Badania laboratoryjne nad doborem środków przeciwakrecyjnych do płuczek wiertniczych

Abstract

Podczas wiercenia otworów w formacjach łupkowych bardzo często występują poważne problemy związane z niestabilnością otworu wiertniczego. Większość z nich nie wynika z niskiej wytrzymałości mechanicznej przewiercanych skał, ale z ich chemicznie reaktywnego charakteru. Reaktywne skały ilasto-łupkowe pod wpływem płuczek wodnodyspersyjnych ulegają hydratacji. Uwodnione zwierciny przywierają do powierzchni świdra i metalowych części przewodu wiertniczego (rury płuczkowe, obciążniki), tworząc w ten sposób plastyczną mieszaninę, która przeciwdziała bezpośredniemu stykaniu się części wiercącej świdra z powierzchnią urabianej skały. Nadmierny wzrost zawartości rozmokniętej ilastej mieszaniny plastycznej na świdrze i przewodzie wiertniczym wpływa na proces wiercenia poprzez zwiększenie momentu obrotowego. W wyniku zwiększonego oporu może nastąpić przychwycenie przewodu, pogorszenie wskaźników hydraulicznych, co wpływa na zmniejszenie prędkości wiercenia otworu (ROP). W artykule przedstawiono badania nad doborem i wdrożeniem dodatku do wodnodyspersyjnych płuczek wiertniczych nowego rodzaju środka przeciwakrecyjnego zapobiegającego oblepianiu świdra i akrecji zwiercin na przewodzie wiertniczym. Badania skuteczności doboru środków do płuczek wiertniczych były prowadzone według założonej i opracowanej charakterystycznej metodologii badania, uwzględniającej wpływ poszczególnych czynników na zredukowanie zjawiska akrecji. Przeprowadzono szereg testów akrecyjnych określających wpływ rodzaju przewiercanej skały, czasu ekspozycji zwiercin na działanie płuczki, wpływ wielkości powstających zwiercin oraz występującego mechanicznego obciążenia na zjawisko akrecji. Badania doboru środków przeciwakrecyjnych prowadzono na próbkach skał odkrywkowych w środowisku wodnodyspersyjnych płuczek wiertniczych. Uzyskane wyniki zostały poddane analizie, umożliwiającej opracowanie składu środka przeciwakrecyjnego, który może być wykorzystywany jako dodatek do wodnodyspersyjnych płuczek wiertniczych zapobiegający oblepianiu świdra i akrecji zwiercin. Zastosowanie opracowanego środka do płuczek otworowych pozwoliło na ponad 90-procentowe zredukowanie akrecji zwiercin w porównaniu do płuczek bez dodatku tego typu środków. W badaniach potwierdzono także jego znacznie wyższą efektywność w stosunku do obecnie stosowanego w polskim wiertnictwie środka do zapobiegania oblepianiu świdra. Słowa kluczowe: płuczka wodnodyspersyjna, akrecja zwiercin, oblepianie świdra, skały ilasto-łupkowe. ABSTRACT: In the course of borehole drilling through shale formations very often there are serious problems associated with the instability of the borehole. Most of these problems do not result from the low mechanical strength of the drilled rocks, but from the chemically reactive nature of the rocks. Reactive shale-clay rocks are hydrated under the influence of water-based drilling muds. Hydrated cuttings at the bottom of the borehole adhere to the surface of the bit and metal parts of the drill string (drill pipes, drill collars), forming a plastic mixture that prevents di...