О пользе этиленгликоля в буровых растворах

При добыче углеводородов буровые жидкости помогают сохранять скважины в рабочем состоянии. Растворы с этиленгликолем – решение, которое может быть востребовано при работе со сложными грунтами. Мы изучили отечественные и зарубежные наработки и расскажем самое главное и актуальное о том, чем МЭГ полезен в бурении.

Уникальные свойства этиленгликоля востребованы в производстве антифризов, упаковочного пластика, полиэфирных нитей. В нефтегазовой отрасли для осушки добытого газа перед его транспортировкой по трубам широко используют диэтиленгликоль и триэтиленгликоль. Мы нашли еще одну перспективную сферу применения этиленгликоля в нефтегазовой отрасли.

Чем полезны буровые растворы и из чего они состоят?

Функции буровых растворов разнообразны. Перечислим основные:

• создают давление на пласт для лучшего бурения;
• охлаждают и смазывают узлы буровой установки для меньшего износа;
• удаляют измельченный материал (шлам) из скважины;
• укрепляют стенки скважин, предотвращая обрушение грунта.

Буровые растворы используют с первой половины XIX века. Первой жидкостью для бурения стала обычная вода, с помощью которой бурильщики вымывали шлам из скважин.

В силу выполнения особенных функций растворы для бурения должны быть плотными, вязкими и хорошо растворимыми, обладающими низкой коррозионной активностью. Основой растворов обычно выступает вода, при этом перечень остальных компонентов может быть самым разнообразным. Их выбор зависит от особенностей грунта, глубины скважины и климатических условий. Чаще всего буровые растворы содержат глину, соли, полимеры, соду, ингибиторы коррозии, хлорид калия, а также реагенты для улучшения конкретных свойств технической жидкости.

Раствор закачивают в скважину и обеспечивают его циркуляцию между буровым долотом к ситу, на котором оседает шлам, и в обратном направлении.

Как работает этиленгликоль в растворах для сложного грунта?

Этиленгликоль пока не входит в список распространенных компонентов, из которых производятся буровые жидкости. Между тем его применение может улучшить добычу углеводородов из многолетнемерзлых горных пород в Приполярье и Заполярье, куда постепенно смещается основная газо- и нефтедобыча в РФ. Главный российский источник данных по этой теме – работа группы ученых Сибирского федерального университета, опубликованная в 2019 году, в которой исследуются свойства полимерных буровых растворов на основе смеси этиленгликоль-вода.

Ученые исходят из проблематики растепления многолетнемерзлых пород при бурении. Растепленный грунт обладает низкой устойчивостью, что создает угрозу деформации и обвала стенок скважины. Наибольшие риски, связанные с растеплением, авторы исследования видят на скважинах Ямбургского и Ванкорского месторождений.

Ямбургское нефтегазоконденсатное месторождение, расположенное в Ямало-Ненецком АО, относится к категории супергигантских и входит в топ-5 месторождений мира по запасам газа. Разработка Ванкорского нефтегазового месторождения в Красноярском крае с извлекаемыми запасами свыше 500 млн тонн нефти – приоритетный проект компании «Роснефть».

Стоимость строительства скважины в условиях многолетнемерзлых горных пород достигает сотен миллионов рублей, поэтому разработка мероприятий по купированию последствий растепления грунтов представляется важной задачей. По мнению ученых, с ее решением справятся полимерные растворы на основе смеси воды и этиленгликоля, так как они обладают низкой температурой замерзания и теплопроводностью, оптимальными реологическими свойствами (текучесть и вязкость). В качестве добавок в экспериментах использовались биополимеры, технический крахмал и другие вещества.

Изучив свойства бурового раствора с разным содержанием этиленгликоля, ученые пришли к следующим выводам.

• Добавка этиленгликоля приводит к значительному ингибированию (подавлению, торможению) набухания глины. При 50%-ной концентрации
• этиленгликоля степень набухания снижается в три раза по сравнению с другими растворами.
• При 65%-ной концентрации этиленгликоля в буровой жидкости стенки скважины получают на 60% меньше тепла, передаваемого от раствора. Это важно для снижения процесса растепления многолетнемерзлых пород.
• Этиленгликоль вплоть до 65%-ной концентрации не ухудшает реологических свойств буровой жидкости, а при более высоких концентрациях эффективная и пластическая вязкость раствора увеличивается.

Ученые показали возможность управления ключевыми характеристиками буровых растворов с помощью введения этиленгликоля в разных концентрациях. В открытых данных нет упоминаний о том, что российские нефтяники используют буровые растворы с этиленгликолем, однако это не значит, что они этого не делают.

Как показал себя этиленгликоль при бурении в условиях морозов и на горизонтальных скважинах?

Состав буровой жидкости с этиленгликолем может быть разнообразным. Так, в исследовании китайских ученых о применении сверхнизкотемпературной буровой жидкости в условиях Арктики вместе с этиленгликолем применяют хлорид натрия. Исследование опубликовано в японском журнале Polar Science в 2021 году.

Ученые исходили из того, что буровой раствор для условий вечной мерзлоты должен обладать хорошей реологией при сверхнизких температурах, а также ингибировать образование гидратов (кристаллов, которые образуются при взаимодействии воды и газа при низких температурах). Идеальной жидкостью стал раствор этиленгликоля и хлорида натрия с добавками. Он обладает отличной сверхнизкотемпературной реологией с температурой замерзания -32 ° C. Его низкая теплопроводность предотвращает растепление разбуренной породы.

Раствор эффективно подавляет гидратообразование и безвреден для окружающей среды. «Буровой раствор, разработанный в рамках этого исследования, может обеспечить техническую поддержку бурения при сверхнизкой температуре в условиях вечной мерзлоты Арктики», – отмечают авторы исследования.

Ученые из КНР активно исследуют жидкости для бурения с добавлением этиленгликоля не только в условиях Арктики. В начале прошлого десятилетия в Китае изучали применение растворов с этиленгликолем на горизонтальных скважинах одного из крупнейших местных месторождений.

Согласно доступным данным из исследования лабораторный эксперимент и полевые испытания показали, что буровой раствор с этиленгликолем стабилен по реологическим свойствам и может эффективно очищать ствол скважины от шлама и оказывать смазывающее действие. Ученые полагают, что применение такого раствора снизит затраты на утилизацию загрязненного нефтью бурового шлама.

При создании горизонтальных скважин бурение ведется с наклоном не менее 80 градусов. Горизонтальный метод используется как альтернативный метод бурения нефтяных и газовых скважин в ситуациях, когда вертикальные скважины невозможны или форма пласта труднодоступна.

Перспективы применения этиленгликоля в буровых растворах

Россия и Китай – далеко не единственные страны, в которых проводят испытания буровых растворов с этиленгликолем. В сети также доступна статья исследователей из Нигерии на эту тему (Нигерия входит в топ-10 стран по разведанным запасам нефти). Косвенные данные позволяют сделать вывод, что американские нефтяники применяли или применяют буровые растворы с этиленгликолем и пропиленгликолем для добычи сланцевой нефти. Также встречаются упоминания, что для добычи нефти на шельфе Северного моря в конце прошлого века использовали гликоли.

По нашему мнению, буровые смеси с этиленгликолем будут востребованы в нашей стране по мере смещения добычи на трудноизвлекаемые запасы (ТРИЗ) углеводородов. Около трети всей российской нефти относится к ТРИЗ и значение подобных месторождений будет расти по мере исчерпания запасов «легкой» нефти. Свойства, которыми этиленгликоль наделяет жидкости для бурения, соответствуют условиям работы с многолетнемерзлыми горными породами и в полярных регионах.