Способ бурения или заканчивания буровой скважины

СПОСОБ БУРЕНИЯ ИЛИ ЗАКАНЧИВАНИЯ БУРОВОЙ СКВАЖИНЫ Предложен способ обработки буровых жидкостей на основе силиката, включающий флокуляцию по меньшей мере части загрязняющих примесей, содержащихся в буровой жидкости на основе силиката, из жидкой фазы; и отделение флокулированных загрязняющих примесей от жидкой фазы. Предложены также способы рециркуляции жидкостей на основе силиката, способы удаления жидкости на основе силиката и способы удаления отработанной буровой жидкости. 017192 Область техники, к которой относится изобретение Раскрытые в данном описании варианты большей частью относятся к обезвоживанию буровых жидкостей. Раскрытые в данном описании варианты в особенности относятся к обезвоживанию буровых жидкостей на основе силикатов. Предшествующий уровень техники При бурении или завершении буровой скважины могут быть использованы, по разным причинам,различные жидкости. Общераспространенные применения буровых жидкостей включают смазывание и охлаждение режущих поверхностей бура во время обычного бурения или вскрытия пласта (т.е. бурения в целевом нефтеносном образовании), транспортировки обрезков (куски образований, удаленных режущим воздействием зубьев на бур) на поверхность, регулирования гидростатического давления образования для предотвращения выбросов, поддержания устойчивости буровой скважины, суспендирования твердых частиц в скважине, сведения к минимуму потерь жидкости и стабилизации образования, в котором бурится скважина, раздробления образования вблизи скважины, замены жидкости в скважине другой жидкостью, очистки скважины, испытания скважины, передачи гидравлической мощности буру, использования жидкости для замены упаковочной машины, покидания скважины или подготовки скважины к покиданию и иной обработки скважины или образования. При поступлении на поверхность шлам проходит через аппаратуру автоматического контроля и регулирования твердых частиц для удаления нежелательных твердых частиц. В то время как частицы большего размера удаляются вибрационными грохотами и гидроциклонами для сланца, ультратонкие частицы (размером менее примерно 20 мкм) образуют в жидкости коллоидные суспензии и будут продолжать циркулировать через систему, если не используется специальное оборудование для удаления твердых частиц. Трудности при удалении указанных мелких частиц возрастают по мере уменьшения размера частиц. Вследствие возрастающего беспокойства об охране окружающей среды и повышения затрат на удаление загрязнений, повышается стимул к снижению объема отходов бурения. Один путь снижения объема отходов бурения состоит в уменьшении количества воды, сливаемой при удалении твердых частиц. В большинстве случаев системы управления обезвоживанием отходов отделяют твердые частицы и тонкодисперсные частицы от жидкой фазы буровой жидкости, вследствие чего остается осветленный водный раствор. Обезвоживание в процессе бурения обеспечивает возможность очистки отработанных жидкостей, таких как буровые жидкости, смешанные с водой с вращающегося стола, из отстойников ила, из грязевых насосов, генераторов и из любого другого выходного отверстия вблизи бурового оборудования. Системы управления обезвоживанием отходов обычно очищают буровую жидкость коагуляцией, флокуляцией и/или механической сепарацией. Соответственно, существует постоянная потребность в обезвоживании множества буровых жидкостей. Сущность изобретения В соответствии с одним аспектом раскрытые в данном описании варианты относятся к способу обработки буровых жидкостей на основе силиката, включающему флокуляцию, по меньшей мере, части загрязняющих примесей, содержащихся в буровой жидкости на основе силиката, из жидкой фазы; и отделение флокулированных загрязняющих примесей от жидкой фазы. В соответствии с другим аспектом раскрытые в данном описании варианты относятся к способу рециркуляции буровой жидкости на основе силиката, включающему добавление флокулянта и полиэлектролитного коагулянта к буровой жидкости на основе силиката, содержащей в ней загрязняющие примеси; флокуляцию, по меньшей мере, части загрязняющих примесей из жидкой фазы; и отделение жидкости на основе силиката от флокулированных загрязняющих примесей. В соответствии с другим аспектом раскрытые в описании варианты относятся к способу удаления использованной буровой жидкости на основе силиката, включающему понижение pH использованной буровой жидкости на основе силиката; добавление флокулянта к буровойжидкости на основе силиката; флокуляцию твердых частиц силиката из жидкой фазы; и отделение флокулированных силикатов от жидкости. В соответствии с еще одним другим аспектом раскрытые в описании варианты относятся к способу удаления отработанной буровой жидкости, включающему предоставление буровой жидкости на основе силиката; определение, будет ли желательным дополнительное бурение с использованием буровой жидкости; если дополнительное бурение нежелательно, добавление к жидкости флокулянта и неорганического коагулянта; если дополнительное бурение желательно, добавление к жидкости флокулянта и полиэлектролитного коагулянта; отделение флокулированных твердых частиц от жидкости. Другие аспекты и преимущества изобретения станут очевидными из следующего описания и приложенной формулы изобретения. Подробное описание изобретения В соответствии с одним аспектом раскрытые в описании варианты относятся к обезвоживанию буровых жидкостей. Раскрытые в описании варианты в особенности относятся к обезвоживанию буровых жидкостей на основе силиката.-1 017192 Достоверно установлено, что буровые жидкости на основе силиката являются эффективными средствами стабилизации сланцевых образований. Несмотря на то что он является эффективным стабилизатором сланцевых образований, силикат ранее никогда не пользовался широким успехом вследствие определенных преимуществ, удерживаемых буровыми жидкостями на основе масла, в особенности включающих простоту использования жидкостей на основе масла, которые, к тому же, не склонны к гелеобразованию или осадкообразованию и имеют высокую смазывающую способность. До недавних неблагоприятных воздействий на окружающую среду имелся лишь небольшой стимул к устранению недостатков эксплуатационных качеств силикатсодержащих буровых жидкостей на основе воды. Так как проектировщики шлама способны преодолеть традиционные недостатки жидкостей на основе силиката, имеется также все возрастающая потребность в удалении отходов, образованных в результате использования жидкостей на основе силиката. В соответствии с вариантами настоящего изобретения для уменьшения объема отходов бурения,связанных с жидкостями на основе силиката, может быть осуществлено обезвоживание жидкостей на основе силиката. Указанное обезвоживание жидкостей на основе силиката можно проводить коагуляцией, флокуляцией и/или механической сепарацией. Коагуляция происходит тогда, когда электростатический заряд в твердом теле уменьшается, твердое тело дестабилизируется, и оно становится привлекательным для других твердых тел за счет сил межмолекулярного взаимодействия. Тем не менее, коагуляция является агрегацией частиц на микроскопическом уровне. Флокуляция представляет собой связывание отдельных твердых частиц в агрегаты,состоящие из множества частиц, на макроскопическом уровне. Флокуляция скорее является физическим,чем электрическим явлением, и происходит, когда один сегмент флокулирующей полимерной цепи одновременно абсорбирует более чем одну частицу. Механическая сепарация включает механические устройства (например, гидроциклоны и центрифуги), которые удаляют твердые частицы из раствора. Для достижения осаждения и агрегации тонкодисперсных осадков в жидкости (с тем, чтобы могло происходить физическое или механическое выделение осадков из жидкости) к буровой жидкости может быть добавлен флокулянт. Флокулянты, подходящие для использования в обезвоживании жидкостей настоящего изобретения, могут включать, например, высокомолекулярную акриловую кислоту (200000020000000) или полимеры на основе акрилата. Плотность заряда полимеров может находиться в диапазоне 0-100% (в любом направлении заряда). В отдельном варианте плотность заряда может находиться в диапазоне 0-80%. Поэтому, в зависимости от зарядов мономеров, образовавшиеся полимеры могут быть катионными, анионными или неионными. Коммерческие примеры таких флокулянтов на основе полиакриламида включают флокулянты, продаваемые под торговыми названиями MAGNAFLOC и ZETAG от Ciba Specialty Chemicals (Tarrytown, NY) и HYPERFLOC от Hychem, Inc. (Tampa, FL). Для способствования агрегации коллоидных частиц в жидкости кроме флокулянта может быть использован коагулянт. Коагулянт может быть неорганического или полиэлектролитного типа. Большинство неорганических коагулянтов будет также снижать pH из-за присущей соли кислотности. Таким образом, выбор из двух типов коагулянтов может быть основан на том, является ли желательным осаждение и удаление силикатов из жидкости. Если является желательным дальнейшее использование жидкости на основе силиката в разработках нисходящей скважины, таких как бурение, полиэлектролитный коагулянт может быть выбран таким образом, чтобы pH жидкости существенно не изменялся. Однако, если является желательным удаление жидкости, может быть выбран кислый неорганический коагулянт для понижения pH жидкости и триггерной коагуляции и флокуляции силикатов в жидкости. В таком случае силикаты могут быть удалены с остатком твердых отходов, и жидкость (вода) может быть удалена, дополнительно обработана, использована в дальнейших операциях и т.д. Примеры неорганических коагулянтов включают коагулянты на основе алюминия и железа, такие как хлорид алюминия, поли(алюминийгидрокси)хлорид, сульфат алюминия, сульфат трехвалентного железа, хлорид трехвалентного железа и т.д. Специалистам в данной области понятно, что выбор коагулянта может, кроме того, зависеть, например, от pH жидкости, присутствия ионов в жидкости, требований к конечной жидкости и т.д. Коммерческие примеры различных неорганических коагулянтов включают коагулянты, продаваемые под торговым названием SUPERFLOC, которые представляют собой поли(алюминийгидрокси)хлориды, доступные от Cytec Industries, Inc. (West Patterson, NJ). Примеры полиэлектролитных коагулянтов включают водорастворимые органические полимеры,которые могут быть катионными, анионными или неионными. В отдельном варианте могут быть использованы катионные полимеры, имеющие обычно молекулярные массы менее 500000. Однако в еще одних других вариантах могут быть использованы полимеры, имеющие более высокие молекулярные массы(например, до 20000000). Плотность заряда полимеров может находиться в диапазоне до 100%. Катионные мономеры могут включать галогениды диаллилдиалкиламмония и диалкиламиноалкил(мет)акрилаты и -акриламиды (в виде аддитивной соли кислоты или солей четвертичного аммония). В отдельном варианте коагулянт может включать хлорид полидиаллилдиметиламмония. После флокуляции твердых материалов в жидкости хлопья могут оседать на дно жидкости и могут быть выделены из нее центрифугой. В некоторых вариантах для оптимизации образования флокуляции-2 017192 твердых частиц может быть желательным встряхивание и/или перемешивание обработанной жидкости(флокулянтами и коагулянтами). Однако уровень встряхивания/перемешивания может зависеть от типа используемого коагулянта. При использовании полимерных коагулянтов предпочтительно, например,слабое встряхивание или перемешивание для вмешивания полимера, при этом без оказания вредного воздействия на эффективность полимера, способствующего флокуляции. Примеры Для испытания эффективности силикатных буровых жидкостей в обезвоживании осуществляли следующий пример. Составляли рецептуру образца силикатной буровой жидкости, которая показана в примере 1, и исследовали свойства шлама вискозиметром Fann 35 от Fann Instrument Company, показанные ниже в табл. 2. FED РАС, являющаяся полианионной целлюлозой, и FED ZAN, являющаяся ксантановой смолой, доступны от Federal Division of M-I LLC. Таблица 1 20 мл образцы жидкости, показанной в табл. 1, помещали во флаконы объемом 40 см 3 после перемешивания жидкости в смесителе Гамильтона-Бича. Продукты обезвоживания, показанные ниже в табл. 3, исследовали добавлением их в жидкость и последующим встряхиванием с одновременным наблюдением образования флокуляции твердых частиц. Отдельные проверенные продукты включают MAGNAFLOC 368, представляющий собой хлорид полидиаллилдиметиламония, коммерчески доступный отCiba Speciality Chemicals; HYPERFLOC AF 307, являющийся 30% анионным полиакриламидом от Hychem Inc.; и хлорид алюминия. Когда добавляли неорганические коагулянты, использовали сильное встряхивание для оптимизации образования флокуляции твердых частиц. Когда в жидкость добавляли полимерный коагулянт, сильного встряхивания избегали и проводили слабое встряхивание поворотом флаконов вверх дном и затем вверх и вправо (и повторяли в случае необходимости) для размешивания полимера в жидкости без нарушения эффективности полимера во флокуляции твердых частиц. Перемешивание повторяли до тех пор, пока наблюдалась флокуляция твердых частиц, и не происходило увеличения размера. Различные результаты наблюдений обезвоживания подробно показаны ниже в табл. 3. Как показано в вышеприведенных результатах, MAGNAFLOC в комбинации с HYPERFLOC AF 307 успешно обезвоживал жидкость. Кроме того, аналитическое испытание образца 1 показало, что супернатант содержит 1560 мг/л силиката, который представляет наибольшую (если не всю) долю силиката в жидкости, тогда как часть твердых частиц содержит его очень мало, если содержит вообще. Хлорид алюминия в комбинации с HYPERFLOC AF 307 обезвоживал силикатную жидкость также успешно. Аналитическое испытание образца 5 показало, что супернатант содержит только 160 мг/л силиката, что указывает на флокуляцию остатка силиката с твердыми частицами. Варианты настоящего изобретения выгодны по меньшей мере одним из следующего. С помощью способов обезвоживания силикатной жидкости может быть достигнуто уменьшение объема отходов бурения за счет снижения количества воды, сливаемой при удалении твердых частиц. Обезвоживание в особенности может отделять твердые частицы и мелкодисперсные частицы от жидкой фазы буровой жидкости, вследствие чего остается прозрачный водный раствор. Варианты настоящего изобретения могут также обеспечить возможность определения того, является ли желательным удаление силиката из жидкости, что предоставляет дополнительную гибкость в конечном использовании собранной водной жидкости. Хотя изобретение описано в отношении ограниченного числа вариантов, специалисты в данной области, имеющие преимущества данного изобретения, понимают, что могут быть изобретены другие варианты, которые не отклоняются от объема и сущности изобретения, раскрытых в данном описании. Соответственно, объем изобретения ограничен только приложенной формулой изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ бурения или заканчивания буровой скважины с использованием буровых жидкостей на основе силиката, включающий флокуляцию по меньшей мере части загрязняющих примесей, содержащихся в буровой жидкости на основе силиката, из жидкой фазы; отделение флокулированных загрязняющих примесей от жидкой фазы и получение отделенной жидкой фазы и повторное использование отделенной жидкой фазы при работе в стволе скважины. 2. Способ по п.1, в котором по меньшей мере часть силикатов в предоставленной жидкости отделяют с флокулированными загрязняющими примесями. 3. Способ по п.1 или 2, в котором по меньшей мере часть силикатов предоставленной жидкости отделяют с жидкостью. 4. Способ по любому из пп.1-3, в котором флокуляция включает добавление к жидкости сополимера акриловой кислоты и/или акрилатных соединений. 5. Способ по п.4, в котором флокуляция дополнительно включает добавление коагулянта к жидкости. 6. Способ по п.5, в котором коагулянт включает неорганический коагулянт. 7. Способ по п.5, в котором коагулянт включает полиэлектролитный коагулянт. 8. Способ по п.7, в котором полиэлектролитный коагулянт включает катионный полимерный коагулянт. 9. Способ по п.8, в котором катионный коагулянт включает мономер галогенида диаллилдиалкиламмония. 10. Способ по п.9, в котором катионный коагулянт включает хлорид полидиаллилдиметиламмония. 11. Способ по п.1, дополнительно включающий понижение pH буровой жидкости на основе силиката и-4 017192 добавление флокулянта к буровой жидкости на основе силиката; причм флокуляция включает флокуляцию твердых частиц силиката из жидкой фазы; и где отделение включает отделение флокулированных силикатов от жидкой фазы. 12. Способ по п.11, дополнительно включающий удаление флокулированных силикатов. 13. Способ по п.11, в котором флокулянт состоит из сополимера акриловой кислоты и/или акрилатных соединений, добавленного к жидкости. 14. Способ по п.11, в котором понижение pH осуществляют добавлением к жидкости неорганического коагулянта. 15. Способ по п.11, в котором неорганический коагулянт включает по меньшей мере одно соединение на основе алюминия. 16. Способ по п.1, дополнительно включающий предоставление буровой жидкости на основе силиката; определение, будет ли желательным дополнительное бурение с использованием буровой жидкости; причм флокуляция включает добавление к жидкости флокулянта и неорганического коагулянта,если дополнительное бурение нежелательно; или добавление к жидкости флокулянта и полиэлектролитного коагулянта, если дополнительное бурение желательно.