Висамбиев И.С.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НАНОМАТЕРИАЛОВ В БУРОВЫХ РАСТВОРАХ НА ВОДНОЙ ОСНОВЕ *
Аннотация:
в статье рассматривается применение наноматериалов для улучшения свойств буровых растворов на водной основе. Особое внимание уделено их роли в составе высокоингибирующих растворов (HPWBM), а также результатам полевых испытаний, подтверждающим эффективность таких композитных систем.
Ключевые слова:
буровой раствор, биополимеры, наночастицы, бурение скважин
Буровой раствор играет ключевую роль в процессе бурения нефтяных скважин. Он обеспечивает транспортировку выбуренной породы, охлаждение и смазку бурового инструмента, а также стабилизацию стенок скважины. Особенно важна его эффективность при роторном бурении, где раствор непрерывно циркулирует по бурильной колонне и стволу скважины.На сегодняшний день водные буровые растворы (WBM) остаются одними из самых востребованных в нефтегазовой промышленности. Их популярность объясняется низкой стоимостью, простотой приготовления и экологичностью. Как правило, такие растворы состоят из воды, глинистых материалов и различных химических добавок, определяющих их свойства.Однако не менее важным является правильный выбор этих добавок. Растворы на углеводородной основе (РУО) обладают высокой термической стабильностью и хорошими ингибирующими свойствами, но их применение связано с экологическими рисками и высокими затратами. Поэтому всё большее внимание уделяется разработке более безопасных и экономически эффективных альтернатив.Одним из таких решений стали высокоингибирующие буровые растворы на водной основе (HPWBM). Они способны имитировать свойства РУО и обеспечивать высокую производительность при значительно меньшем экологическом воздействии. Такие растворы включают специально подобранные биополимеры и наноматериалы, улучшающие ингибирующие и реологические характеристики.Тем не менее, не все системы HPWBM пока могут полностью заменить РУО, особенно в условиях сложного бурения. В ответ на ужесточающиеся экологические нормы и требования к утилизации шлама, отрасль продолжает активные исследования и разработки, направленные на совершенствование буровых растворов на водной основе.Роль наноматериалов в HPWBM.Наноматериалы, представляющие собой частицы размером от 1 до 100 нанометров, активно применяются в различных отраслях, включая нефтегазовую промышленность. В составе буровых растворов они выполняют важные функции: повышают устойчивость стенок скважины, снижают потери фильтрата и улучшают реологические характеристики системы.Благодаря высокой удельной площади поверхности наночастицы эффективно уменьшают трение между бурильной колонной и стенками скважины, снижая крутящий момент и риск прихвата инструмента. Особенно важным является то, что такие частицы сохраняют свою эффективность в условиях высоких температур и давлений (АВПД), характерных для глубоких скважин.В качестве модифицирующих добавок в водные буровые растворы используются различные типы наноматериалов: оксид графена, графеновые нанопластинки, оксиды титана и алюминия, углеродные нанотрубки и другие. Их применение значительно улучшает физико-химические свойства раствора. Например, графеновые наночастицы формируют плотный, непроницаемый барьер, эффективно ограничивая потери фильтрата и укрепляя стенки скважины [1].Помимо этого, многие наночастицы обладают смазывающими свойствами, что дополнительно снижает трение между бурильными трубами и породой. Это особенно важно при бурении в сложных условиях, таких как наклонно-направленные и горизонтальные скважины.На рисунке 1 показано сравнение площади поверхности наночастиц и макрочастиц, что наглядно демонстрирует, почему наноматериалы обладают такими высокими эксплуатационными характеристиками.Рисунок 1. Сравнение площади поверхности наночастицс объемным материалом. Применение полимеров в сочетании с наночастицами в водных буровых растворах позволяет значительно улучшить их эксплуатационные характеристики. Например, системы на основе диоксида титана и полиакриламида (TiO₂/ПАМ) демонстрируют заметное снижение потерь фильтрата, уменьшение толщины фильтрационного осадка и одновременное улучшение реологических свойств раствора [2].Сходные результаты получены при использовании акриловых нанокомпозитов с диоксидом кремния (SiO₂). Эти материалы обеспечивают повышение термической стабильности буровых растворов, что особенно важно при бурении в условиях высоких температур [3].Результаты различных исследований подтверждают: синтезированные нанокомпозитные системы не только улучшают реологию и смазывающие свойства растворов, но и эффективно снижают фильтрационные потери. Это делает их перспективными добавками для бурения в сложных геологических условиях.Наиболее распространённые типы наночастиц, обладающие потенциалом применения в составе буровых растворов, приведены в таблице 1.Таблица 1. Применение наночастиц в буровых растворах.Полевые применения высокопроизводительных буровых растворов.За последние 15 лет наблюдается устойчивый рост спроса на буровые растворы на водной основе (WBM). Это связано как с ужесточением экологических требований, так и с экономическими вызовами, особенно в морском бурении. В связи с этим операторы и подрядчики стремятся заменить инвертные эмульсионные растворы (на углеводородной основе) более экологичными и стабильными системами на водной основе.Однако традиционные WBM имеют ряд серьёзных ограничений: склонность к размыву стенок скважин, плохая очистка от шлама, повышенный риск прихвата инструмента, зашламление и неспособность эффективно удерживать твёрдые частицы во взвешенном состоянии.Решением этих проблем стало внедрение высокоингибирующих буровых растворов на водной основе (HPWBM). Эти системы успешно применялись при бурении нестабильных и высокотемпературных скважин, в том числе в сложных геологических условиях Китая. HPWBM продемонстрировали улучшенные фильтрационные и реологические свойства, высокую скорость бурения и пониженное воздействие на окружающую среду.Благодаря применению HPWBM стало возможным эффективно бурить скважины с риском индуцированных потерь и нестабильных пород без значительных простоев. В Южном Китае эта технология доказала свою эффективность при бурении глубоководных скважин, превзойдя по показателям традиционные растворы на углеводородной основе.Для дальнейшего повышения производительности был разработан усовершенствованный состав HPWBM, способный закрыть технологический разрыв между традиционными WBM и РУО. Полевые испытания в осложнённых условиях, включая глубоководные скважины и участки на континентальном шельфе, подтвердили его высокую эффективность.Кроме того, при разведочном бурении на газ применялся биополимер склероглюкан. Он показал хорошую термическую и солевую стабильность, сохраняя функциональность до температуры 80 °C, что делает его перспективным компонентом для водных буровых систем.
Номер журнала Вестник науки №5 (86) том 4
Ссылка для цитирования:
Висамбиев И.С. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НАНОМАТЕРИАЛОВ В БУРОВЫХ РАСТВОРАХ НА ВОДНОЙ ОСНОВЕ // Вестник науки №5 (86) том 4. С. 2256 - 2262. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/23557 (дата обращения: 20.07.2025 г.)
Вестник науки © 2025. 16+