Badania nad podwyższeniem odporności płuczek wiertniczych z uwagi na niekorzystne warunki złożowe podczas wierceń geotermalnych

Udostępnianie złóż geotermalnych wiąże się z wysokimi wymogami stawianymi stosowanym płuczkom wiertniczym. Trudności podczas wiercenia wynikają głównie z podwyższonej temperatury i ciśnienia oraz czynników związanych ze składem mineralogicznym przewiercanych warstw oraz dopływających wód. W warunkach podwyższonej temperatury dochodzi do obniżenia wartości parametrów reologicznych i do wzrostu filtracji płuczki wiertniczej. Dzieje się tak na skutek zmian fizycznych zachodzących w płuczce pod wpływem temperatury lub pod wpływem degradacji polimerów odpowiedzialnych za nadawanie płuczce odpowiednich parametrów reologicznych i za ograniczanie filtracji. W pierwszym przypadku jest to proces odwracalny, natomiast w przypadku degradacji polimeru konieczna jest ciągła obróbka płuczki przez dodanie kolejnych porcji polimeru. Z degradacją polimeru mamy do czynienia szczególnie w przypadku równoczesnego występowania podwyższonej temperatury i skażeń jonami dwuwartościowymi (Ca2+ i Mg2+). Dobra stabilność termiczna płuczki zależy głównie od rodzaju i stężenia stosowanych do jej sporządzenia środków chemicznych charakteryzujących się zwiększoną odpornością termiczną. Artykuł przedstawia wyniki badań przeprowadzonych z wykorzystaniem środków takich jak: poli(kwas 2-akryloamido-2-metylopropanosulfonowy) (AMPS), sole mrówczanowe oraz nanocząsteczki węgla (nanorurki i tlenek grafenu). Przeprowadzono badania wpływu tych środków na podstawowe parametry płuczek wiertniczych, czyli na: parametry reologiczno-strukturalne, filtrację, pH. Następnie próbki płuczek zmodyfikowanych poprzez zastosowanie dodatku wyselekcjonowanych środków były poddawane oddziaływaniu temperatury 130°C przez 24 godziny w obecności jonów Ca2+ oraz Mg2+. Na podstawie uzyskanych wyników dokonano oceny skuteczności działania poszczególnych środków oraz wytypowano skład płuczki najlepiej spełniający wymogi zastosowania do wierceń geotermalnych.

Drilling in geothermal reservoirs is associated with high requirements for the used drilling muds. Difficulties during drilling are mainly caused by the increased temperature and pressure as well as factors related to the mineralogical composition of the drilled layers and inflowing waters. In conditions of higher temperature there is a reduction in value of rheological parameters and increase in filtration of drilling muds. It happens as a result of physical changes taking place in the drilling mud due to temperature or the degradation of polymers responsible for giving the drilling mud appropriate rheological parameters and limiting filtration. In the first case, it is a reversible process, while in the case of polymer degradation, it is necessary to continuously treat the drilling mud by adding successive portions of polymer. Polymers degradation takes place especially in the case of simultaneous occurrence of increased temperature and contamination with divalent ions (Ca2+ and Mg2+). Good thermal stability of the drilling mud depends mainly on the type and concentration of chemicals used for its preparation, characterized by increased thermal resistance. The article presents the results of research based on the basis of measures such as: poly(2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid) (AMPS), formate salts and carbon nanoparticles (nanotubes and graphene oxide). Examinations included the influence of these agents on the parameters of drilling fluids, such as: rheological and structural parameters, filtration, and pH. Then, samples of drilling mud modified by the addition of selected agents were heated to the temperature of 130°C for 24 hours in the presence of Ca2+ and Mg2+ ions. On the basis of obtained results, the effectiveness of individual agents was assessed and the drilling mud composition best suited to the requirements of geothermal drilling was selected.