1
AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA
WYDZIAŁ WIERTNICTWA, NAFTY I GAZU
ROZPRAWA DOKTORSKA
STRESZCZENIE
OPRACOWANIE NOWYCH RECEPTUR PŁUCZEK MRÓWCZANOWYCH W ASPEKCIE OGRANICZENIA USZKODZENIA STREFY PRZYOTWOROWEJ
Maciej Stec
Promotor:
prof. dr hab. inż. Danuta Bielewicz
Efektywne udostępnienie złoża planuje się już na etapie projektowania prac wiertniczych. Wiąże się to z wyborem odpowiedniego płynu wiertniczego, który będzie użyty do dowiercania poziomu perspektywicznego. Aby zminimalizować szkodliwy wpływ płynu wiertniczego na przepuszczalność skały zbiornikowej, do dowiercania złóż, używa się płuczek typu drill-in fluid. Praca obejmuje analizę dotychczasowego stanu wiedzy w zakresie uszkodzenia strefy przyotworowej oraz przegląd płynów wiertniczych stosowanych do dowiercania, w tym płuczek na bazie soli mrówczanowych. Zasadniczą częścią pracy jest opis przeprowadzonych badań
nad zastosowaniem nowosyntezowanych polimerów w technologii płuczek na bazie
mrówczanów, w celu zminimalizowania wpływu płuczki na pierwotną przepuszczalność złoża.
W pierwszym rozdziale opisano mechanizmy uszkodzenia strefy przyotworowej, skupiając się na czynnikach mechanicznych, takich jak migracja koloidalnych cząstek stałych, inwazja fazy stałej pochodzącej z płynów wiertniczych, przechwycenie i uwięzienie fazy płynnej w porach, działanie mechaniczne elementów przewodu wiertniczego, perforacja rur okładzinowych, uszkodzenia spowodowane właściwościami geomechanicznymi skał oraz
2
oddziaływaniem materiału podsadzkowego. Opisano również czynniki biologiczne i fizykochemiczne, takie jak interakcje skały i płynu złożowego z płynem wiertniczym. W rozdziale zwrócono również uwagę na termiczne przyczyny uszkodzenia złoża.
Rozdział drugi przedstawia charakterystykę stosowanych dotychczas płuczek typu drill-in fluids wiodących firm płuczkowych. W rozdziale opisano płuczki na osnowie soli mrówczanowych, w tym wpływ tych płuczek oraz ich komponentów na uszkodzenie strefy przyotworowej. Szczególną uwagę zwrócono na uszkodzenia wynikające z adsorpcji polimerów długołańcuchowych w porach skały.
W trzecim rozdziale opisano metodykę przeprowadzonych badań oraz opisano materiały użyte w badaniach. Wymieniono również jednostki naukowe oraz firmy, z którymi współpracowano przy prowadzeniu badań.
W rozdziale czwartym zamieszczono wyniki badań laboratoryjnych nad przydatnością ośmiu nowych polimerów w płuczkach wiertniczych. Większość z nich została opracowana i zsyntezowana w laboratorium Katedry Wiertnictwa, Wydziału Wiertnictwa, Nafty i Gazu. W dalszej fazie badań opracowano i przetestowano receptury płuczek wiertniczych z udziałem nowych polimerów. Badano parametry technologiczne płynów, w tym gęstość, lepkość plastyczną i pozorną, granicę płynięcia, wytrzymałość strukturalną, pH, właściwości filtracyjne i inhibicyjne. Na podstawie przeprowadzonych badań wstępnych do dalszych testów wytypowano niskocząsteczkową poliwinyloaminę (polimer S006). Na bazie polimeru S006 i mrówczanu potasu opracowano recepturę płynu, który jest alternatywą dla płuczki mrówczanowej wg receptury wiodącej firmy płuczkowej. Porównano parametry technologiczne opracowanej płuczki i płuczki wzorcowej. Ostatnim etapem badań było przeprowadzenie testu na uszkodzenie strefy przyotworowej. Badania wykazały, opracowana płuczka wykazała znacznie mniejsze uszkodzenie strefy przyotworowej w porównaniu z płynem wiodącej firmy płuczkowej.
Podsumowanie wyników badań zamieszczono w rozdziale piątym pracy. Opisano działanie wszystkich testowanych polimerów, podając możliwe zastosowanie w technologii płynów wiertniczych. Zwrócono uwagę na niskocząsteczkową poliwinyloaminę jako zamiennik dla polimerów długołańcuchowych.
3
Ostatni rozdział pracy zawiera wnioski końcowe. Przeprowadzone badania pokazały, że opracowana płuczka na bazie niskocząsteczkowej poliwinyloaminy i mrówczanu potasu zapewniają skuteczną ochronę strefy przyotworowej i może znaleźć zastosowanie w przemyśle naftowym, jako alternatywa dla innych płuczek typu drill-in fluids.
1
AGH UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
FACULTY OF DRILLING, OIL AND GAS
DOCTORAL DISSERTATION
ABSTRACT
DEVELOPING NEW FORMULATIONS OF FORMATE BASED MUDS IN THE ASPECT OF LIMITING THE FORMATION DAMAGE
Maciej Stec
Supervisor:
prof. dr hab. inż. Danuta Bielewicz
Efficient drilling-in through the deposit is already planned at the design stage of the drilling operations. It involves choosing the right drilling fluid to be used for this process. In order to minimize the harmful effect of drilling fluid on the permeability of the reservoir rock, special drill-in fluid is used.
The dissertation includes an analysis of the current state of the art in the area of formation damage mechanisms and a review of drilling fluids used for drilling-in, including muds based on formate salts. The fundamental part of dissertation includes presentation of the results of research on the use of new-synthesized polymers in the technology of formate-based muds, in order to minimize effect of the mud on initial reservoir permeability.
The first chapter describes the mechanisms of damage to the production zone, focusing on mechanical factors such as colloidal particles migration, solid phase invasion from drilling fluids, interception and capturing of liquid phase in pores, mechanical action of drilling string elements, perforation of casing, geomechanical properties of rocks and the impact of the proppant material. Biological and physicochemical factors such as rock and formation fluid interactions versus
2
drilling fluid have also been described. The chapter highlights the thermal causes of formation damage as well.
The second chapter shows the characteristics of drill-in fluids used by leading mud companies. This section describes drilling muds based on the formate salt, including the impact of these fluids and their components on the damage to the pay zone. Particular attention has been paid to the damage involving the adsorption of long chain polymers in the pores of the rock.
The third chapter describes the methodology of the research conducted and lists the materials used for the tests. Also listed are research institutions and companies that have collaborated on research into the applying of new polymers in the technology of formate based drilling fluids.
In Chapter four, the results of laboratory tests on the possible application of eight new polymers in drilling fluids technology are presented. Most of them were developed and synthesized in the laboratory of the Drilling Department, Faculty of Drilling, Oil and Gas. In the further phase of the research, the formulations of drilling muds with new polymers were developed and tested. Fluid technological parameters, including density, plastic viscosity and apparent viscosity, yield point, gel strength, pH, filtration and inhibitive properties were checked. On the basis of the preliminary research low-molecular-weight polyvinylamine (S006 polymer) was selected for further testing. Based on polymer S006 and potassium formate salt, a drilling fluid’s formulation was developed that proved to be an alternative to formate based mud according to the formulation of the leading mud company. The technological parameters of the test mud and the sample mud were compared. The last stage of the study was a test for formation damage caused to the production zone by a test mud. Research has shown that the test mud caused minimal formation damage to the production zone compared to the fluid of the leading mud company.
A summary of the results is given in the fifth chapter. The acting of all tested polymers has been described, giving a possible use in the drilling fluids technology. Attention has been paid to the low-molecular-weight polyvinylamine as a substitute for long chain polymers.
The final chapter of the dissertation contains conclusions. Studies have shown that the developed low-molecular-weight polyvinylamine and potassium formate based mud provides
3
effective protection for the production zone and can be used in the petroleum industry as an alternative to other drill-in fluids.
