Буровые растворы: чтобы бур шёл как по маслу

Когда говорят о разработке нефтяных и газовых месторождений, обычно вспоминают буровые установки, насосы и трубопроводы. Однако в этом процессе есть и «незаметные герои». К таковым можно отнести буровые растворы, без которых в наши дни уже невозможно представить добычу углеводородов.

О их значимости ярко свидетельствует образное сравнение бурового раствора с кровью скважины. Какие задачи она призвана решать, и возможно ли разработать идеальный буровой раствор?

Многозадачность — наше всё

История буровых растворов начинается ещё в 1920-х годах. Тогда в качестве реагента владельцы буровых установок использовали каустическую соду, бурый уголь и алюминат натрия. В нашей стране применять химические реагенты в бурении стали с 40-х годов прошлого века.

Сегодня буровые растворы призваны решать сразу несколько задач. Это удаления с забоя частиц разрушенной породы с последующей транспортировкой её на поверхность, охлаждение инструмента, перенос энергии от буровых насосов к гидравлическим забойным двигателям.

Кроме этого, выделяют такие функции, как обеспечение устойчивости горных пород в околоствольном пространстве скважины, создание равновесия в системе «ствол скважины — пласт», удержание частиц шлама во взвешенном состоянии при остановках циркуляции, снижение трения между контактирующими в скважине поверхностями.

Разнообразие обеспечивают и отличия в породе, в которой залегает нефть. При этом ошибка в выборе бурового раствора может дорого обойтись, ведь от этого напрямую зависит продуктивность вскрываемых нефте- и газоносных пластов.

Можно вспомнить историю, когда на Lenta.ru вышло журналистское расследование, посвящённое добыче газа на Чаяндинском месторождении ПАО «Газпром». Тогда снижение дебита скважин напрямую связали как раз с неправильным выбором бурового раствора.

«Тип бурового раствора зависит от минералогического состава геологического разреза разбуриваемого месторождения и глубины расположения продуктивной залежи, диктующих строение, состав и термостойкость применяемых химреагентов и материалов для управления свойствами буровых растворов», — рассказывает директор ООО «НПО «Химбурнефть», к. х. н. Юрий Мойса.

Вода или углеводород?

Выделяют два основных типа буровых растворов: на водной (РВО) и углеводородной (РУО) основе.

«В первом случае при приготовлении РВО применяют глинопорошок, водорастворимые продукты переработки целлюлозы, синтетические химреагенты акрилового типа, соли, комплексоны, карбонатные наполнители, баритовые утяжелители, смазочные добавки и ПАВ», — перечисляет Юрий Мойса.

К преимуществам таких растворов относят безопасность и простоту, глинистая корка в сочетании с полимерами на стенках скважины ограничивает фильтрацию раствора в проницаемые пласты. Но эти же «запечатывающие» свойства водных могут привести к снижению естественной проницаемости при разбуривании продуктивных пластов, а значит, снижению продуктивности месторождений.

Основой РУО, как это понятно из названия, являются углеводороды. Это различные масла минерального и растительного происхождения, олигоэфиры, дизельное топливо, а также органофильный бентонит и другие химреагенты, совместимые с углеводородами для управления технологическими свойствами РУО в зависимости от геологических требований.

Сотрудники «ЛУКОЙЛ-инжиниринг» и Уфимского государственного университета Н. С. Шириева, А. К. Шириев и Р. Р. Тляшова в своей статье «Комплексный подход к обеспечению промышленной безопасности при строительстве скважин с использованием растворов на углеводородной основе» перечислили плюсы и минусы РУО.

Безусловно, они по сравнению со своими аналогами на водной основе имеют ряд преимуществ: способствуют поддержанию естественной продуктивности пласта, обладают высокой термостойкостью и антикоррозийными свойствами, мало диспергируют выбуренные породы, предотвращают гидратацию глинистых пород. Как результат, повышается качество вскрытия продуктивных пластов.

Однако в этой бочке мёда содержится солидная примесь дёгтя. Рассуждая о РУО, нельзя забывать и о их минусах. Среди них высокая, по сравнению с водными аналогами, стоимость, медленное и неполное биоразложение, токсичность, трудности при удалении с инструмента и оборудования и пожаровзрывоопасность, перечисляют авторы статьи.

Курс на экологичность

Учитывая, что бережное отношение к природе — это тренд, который разделяет всё больше компаний, перед производителями экологически безопасной продукции открываются новые перспективы. Актуально это и для российского рынка, учитывая жёсткие ограничения при добыче полезных ископаемых на Крайнем Севере и арктическом шельфе.

Неудивительно, что одним из магистральных направлений прогресса здесь является поиск «золотой середины» — создание такого бурового раствора, который, имея преимущества РУО, одновременно был бы лишён их недостатков.

«Перспективными, на мой взгляд, являются разработки РВО с технологическими свойствами, приближенными к свойствам РУО, прежде всего по отношению к первичному вскрытию продуктивных пластов.

Применение РВО с модифицированными физико-химическими свойствами фильтрата бурового раствора, совместимого с пластовым углеводородным флюидом, позволит обеспечить максимальное сохранение коллекторских свойств при бурении.

Основные направления этого движения научно обоснованы и разработаны в бывшем Всесоюзном институте по буровым растворам и креплению скважин (ВНИИКРнефть) и ОАО «НПО «Бурение». Теперь эти перспективные технологии просто надо финансировать и внедрять по национальным программам», — считает Юрий Мойса.

Так что определяющим в выборе системы бурового раствора является не только экологический, но и экономический показатель соотношения: «цена-качество», а также проектные решения на строительство нефтегазовых скважин, регламентирующие поинтервальное применение различных систем буровых растворов, включая и системы РУО.

Главная проблема состоит в том, что все месторождения по геологическим условиям очень сильно отличаются друг от друга, что очень сильно затрудняет простые универсальные решения. Статистика объёмов применения различных систем буровых растворов в мировой практике бурения скважин примерно составляет между РУО и РВО соотношением не более 1:5 соответственно.

Российские производители: возвращая утраченные позиции

Очевидно, что в России, которая является одним из мировых лидеров по добыче углеводородов, сформировался свой рынок буровых растворов. Какое место в нём занимают отечественные производители?

Для начала стоит пояснить, что на рынке продают, как правило, не сами буровые растворы, а компоненты для их приготовления. Их приобретают нефтесервисные компании и применяют непосредственно на месторождении.

В России ряд компаний занимаются производством химреагентов, но лидирующие позиции на рынке занимает импортная продукция. Такая ситуация, по словам Юрия Мойсы, сложилась после ликвидации Миннефтепрома (МНП) СССР, когда отечественные химические предприятия, обслуживающие МНП, были частично «прихватизированы» и пришли в упадок.

На освободившееся место ринулись «перекупщики» иностранных химреагентов, спеша захватить такой «лакомый» кусок рынка без вложений в производство. В то же время некоторые крупные нефтегазовые компании в России перешли к организации собственных производств на местном сырье, как правило, с продукцией под иностранным брендом не всегда соответствующего качества, что оказывает негативное влияние на конечный результат качественных технологических показателей буровых растворов.

Отечественные производители химреагентов для РВО и РУО испытывают ряд технических и финансовых затруднений. Стоит учитывать такие факторы, как задержка оплаты до 90–120 календарных дней с момента получения отгруженной продукции, непростая логистика, сезонность поставок и удалённость месторождений, сложные климатические и горно-геологические условия бурения.

По сравнению с советским периодом возросли штрафные санкции и формально надуманные требования заказчиков по наличию хлорорганических соединений (ХОС) и четвертичных аммониевых солей (ЧАС) в продукции для бурения скважин, технология приготовления и применения которых (буровых растворов) относится к строительству скважины и не имеет непосредственного отношения к подготовке, транспортировке и переработке нефти.

К тому же важно не только «догнать, но и перегнать» импортные аналоги, а это требует серьёзного финансирования НИОКР по внедрению отечественных разработок. Отрадно, что этому вопросу уделяют внимание и крупные российские нефтедобывающие компании. Так, ещё в 2016 году в ПАО

«Газпром нефть» занялись производством масляной основы для РУО. Задача стояла «разработать продукт, по своим свойствам не уступающий импортным аналогам и в чем-то их превосходящий», — отмечал первый заместитель генерального директора «Газпром нефть — смазочные материалы» Владимир Осьмушников.

В 2017 году прошли успешные испытания, после чего компания начала выпуск масел для буровых растворов под маркой Gazpromneft Drilline.

В свою очередь НК «Роснефть» в 2020 году разместила на своём сайте релиз о совместной разработке с Сибирским федеральным университетом технологии производства экологически безопасных буровых растворов на основе растительных масел и с применением биоразлагаемых компонентов.

Тем не менее доля импорта остаётся высокой. Для прорыва в этой области нужно сочетание комплекса факторов, в первую очередь инвестиций и тесной интеграции с наукой ведущих госуниверситетов РФ. По всей видимости, залог успеха в разработке буровых растворов нового поколения, которые сочетают в себе высокие потребительские свойства и экологичность.

Юрий Мойса, директор ООО «НПО «Химбурнефть», к. х. н.

«В России разработаны и имеются для приготовления РВО и РУО в ассортименте все необходимые химреагенты, за исключением, пожалуй, порошкообразных биополимерных химреагентов ксантанового типа. Российские аналоги биополимерных химреагентов имеются, запатентованы, но не доведены до промышленного выпуска.

После приватизации мощные производства отечественных химреагентов в связи с упразднением Миннефтепрома СССР пришли в упадок и раздробились на мелкие частные производства. Для заполнения дефицита на российский рынок хлынули широким фронтом различные химреагенты для РВО и РУО под фирменными названиями, по сути, того же химического строения и с такими же функциональными свойствами, но с повышенными ценами для применения в сервисных компаниях».

Текст: Андрей Халбашкеев