Российские физики улучшили буровые растворы для промывки нефтескважин
Сотрудники Сибирского федерального университета вместе с российскими коллегами изучили, как добавление разных наночастиц влияет на свойства буровых растворов, которые используются в нефтегазовой промышленности для промывки скважин. Работа проходила в рамках проекта, поддержанного грантом Российского научного фонда, а ее результаты были опубликованы в журнале Journal of Petroleum Science and Engineering.
Наносуспензии – это смеси, в которых наночастицы распределены по всему объему жидкости. Наночастицы в силу своих малых размеров имеют ряд свойств, которые отсутствуют у суспензий с макро- и микроскопическими добавками (в наносуспензиях параметры зависят от размеров и материала наночастиц и значительно изменяются уже при небольших их концентрациях). Поэтому их широко используют в разных областях производства, в том числе в технологиях разработки и эксплуатации нефтегазовых месторождений.
Авторы исследования изучают, как наночастицы различного размера и материала влияют на характеристики буровых растворов и эффективность выноса шлама (выбуренная порода) из вертикальной скважины. Ученые исследовали полученные растворы с помощью численного моделирования и обнаружили, что добавка в них наночастиц существенно сказывается на качестве промывки скважины. Такие растворы способствуют лучшему выносу шлама при бурении, а также влияют на перепад давления в скважине.
«Показано, что добавка наночастиц в буровой раствор приводит к повышению эффективности выноса шлама на 17–19% и уменьшению средней скорости проскальзывания частиц шлама в 1,6–1,8 раза», – рассказала Евгения Михиенкова, один из авторов статьи, старший преподаватель кафедры бурения нефтяных и газовых скважин Института нефти и газа Сибирского федерального университета.
Исследователи провели обширное экспериментальное исследование влияния добавки наночастиц на свойства буровых растворов. В результате удалось выяснить, что добавки наночастиц могут значительно менять такие свойства буровых растворов, как вязкость, пластичность и эластичность. При этом плотность бурового раствора практически не меняется. Для такого же увеличения вязкости с помощью микрочастиц требуется более чем десятикратное увеличение концентрации, что неизбежно влечет за собой увеличение плотности бурового раствора, а это не всегда возможно по причине потери устойчивости ствола скважины.
«Совершенно очевидно, что полученные за это время результаты являются далеко не оптимальными. Наверняка можно подобрать такие параметры наночастиц, при которых эти результаты будут еще выше. Это открывает широкую перспективу применения наночастиц для управления характеристиками буровых растворов», – добавил Андрей Минаков, один из авторов статьи, руководитель проекта, кандидат физико-математических наук, заместитель директора по науке Института нефти и газа Сибирского федерального университета.
Авторы отмечают, что в дальнейшем они планируют провести комплексные расчетно-экспериментальные исследования влияния наночастиц на свойства буровых растворов в условиях бурения многолетнемерзлых пород, что очень актуально для сибирского региона.