;

- коли напруження в масиві гірських порід досягають межі їх міцності, відбувається руйнування стінок.

Рис. 1. - Схема можливих напрямків самодовільного руху води у капілярно-пористому середовищі в залежності від дії різних фізичних полів:

Відомо, що найбільш небезпечними щодо осипання та раптового обтрушування стінок свердловин є інтервали залягання аргілітів. Аргіліти відносять до практично непроникних порід. В той же час відомо, що їх руйнування відбувається швидше і інтенсивніше, якщо показник фільтрації перевищує певну межу. В такому випадку, в чому полягає роль показника фільтрації, якщо породи фільтраційне непроникні, і в чому взагалі особливість аргілітів? Простір аргілітів є тим резервуаром, де нагромаджується тиск у водних прошарках. Навіть в монолітних кристалічних породах, розбитих вертикальними системами тектонічних тріщин, зустрічають горизонтальні напруження, які можуть у 10-20 разів перевищувати напруження від ваги вище розміщених гірських порід. Механізм виникнення таких надвисоких напружень має фізико-хімічну природу. Під час перетинання масиву гірських порід з системою вертикальних тріщин і відповідно надвисоких горизонтальних напружень свердловиною відбувається розширення ствола (рис. 2).

Рис. 2. - Схема осмотичного механізму руйнування стінок свердловини у гірському масиві з превалюючою системою вертикальних тріщин:

Де:

1 - система вертикальних тріщин;

2 - еліпсоподібний контур свердловини;

3 - номінальний контур свердловини;

4 - зона перед руйнування;

Р - високі горизонтальні напруження.

Напруження у водних прошарках системи вертикальних тріщин викликають відрив шматків породи уздовж вісі ОО' і стиснення по осі NN'. Коли свердловина перетинає гірський масив, в якому площина головної системи тріщин або площина нашарування сильно відрізняється від горизонтального або вертикального напрямку, то відбувається утворення жолоба. У зв'язку з тим, що в процесі руйнування стінок свердловин і утворенні переважають фізико-хімічні причини, то для боротьби з ними необхідно застосовувати фізико-хімічні способи. Серед засобів такого роду зниження показника фільтрації, наприклад, призводить до збільшення СО води, гальмування осмотичного перетоку у тріщини аргілітів.

Таким чином зниження показника фільтрації зумовлює підвищення стійкості сланців, які фільтраційні непроникні.

Нами наведені результати вирішальних експериментів (experimenthum crucis) з “негативного” осмосу, здійснених у водному та вуглеводневому середовищах з метою підтвердження гіпотези про осмос. Показано, що результати цих експериментів не можуть бути поясненими на засадах теорії Вант-Гоффа, але логічно витікають з теоретичних положень гіпотези про осмос. Зроблена оцінка адекватності осмотичної моделі руйнування стінок свердловин, яка виявила її цілковиту спроможність. Продуктивність самої гіпотези про осмос додатково підтверджується тим, що на основі нових теоретичних положень можлива реалізація нових технологічних процесів: способу довільного очищення рідин та способу стиснення газів.

У третьому розділі на основі запропонованої осмотичної моделі дана класифікація фізико-хімічних методів збереження стінок свердловин:

1) ізоляція стінки мало- або непроникним шаром (гідрофобізація, цементація, полімерне покриття і т. ін.);

2) підвищення рівня СО води в буровому розчині (підвищення густини, домішування колоїдних та полімерних речовин);

3) зниження рівня СО води в тріщинах і порах гірських порід привибійної зони (домішування неорганічних електролітів в буровий розчин).

В дисертації наведені результати лабораторних досліджень їх властивостей компонентів бурових розчинів. Результати цих досліджень і їх теоретичний аналіз дозволяє зробити наступні висновки:

- з неорганічних компонентів бурового розчину найбільші властивості має гідроксид кальцію, за ним - хлористий калій;

- дія вапна зростає зі збільшенням рН і температури;

- при спільному використанні вапна і органічних колоїдів їх дія посилюється (ефект синергізму).

Показано, що на відміну від моделей, запропонованих В. Вейсом, а потім Дж. Сімпсоном, дія кальцію полягає у хімічній взаємодії з матеріалом стінок свердловини і утворенні в'яжучої речовини. При цьому реакційно активними можуть бути не тільки іони кальцію, але і молекули і навіть колоїдні частинки гідроксиду кальцію.

Проявлення синергетичного ефекту при спільному використанні вапна і сульфоналів можна пояснити наступним чином. Відомо, що при зрощуванні часток гідратів у жорсткий каркас розвиваються кристалізаційні тиски, які обумовлюють зниження міцності структури. Згідно працям П.О. Ребіндера, в присутності нова фаза мінеральної в'яжучої речовини утворюється у аморфній формі внаслідок адсорбційної стабілізації зародкової фази. Це обумовлює високу міцність структури при малій напруженості контактів, які утворюються. Наведені результати досліджень свідчать, що гідроксид кальцію має найвищі властивості серед неорганічних речовин. В лабораторних умовах також досліджено (а в промислових умовах підтверджено), що під час застосування бурових розчинів на основі гідроксиду кальцію внаслідок хімічних процесів утворення в'яжучої речовини переривається гідродинамічний зв'язок між частинами системи БР-ПЗС. Специфіка механізму та високий ступінь дії гідроксиду кальцію дозволяють удосконалити технологію застосування вапняних систем бурових розчинів: вважати необов'язковим використання іонів калію та полімерів, а також від контролю рівнів СО в системі БР-ПЗС. Враховуючи виявлені особливості дії гідроксиду кальцію були розроблені рецептури вапняних бурових чинів, які, на відміну від вітчизняних та зарубіжних аналогів, мають не глинисту, а органічну колоїдну фазу. Застосування органічних колоїдних та твердих частинок надає вапняним буровим розчинам всі необхідні технологічні властивості навіть при повному їх насиченні сіллю і при високих вибійних температурах.

Показано, що дія іонів неорганічних солей полягає в тому, що вони проникають у простір гірських порід привибійної зони і руйнують там високо впорядковану структуру води, гальмуючи тим самим осмотичний потік. Перевага іонів калію (як і цезію, амонію тощо) як інгібіторів осмотичного потоку полягає в тому, що у гідратованому стані їх розмір відносно невеликий і вони здатні проникати у найтонші пори і тріщини гірських порід і захищати їх від надходження води та руйнування.

Відомо, що адсорбція іонів на поверхні мінералів відбувається згідно закону діючих мас, тобто пропорційно концентрації іонів.

Це обумовлювало використання калієвих систем, не забруднених іонами натрію, що призводило до застосування дорогих калієвих лугів замість натрієвих.

Спираючись на запропонований механізм гірських порід іонами калію, наведений вище, можна спростити хімічну обробку калієвих бурових розчинів, оскільки іони калію у тонких тріщинах поза конкуренцією, і "забруднення" розчину іонами натрію не знижує ефекту інгібування. Це підтверджує і повсякденна практика буріння свердловин.

У розвиток осмотичної моделі руйнування стінок свердловин запропоновано використовувати для оцінки осмотичних властивостей бурових розчинів один з структурно-чутливих параметрів рідин - діелектричну проникність.

Те, що зміна структурно-чутливих параметрів - діелектричної проникності і густини - добре корелюють з вимірами осмотичного тиску, можна бачити з результатів, наведених у табл. 1.

Більш впорядкована структура води у розчинах хлористого натрію забезпечує менші величини діелектричної проникності і більші величини густини, а також більше зростання осмотичного тиску при контакті через напівпроникну мембрану з водою, ніж розчини хлористого калію тих же концентрацій.

Таблиця 1. - Залежність структурно-чутливих параметрів водних розчинів від концентрації солей:

За даними табл. 1 були обчислені коефіцієнти кореляції між осмотичним тиском і густиною rp = 0,991 (NаСI) і rp = 0,995 (КСI), а також між осмотичним тиском і діелектричною проникністю - rp = -0,856 (NаСI) і rp = -0,849 (КСI). Оцінки коефіцієнтів кореляції та дані табл.1 вказують на можливість використання діелектричної проникності як параметра, який характеризує рівень СО води. Діелектрична проникність, на відміну від густини, є більш інформативним структурно-чутливим параметром у водних системах з вмістом різних хімічних реагентів.

Згідно осмосу, дія полімерів і органічних колоїдів в системі БР-ПЗС полягає не тільки в адсорбції на поверхні мінералів, а, головним чином, у збільшенні структурної організованості води в буровому розчині.

Таблиця 2. - Діелектрична проникність розчинів органічних полімерів і колоїдів:

Як видно з табл. 2, структурують воду не гірше поліакриламіду або КМЦ-700. Діелектрична проникність не є адитивною величиною у випадку багатокомпонентного бурового розчину. Якщо органічні гідрофільні речовини, а також колоїдні глинисті частинки збільшують структурованість води в буровому розчині, то домішування неорганічних електролітів призводить до загального збільшення діелектричної проникності. Це ще раз демонструє властивість іонів неорганічних солей руйнувати гідратні шари навколо колоїдних частинок. Під час розробки рецептури бурового розчину параметр діелектричної проникності допомагає підібрати оптимальне співвідношення органічних і неорганічних речовин.

На основі результатів вимірювань діелектричної проникності розчинів органічних колоїдів, полімерів і неорганічних солей, а також їх композицій була розроблена рецептура високого бурового розчину і запропонована для впровадження у промислових умовах. На підставі того, що вода у тонких порах і тріщинах має діелектричну проникність 4, а в бурових розчинах неможливо понизити діелектричну проникність до рівня 10 без втрат технологічних властивостей, нами зроблено висновок, що вода в системі БР - ПЗС буде завжди самовільно надходити у привибійну зону, коли гірські породи представлені глинами або аргілітами.

У четвертому розділі наведені результати впровадження високо бурових розчинів двох типів - вапняного, розроблених з урахуванням запропонованих теоретичних концепцій про фізико-хімічні методи збереження стійкості стінок свердловин.

Вапняний буровий розчин застосовувався під час буріння надглибокої свердловини 800 Шебелинської в інтервалі 1360-3788 м., де мали місце несумісні умови буріння. Внаслідок впровадження наших рекомендацій буріння було проведено без аварій і спуску додаткової обсадної колони.

В екологічно чистому варіанті вапняний буровий розчин застосовувався на шельфі Баренцевого моря, де внаслідок нестійкості стінок свердловини не добурювались до проектної глибини. Завдяки властивостям вапняного бурового розчину з'явилась можливість не тільки доводити свердловини до проектної глибини, але й здійснювати їх консервацію протягом багатьох місяців без втрати пробуреного інтервалу, не перекритого колоною. Буріння свердловин на Пролетарському ПСГ показало, що вапняний буровий розчин зберігає проникність продуктивних пластів під час первинного розкриття і кріплення свердловин.

В даний час для буріння практично всіх глибоких свердловин на газ у ДД запроектовано застосування бурового розчину. Широке впровадження бурового розчину під час буріння свердловин у відкладеннях карбону дозволило знизити ступінь корозії ствола, а також витрати на хімічну обробку бурових розчинів. Так, тільки по Полтавському ВБР протягом 1998 - 1999 рр. одержано прибуток у розмірі 332,9 тис. грн. Під час застосування гуманно бурового розчину проводили також контроль за параметром діелектричної проникності.

ВИСНОВКИ

1. Запропонована гіпотеза про осмос, який відображає властивість рідини (розчинника) самовільно рухатись проти градієнту структурної організованості. Теоретичний аналіз фізико-хімічних явищ (концентраційний, капілярний, електро- та термоосмос, капілярне підняття тощо) і результати вирішальних експериментів з "негативного" осмосу свідчать про те, що самодовільний рух рідини відбувається відповідно з гіпотезою про осмос.

2. На підставі того, що осмос виконує роль узагальненого фізико-хімічного явища в системі буровий розчин - привибійна зона свердловини, розроблено осмотичну модель руйнування стінок свердловин, яка включає наступні положення:

- вода в системі буровий розчин - привибійна зона свердловини рухається в пори і тріщини гірських порід, де рівень структурної організованості є вищий;

- згідно з узагальненим синергетичним принципом у привибійній зоні свердловини відбувається самоорганізація речовини і енергії, що призводить до нагромадження напружень;

- коли напруження у масиві гірських порід дорівнюють межі їх міцності, тоді наступає руйнування стінок.

Оцінка адекватності осмотичної моделі руйнування стінок свердловин показала, що вона відповідає прийнятим у науці вимогам.

3. На основі проведених лабораторних досліджень встановлено, що параметр діелектричної проникності водних розчинів добре корелює з їх осмотичними тисками і може застосовуватись для визначення рівнів структурної організованості у системі буровий розчин - привибійна зона свердловини і складання рецептур високо бурових розчинів.

4. В результаті лабораторних досліджень визначено, що з неорганічних компонентів бурового розчину найбільші властивості має гідроксид кальцію, за ним - хлористий калій. При спільному використанні гідроксиду кальцію та хлористого калію з органічними колоїдами - дія посилюється (ефект синергізму).

5. Запропоновані несуперечливі пояснення механізмів дії гідроксиду кальцію та хлористого калію:

- молекули і колоїдні частинки гідроксиду кальцію утворюють з алюмінатами та силікатами гірських порід в'яжучу речовину, яка заповнює пори та тріщини і закріплює стінки свердловини;

- іони калію завдяки тому, що у гідратованій формі мають менший ніж інші катіони розмір, проникають у найтонші пори і тріщини гірських порід, руйнують там високо впорядковану структуру води, гальмуючи тим самим осмотичний потік.

6. Розроблені, досліджені в лабораторних умовах і впроваджені під час буріння свердловин рецептури вапняного бурового розчину. В результаті впровадження вапняного бурового розчину виявлено:

- вапняний буровий розчин можна охарактеризувати як систему для буріння, коли в одному розрізі зустрічаються несумісні пласти - теригенні, хемогенні, з аномально низькими пластовими тисками, чутливі до водного середовища;

- рецептури вапняного бурового розчину на основі органічної колоїдної фази витримують дію високих вибійних температур (до 150⁰С) без ускладнень при регулюванні технологічних параметрів;

- ізоляція продуктивних пластів непроникним шаром забезпечує повне збереження колекторських властивостей на стадії первинного розкриття і кріплення свердловини;

- рецептура вапняного бурового розчину не потребує використання імпортних хімічних реагентів, а також нафти і токсичних речовин, що дозволяє характеризувати його як екологічно безпечний.

7. В результаті впровадження бурового розчину виявлено, що у порівнянні з базовим буровим розчином зростає стійкість стінок свердловин і зменшуються витрати на хімічну обробку бурових розчинів, а рецептура бурового розчину може включати хімічні реагенти тільки вітчизняного виробництва і призначена для широкого застосування на родовищах ДД.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ У ПРАЦЯХ:

1. Васильченко А.А. Буровые растворы. Сорок лет работы лаборатории // Питання розвитку газової промисловості України. Вип. ХХVI (ювілейний - до 40 - річчя УкрНДІгазу). - Харків: УкрНДІгаз, 1999. - С. 154-157.

2. Васильченко А.А. Напряжённое состояние горных пород и устойчивость стенок скважины // Нефтяная и газовая пром-сть. - 1987. - №2. - С. 25-27.

3. Васильченко А.А. Новая технология вскрытия продуктивных пластов и заканчивания скважин // Нефтяник. - 1994. - №3. - С. 41.

4. Васильченко А.А. Основные положения теории самопроизвольного движения жидкостей // Питання розвитку газової промисловості України. Вип. ХХVI (ювілейний - до 40 - річчя УкрНДІгазу). - УкрНДІгаз: Харків, 1999. - С. 154-157.

5. Васильченко А.А. О роли энтропоосмоса в образовании аномально высоких давлений // Азерб. нефт. хозяйство. - 1987. - №9. - С. 16-17.

6. Васильченко А.А. Пути повышения устойчивости стенок скважин // Газовая пром-сть. - 1984. - №12. - С. 27-28.

7. Васильченко А.А. Физико-химические процессы и самоорганизация вещества и энергии в геологических системах // Питання розвитку газової промисловості України. - УкрНДІгаз: Харків, 1998 р. Випуск ХХVІ. - с. 23.

8. Васильченко А.А. Физико-химические процессы в системе буровой раствор - призабойная зона скважины и способы управления ими / ЭИ Газовая промышленность, сер.: Геология, бурение и разработка газовых месторождений. - ВНИИЭгазпром. - 1983. - №12. - С. 10-13.

9. Васильченко А.О. Ентропія, осмос і осмос, або Чому руйнуються стінки свердловин ? // Нафтова і газова пром - сть. - 1995. - №4. - С. 26-28.

10. Васильченко А.О., Локтєв С.В., Боровик М.В., Яремійчук Я.С., Филь В.Г., Андрусяк А.М. Захист стінок свердловини. Перегляд ролі реагентів // Нафт. і газова пром-сть. - 1998. -№3. - С. 18-20.

11. Васильченко А.О., Фільов В.М., Филь В.Г., Hагієв А.Г. Досвід буріння надглибокої св. 800 Шебелинська у складних гірнично-геологічних умовах // Hафтова і газова пром-сть. - 1995. - №1. - С. 26-27.

12. Кулагин П.Г., Васильченко А.А., Саломатина Е.В. Известковые буровые растворы для укрепления стенок скважины // Газовая пром-сть. - 1985. - №2. - С. 19. свердловина гірничий геологічний

13. Известковый буровой раствор Пат. РФ 1211274 РФ, МПК6 С 09 К 7/02. / П.Г. Кулагин, А.А. Васильченко, Е.В. Саломатина. (Украина). - №356977, Заявлено 26.01.83, Опубл. 06.08. 1985. Бюл. №24. - 4 с.

14. Мінералізований буровий розчин: Декл. пат. 29756 А України, МПК6 С 09К 7.02. / А.О. Васильченко, М.В. Боровик, Я.С. Яремійчук (Україна). - №97052294, Заявлено19.05.97: Опубл.15.11.2000, Бюл. №6-11. - 3 с.

15. Спосіб визначення осмотичної активності бурових розчинів: Декл. пат. 29773 А України, МПК6 С 09К 7/00, Е 21В 21/00./ А.О.Васильченко, С.В. Локтєв, М.В. Боровик, Я.С. Яремійчук, В.Г. Филь (Україна). - №97062886, Заявлено 18.06.97, Опубл. 15.11.2000, Бюл. №6-11. - 4 с.

16. Устройство для самопроизвольной очистки воды от растворенных в ней солей: Пат. 2106187 РФ, МПК6 В 01 Д 61/00 / А.А.Васильченко (Украина). - №4812056/25, Заявлено 09.04.90, Опубл.10.03.98, Бюл. №7. - 5 с.

Размещено на Allbest.ru