носимые ослы

Гематит в бурении нефтяных скважин

Гематит является минералом, используемым в нефтедобывающей промышленности в качестве компонента в буровых жидкостях. Буровые жидкости часто на водной или нефтяной основе и добавление гематита - которые, как оксиды марганца и барит - способствуют увеличению плотности в жидкости.

Это особенно полезно, так как основными функциями буровой жидкости являются поддержание гидростатического давления на буровой площадке (для предотвращения попадания жидкостей в скважину), проведение буровых вырезок и поддержание буровой немного прохладной и относительно свободной от загрязняющих веществ в процессе бурения. Буровые жидкости предотвращают выбросы.

Наиболее распространенными буровыми жидкостями в операциях по добыче нефти являются грязи на нефтяной основе (OBM) и грязи на водной основе (WBM). В этих «грязях» самым большим компонентом является бентонитная глина, смешанная с маслом или водой, дополненная любыми желаемыми добавками (1). Гематит является такой добавкой, и описывается как взвешивание агента. «Грязь» — это широко используемый термин для описания буровых жидкостей, из-за того, что глины являются самым крупным компонентом в большой доле буровых жидкостей.

Буровые жидкости имеют важное значение в нефтехимической разведке, поскольку они позволяют эффективному бурению на целевые глубины достичь месторождения нефти и/или газа. Современная добыча нефти была бы практически невозможна без буровых жидкостей (2). Во время бурения в грязи измеряются пять ключевых факторов: реология, плотность, потеря жидкости, содержание твердых веществ и химические свойства. Гематит, как взвешивание, в первую очередь связан с плотностью и содержанием твердых веществ; а также реология.

нефтяная вышка

Введение в утяжелители

Взвешенные агенты добавляются в буровую жидкость, чтобы обеспечить модуляцию и оптимизацию буровой жидкости для конкретного применения, например, через определенные типы твердых пород, или на экстремальных глубинах. Они часто используются для поддержания уровня плотности жидкости, смягчая высокое давление образования и обеспечивая последовательность в смещении грязи и других обломков. Как правило, чем глубже скучно, тем больше взвешивания агент не требуется.

Барит и марганец

Барит, от греческого слова barus, означающее "тяжелый", является наиболее часто используемой добавкой в бурении нефти в качестве взвешивания агента (3), и является минералом, состоящим из сульфата бария. Благодаря высокой специфической гравитации от 3,9 до 4,4 г/см3,он является широко используемым веществом для взвешивания. Использование барита не без проблем, однако Barite провисявляется это явление, при котором твердые вещества в подвеске выпадают из подвески и оседают при высокой температуре и давлении (4), вызывая проблемы с текущим бурением и возможной остановкой операций. Барит провис может быть частично смягчен путем добавления ильменита и других металлических оксидовых илиатных или других металлических окиси. Кроме того, спрос на барит значительно превышает производство. Таким образом, крайне важно, чтобы были определены альтернативные материалы взвешивания.

В качестве агентов взвешивания широко используются марганцевые соединения, марганец (ii) и (ii) оксид, полученный из гаусманнитной руды. Из-за своей способности образовывать небольшие, сферические частицы, оксиды марганца представляют собой проблему более высокой потери частиц при высоких температурах, что требует дополнительных шагов, чтобы свести на нет(5).

гематит в жидкой форме

Гематит


Гематит (красный оксид железа)
является оксидом и рудой железа, подшипник химической формулы Fe2O3, и твердость от 5,5 до 6,5 по шкале Мооса. Его основное использование в качестве источника железа для производства этого металла и стали. Благодаря своей твердости, высокой естественной чистоте, изобилию и низкой цене, гематит обнаружил все большее применение на месторождениях, удаленных от плавки, таких как добыча нефти и газа и разведка, как часть буровых жидкостей.

По сравнению с баритом, гематит обладает такими преимуществами, как более высокая специфическая гравитация, большая растворимость в кислых носителях и общая более низкая скорость истощения - последняя из-за своей твердости. Один из hematite заголовок претензий, как улучшение по сравнению с барит, помимо его обильный характер, является то, что она имеет более высокую специфическую гравитацию от 4,9 до 5,3 г/см3(6) Из-за этого, буровые компании могут использовать меньше гематита в их грязи решения, чем барит, и достичь тех же результатов. Это приводит к снижению стоимости веса грязи, и меньше твердых частиц, рассеянных по грязи. Гематит дополнительно рассматривается как хороший выбор для бурения использует, как это невероятно чистый и загрязняющих людей бесплатно, как добывается. Кроме того, более высокая производительность с точки зрения снижения потребности в разбавлении, повышения скорости проникновения и более высокой мощности толерантности к твердым телам являются другими качествами, связанными с гематитом в качестве взвешивания для применения буровых установок (7). Основное использование Hematite в качестве бурового агента в разведке нефти находится в глубоком бурении (8).

гематит порошок
гематит порошок

Гематит в грязи на масляной основе (OBM)

OBMs характеризуются наличием непрерывной фазы на основе масла, с водой в рассеянной фазе наряду с другими добавками, такими как эмульгаторы и гельланты.

Смачивание является проблемой для бурения OBM. Смачивание, где вода придерживается твердых веществ в грязи, либо взвешивания агентов или иным образом. Материалы, которые склонны к смачиванию может привести к избыточной воды для достижения области бурения, что может привести к слипанию твердых веществ, что приводит к серьезным неэффективности в процессе бурения и потенциальной деградации бурового бита. Гематит характеризуется как низкосмающий материал, и, таким образом, использование этого по сравнению с другими материалами взвешивания обеспечит меньше смачивания (9).

Гематит в грязи на водной основе

В приложениях WBM смазочные материалы часто используются для обеспечения высокоэффективного бурения и уменьшения трения и износа, вызванных твердыми веществами, включая вегетационные агенты, такие как гематит. Было установлено, что 1 по объему добавление сурфактанта в грязевую смесь было достаточно, чтобы уменьшить коэффициенты трения на 60 - увеличение долговечности буровой бит (10). В сценариях WBM гематит может использоваться в количествах до 20 по весу, при заметном снижении осадков по сравнению с буритом из-за высокого содержания оксида железа (11).

Гематит и реология

Реология относится к потоку материи, и особенно в буровом пространстве, пластиковый поток твердых веществ (это не следует путать с пластмассами, как materia)l. Пластиковый поток представляет собой движение, пропорциональное применяемой силе, и, в частности, в разведке нефти, форма или фазовое изменение в результате такой силы. Реологические свойства глубоко зависят от наличия твердых материалов, и поэтому добавление гематита в жидкость будет иметь влияние на его реологические характеристики. Размер частиц имеет решающее значение (не более 25 мкм, но часто гораздо меньше) (12). В ходе многочисленных исследований гематит привел к повышению плотности, лучшей способности к гелелинированию и более высокой пластиковой вязкости, чем у барита (13), особенно на глубоких скучных глубинах. Эти качества непрерывны с успешными долгосрочными проектами глубокого бурения, предоставляя стабильные скважины.

жидкое охлажденное буровое головка
буровая установка

Гематит, буровые растворы и окружающая среда

Бурение нефти не известно как наиболее экологически чистая деятельность. Гематит сам по себе не токсичен, но следует проявлять осторожность, чтобы не выпускать слишком много буровой жидкости, особенно в морской среде, особенно если он относится к типу OBM. Барит описывается как нетоксичный только из-за его несолености в воде. Как и во всех промышленных процессах, сокращение количества любого используемого материала является выгодным - буровые отходы является вторым по величине потоком отходов, происходящих из разведки (14). Использование гематита вместо барита или марганца может помочь в этом из-за вышеупомянутой более высокой плотности, таким образом, более низкой потребности в массе.

Соображения при использовании гематита в буровых растворах

Гематит является значительно более твердым материалом, чем барит. Таким образом, гематит сам по себе может вызвать износ на буровой бит и колонку в долгосрочных ситуациях бурения, в дополнение к при высоком давлении. Исследования показали, что уменьшение размера частиц гематита и обеспечение узкого диапазона размеров частиц оказывают положительное влияние на эрозию буровых битов, т.е. меньше эрозии с течением времени, при сопоставимых временных рамках с баритом (15). Было предложено, что гематит является лишь достаточной заменой для барита, если он мелко измельчается до размера не более 25 мкм (16).

Из-за выгодных свойств гематита, барита и марганца, в некоторых ситуациях сочетание этих материалов используется в качестве взвешивания материалов. Например, буровая операция может пожелать воспользоваться долговечностью и твердостью гематита, широкой инертностью барита и свойствами окисления тетроксида марганца (17), чтобы обеспечить бесплатную фазу взвешивания в грязи, соответствующую местному составу породы/отложения (18).

гематит грязи на буровой шахте
буровая установка

Резюме

  • Гематит быстро становится популярным выбором в качестве взвешивания агента в буровых жидкостях для производства приложений в нефтегазовом секторе
  • Используется как в нефти, так и в воде на основе грязевых жидкостей, гематит обеспечивает расширенные реологические свойства, и более высокая специфическая гравитация означает меньше его можно использовать по сравнению с конкурентами для достижения того же результата
  • Гематит ценится за то, что очень чистый в точке быть добытым и очень трудно, в дополнение к экономической привлекательной
красный порошок оксида железа в горшке

Ссылки

1 G. R. Gray et al., Буровые компоненты жидкости, в составе и свойствах буровых и завершенных жидкостей, 7-й ed., Elsevier, Кембридж, Массачусетс, США, 2017

2 J. M. Davies и P. F. Kingston, Источники экологических нарушений, связанных с оффшорными нефтегазовыми разработками, нефтегазовыми ресурсами Северного моря - Воздействие и реакция на окружающую среду,Elsevier, Лондон, 1992

3 M. E. McRae, Журнал материалов Barite 2016 Materials Yearbook,Геологическая служба США, Вашингтон, округ Колумбия, 2016

4 A. Mohamed et al., Устойчивое развитие, 2009, 11, 5617

5 A. M. Al Moajil et al., Оценка диспергаторов для буровых жидкостей на основе тетраоксида марганца, в: IADC/SPE Азиатско-Тихоокеанская конференция по бурению,Тяньцзинь, 2012

6 J. P. Руперт и др., Влияние веса материала типа и грязи Формирование на проникновение скорость использования инвертных нефтяных систем, в: SPE Ежегодная техническая конференция, Сан-Антонио, Техас, США, 1981

7 J. Tovar et al., Улучшенный гематит для буровых жидкостей, в: SPE Латинской Америки и Карибского нефтяного машиностроения конференции, Каракас, 1999

8 S. D. Ukeles и B. Grinbaum, Буровые жидкости, в: Кирк-Отмер Энциклопедия химических технологий, 5-й ed., Wiley, Вайнхайм, Германия, 2000

9 J. T. Cline et al., Влажные предпочтения минералов, используемых в буровых жидкостях на основе нефти,в: Международный симпозиум SPE по химии нефтяных месторождений,Хьюстон, 1989

10 Дж.М. Гонсалес и др., Коллоиды и поверхности A: Physicochem. Англ. Asp., 2011, 391, 216

11. Ранджан и А. Дутта, Int. Дж.Дев. Res., 2017, 7, 16806

12. Сюй и др., Р. Сок. Открыть Sci., 2018, 5, 180358

13. Огбейде и С.А. Игбинере, FUTOJNLS, 2,68

14 С. И. Онвукве и М. С. Нвакау, Int. J. Env. Sci. Dev., 2012, 3, 252

15 Г. Кверсия и др., Носить, 2009, 266, 1229

16 A. Tehrani et al., Альтернативные буровые агенты взвешивания жидкости: Всеобъемлющее исследование по Ilmenite и гематит, в: IADC / SPE бурения конференции и выставки, Форт-Уэрт, Техас, США, 2014

17 A. M Al Moajil et al., Удаление фильтровального торта, образованного буровыми жидкостями на основе марганца тетраоксида,в: Международный симпозиум sPE и выставка по борьбес повреждением образования , Лафайет, Лос-Анджелес, США, 2008

18 Патент США US6248698B1, 1999, истек