В нынешней ситуации, когда нефтегазовая индустрия активно развивается и предъявляет повышенные требования к эффективности бурения, решающее значение приобретает выбор материала для проведения работ. Увеличение сложности геологических характеристик, возрастающая глубина бурения, а также активное использование горизонтальных и наклонно-направленных технологий бурения обуславливают необходимость применения исключительно надежных и высокопроизводительных материалов.
Нашей компании все чаще стали поступать запросы о подборе материала для буровых. Именно так у нас возникла идея провести ряд исследований и подготовить серию статей на эту тему.
Сегодня рынок предлагает разнообразные графитовые материалы, как полученные из природных источников, так и созданные искусственно. Каждая компания-производитель стремится позиционировать свою продукцию как универсальное средство для укрепления стенок скважин, уменьшения трения и предотвращения утечек бурового раствора. Тем не менее, лишь тщательное изучение физико-химических характеристик, подтвержденное практическим опытом и научными исследованиями, позволяет сделать правильный выбор материала.
Почему графит так важен в бурении
Графит — минерал из класса самородных элементов, являющийся одной из аллотропных форм углерода. Благодаря своей уникальной кристаллической структуре графит сочетает сразу несколько важнейших свойств: электропроводность, теплопроводность, химическую инертность, стойкость к термическим ударам. Именно эти особенности обеспечили графиту столь широкое распространение в нефтегазовой отрасли.
Как мы знаем, графит подразделяют на природный и искусственный.
Природный графит встречается в виде:
- Чешуйчатого (кристаллического) — состоит из тонких пластинок, легко расщепляющихся по плоскостям. Обогащённые концентраты могут содержать до 95–99% углерода.
- Аморфного (скрытокристаллического) — представляет собой мелкодисперсный продукт с большим количеством дефектов и примесей.
- Жильного — редкая, плотнокристаллическая форма, встречающаяся только в отдельных регионах.
Искусственный (синтетический) графит получают термообработкой углеродсодержащих материалов (нефтяного кокса, каменноугольного пека) в электрических печах при температурах 2500–3000°C. Несмотря на технологичность производства и возможность формировать крупные частицы, структура искусственного графита всегда содержит больше дефектов, чем у чешуйчатого природного, а также имеет повышенное содержание примесей, особенно золы.
Выбирая материал для бурения чаще всего основное внимание обращают на следующие характеристики:
- Эффективную кольматацию трещин и пористых зон (быстрое и стабильное образование перемычки).
Кольмтация - процесс естественного проникновения или искусственного внесения мелких (коллоидных, глинистых и пылеватых) частиц и микроорганизмов в поры и трещины горных пород, в фильтры очистных сооружений и дренажных выработок, а также осаждение в них химических веществ, способствующее уменьшению их водо- или газопроницаемости. Проще говоря это процесс заполнения трещин, пор и других пустот в горных породах или пласте. Он применяется для улучшения характеристик пласта и повышения его продуктивности.
- Высокие смазочные свойства (минимальный коэффициент трения металл-металл и металл-горная порода).
- Совместимость с водными, нефтяными и синтетическими растворами.
- Минимальную зольность (не вносить абразивные и активные компоненты в раствор).
- Химическую и термическую инертность.
- Устойчивость к циклическим нагрузкам и перепадам давления.
- Экологическую и коррозионную безопасность
Всем этим требованиям как раз и отвечает графит. Во-первых, он выступает как кольматационный агент для предотвращения потерь бурового раствора. Во-вторых — как смазывающая добавка для снижения коэффициента трения и предотвращения прихватов, а также укрепляющая и стабилизирующая добавка для повышения стойкости ствола скважины. Именно поэтому его так часто применяют в бурильных работах.
В следующей статье мы приведем сопоставительный анализ природного графита (типа ГЛ-1 и подобных) для оценки их пригодности в основных операциях бурения. Исследуем характеристики морфологического строения, распределения частиц по размерам, упругости, степени очистки и экономической целесообразности каждого из рассматриваемых материалов.