Badania laboratoryjne nad zastosowaniem tetratlenku trimanganu jako materiału obciążającego do płuczek wiertniczych

Wiercenie otworów metodą nadciśnieniową wymaga stosowania płuczek wiertniczych o gęstości gwarantującej zrównoważenie ciśnienia złożowego i zapewnienie stabilności otworu. Do zwiększania gęstości płuczek wiertniczych najczęściej wykorzystywane są materiały obciążające takie jak węglan wapnia, baryt, ferrohem, hematyt. W praktyce do obciążania płuczek wiertniczych do dowiercania stosowany jest węglan wapnia CaCO3 z uwagi na jego wysoką rozpuszczalność w kwasie. Jednak zbyt duża koncentracja węglanu wapnia w płuczce wpływa na podwyższenie parametrów reologicznych płuczki oraz związane z tym komplikacje wiertnicze (np. przechwycenie przewodu wiertniczego). Dlatego też do płuczek o wyższej gęstości w celu zmniejszenia ilości materiałów stałych dodawany jest baryt, charakteryzujący się znacznie większą gęstością – 4,2 g/cm3 . Płuczki wiertnicze obciążane barytem w zmiennych warunkach ciśnienia i temperatury narażone są na częste zmiany gęstości, wynikające ze statycznego i dynamicznego osiadania barytu. Podczas wiercenia baryt może także powodować znaczne uszkodzenia formacji złożowych i konieczne jest w związku z tym przeprowadzenie zabiegów stymulacyjnych. Zwiększenie przepuszczalności złoża przeprowadza się między innymi poprzez zabieg kwasowania. Baryt jako materiał obciążający nie reaguje z powszechnie stosowanymi w zabiegach kwasami, co może powodować trwałe uszkodzenie złoża. Stosunkowo nowym rodzajem materiału obciążającego, który wykazuje zupełnie inne właściwości niż standardowy baryt używany do obciążania płuczek jest tetratlenek trimanganu. Materiał ten z uwagi na swoje właściwości wykazuje niewielki wpływ na parametry reologiczne płuczki, łatwo ulega w niej zawieszeniu, a dodatkowo stabilizuje zawiesiny, ograniczając sedymentację zwierconej fazy stałej, co ma znaczenie przy wierceniu otworów kierunkowych. W artykule przedstawiono badania laboratoryjne nad możliwością zastosowania tetratlenku trimanganu Mn3O4 jako środka do regulowania gęstości płuczek przeznaczonych do wiercenia otworów w warunkach wysokiej temperatury i ciśnienia HTHP. Tetratlenek trimanganu jako materiał obciążający może stanowić alternatywę dla barytu, szczególnie w płuczkach wiertniczych stosowanych do wiercenia otworów geotermalnych oraz do dowiercania horyzontów produktywnych. Opracowane płuczki zawierające nowy rodzaj materiału obciążającego charakteryzują się mniejszą tendencją do sedymentacji materiału obciążającego i niższymi parametrami reologicznymi w porównaniu z konwencjonalnymi płuczkami wiertniczymi obciążonymi barytem.

Drilling holes using the overpressure method requires the use of drilling fluids with a density that guarantees the balance of the reservoir pressure and ensures the stability of the hole. Weighting materials such as calcium carbonate, barite, ferrohem, hematite are most often used to increase the density of drilling fluids. In practice, calcium carbonate CaCO3 is used for weighting drilling fluids due to its high acid solubility. However, too high a concentration of calcium carbonate in the drilling fluid increases the rheological parameters of the drilling fluid and the related drilling complications (e.g. interception of the drill string). Therefore, barite with a much higher density of 4.2 kg/m3 is added to higher-density muds to reduce the amount of solids. Drilling muds weighted with barite under changing pressure and temperature conditions are exposed to frequent changes in density resulting from static and dynamic barite sedimentation. During drilling, barite can also cause significant damage to reservoir formations, and it is therefore necessary to carry out stimulation treatments. The permeability of the deposit is increased through, among other things, acidization. Barite as a weighting material does not react with acids commonly used in treatments, which may cause permanent damage to the deposit. A relatively new type of weighting material that exhibits completely different properties compared to the standard barite used for weight drilling muds is trimanganese tetroxide. Due to its properties, this material has little effect on the rheological parameters of the drilling muds, it can be easily suspended in the drilling muds, and in addition it stabilizes the suspensions, limiting sedimentation of the solid phase, which is important when drilling directional holes. The article presents laboratory research on the possibility of using trimanganese tetroxide Mn3O4 as an agent to regulate the density of muds intended for drilling holes in HTHP conditions. Trimanganese tetroxide as a weighting material can be an alternative to barite, especially in drilling fluids used for drilling geothermal holes and drilling productive horizons. The developed muds containing a new type of weighting material are characterized by a lower tendency to cause sedimentation of the weighting material and lower rheological parameters compared to conventional bariteweighted drilling muds.