Analiza możliwości podwyższenia stabilności termicznej płuczek wiertniczych poprzez dobór środków chemicznych

Wiercenie otworów o znacznej głębokości lub w celu udostępniania wód termalnych stawia coraz wyższe wymagania wobec właściwości stosowanych płuczek wiertniczych. Z uwagi na bardzo wysoką temperaturę utrzymywanie w czasie wiercenia odpowiedniej reologii płuczki może okazać się trudne, szczególnie w przypadku występowania dopływu wysokozmineralizowych solanek. Odziaływanie wysokiej temperatury powoduje znaczne obniżenie efektywności działania większości stosowanych obecnie w technologii płuczkowej środków polimerowych, w skrajnych przypadkach powodując całkowite i nieodwracalne zniszczenie ich struktury. Najbardziej narażone są polimery o wiązaniach eterowych, do których zalicza się środki skrobiowe i celulozowe. Na podstawie danych literaturowych można stwierdzić, że niekorzystne cechy tych polimerów mogą być skutecznie kompensowane dodatkami polimerów syntetycznych, np. sulfonowanych. Kolejnym kierunkiem w polepszaniu odporności termicznej płuczek wskazywanym przez literaturę jest wykorzystanie nanocząsteczek węgla: płatków grafenu i nanorurek. W artykule przedstawiono analizę możliwości poprawy stabilności termicznej płuczek wiertniczych poprzez zastosowanie środków chemicznych pozwalających zachować odpowiednie parametry reologiczno-strukturalne i filtrację w zakresie temperatury do 130°C. W toku badań do płuczki polimerowo-potasowej dodawano trzy rodzaje środków chemicznych w różnych stężeniach. Przeprowadzono badania wpływu tych środków na podstawowe parametry technologiczne płuczki wiertniczej. Następnie próbki płuczek zmodyfikowanych poprzez dodatek wyselekcjonowanych środków były poddawane oddziaływaniu temperatury wynoszącej 130°C przez okres 24 godzin. Po tym czasie próbki chłodzono do temperatury 20°C, następnie mierzono ich parametry technologiczne i porównywano z wynikami uzyskanymi przed postarzaniem w wysokiej temperaturze, a na podstawie otrzymanych wyników dokonywano oceny skuteczności działania poszczególnych środków. Spośród przebadanych środków, których działanie miało zabezpieczać płuczkę wiertniczą przed niekorzystnym wpływem wysokiej temperatury, najkorzystniejsze działanie wykazał mrówczan potasu w połączeniu ze środkiem poliAMPS.

Drilling deep holes or drilling to provide access to thermal waters places increasingly high demands on the properties of the drilling muds. Due to the very high temperature, it may be difficult to maintain the appropriate rheology of the drilling fluid during drilling, especially when an inflow of highly mineralized brines occurs. High temperatures significantly reduce the effectiveness of most of the polymeric agents currently used in the drilling muds technology, in extreme cases causing complete and irreversible damage to their structure. Polymers with ether bonds, which include starches and cellulose, are the most vulnerable. Based on the literature data, it can be concluded that the disadvantages of these polymers can be effectively compensated by the addition of synthetic polymers, e.g. sulfonated polymers. Another direction in improving the thermal resistance of drilling muds indicated in the literature is the use of carbon nanoparticles: graphene flakes and nanotubes. The article presents an analysis of the possibilities of improving thermal stability of drilling muds by using chemical agents that allow to maintain appropriate rheological and structural parameters and filtration at temperatures up to 130°C. During the tests, three types of chemicals were added to the polymer-potassium drilling mud at different concentrations. The impact of these modifications on technological parameters of the drilling mud was tested. Then, samples modified by the addition of selected agents were exposed to the temperature of 130°C for a period of 24 hours. After this time, the samples were cooled to 20°C, then their technological parameters were measured and compared with the results obtained before aging at high temperature, and based on the obtained results, the effectiveness of individual agents was assessed. Among the agents tested to protect drilling mud against the adverse effects of high temperature, the most beneficial effect was shown by potassium formate in combination with PoliAMPS.