tumnigИзвестия высших учебных заведений. Нефть и газOil and Gas Studies0445-01083033-8174Industrial University of Tyumen10.31660/0445-0108-2020-3-54-62tumnig-847Research ArticleБУРЕНИЕ СКВАЖИН И РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙDRILLING OF WELLS AND FIELDS DEVELOPMENTНаучно-технологические аспекты и перспективы применения технологии криогенного бурения скважинScientific and technological aspects and prospects for application of cryogenic drilling technologyТулубаевА. Б.TulubaevA. B.

Тулубаев Андрей Борисович, кандидат технических наук, доцент кафедры бурения нефтяных и газовых скважин

Тюмень

Andrey B. Tulubaev, Candidate of Engineering, Associate Professor at the Department of Drilling Oil and Gas Wells

Tyumen

tulubaevab@tyuiu.ruПаникаровскийЕ. В.PanikarovskiiE. V.

Паникаровский Евгений Валентинович, кандидат технических наук, доцент кафедры бурения нефтяных и газовых скважин

Тюмень

Evgeny V. Panikarovskii, Candidate of Engineering, Associate Professor at the Department of Drilling Oil and Gas Wells

Tyumen

Тюменский индустриальный университетРоссияIndustrial University of TyumenRussian Federation202008072020035462Copyright © Тулубаев А.Б., Паникаровский Е.В., 20202020Тулубаев А.Б., Паникаровский Е.В.Tulubaev A.B., Panikarovskii E.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tumnig.tyuiu.ru/jour/article/view/847

Проведен анализ типов буровых промывочных жидкостей, используемых для бурения интервалов залегания многолетнемерзлых горных пород, отмечена важность сохранения устойчивости ствола скважины, обеспечивающая номинальный диаметр скважины и повышающая качество крепления скважин тампонажным раствором. Рассмотрены основные технологии, применяемые на севере Западной Сибири, направленные на минимизацию процессов потери устойчивости стенок скважины вследствие нарушения температурного режима в скважине. Также проведен анализ углеводородных систем, в том числе зарубежный опыт, основанный на поисковом и разведочном бурении ледовых отложений Гренландии и Антарктиды. Отмечены перспективы применения синтетических жидкостей, моноэфиров и хладонов. Выделены сложности технологии и недостатки применяемых систем. Предложена новая технология криогенного бурения скважин, заключающаяся в использовании синтетических фторсодержащих агентов в качестве промывочной жидкости при отрицательных температурах. Дано описание предложенной промывочной жидкости и оценены перспективы использования технологии для предупреждения осложнений. Отдельно рассмотрен вопрос изготовления основного химического реагента с приведением обобщенной производственной цепочки его получения из исходного материала — плавикового шпата.

In the article, we analyze types of drilling mud, which are used to drilling intervals of permafrost rocks; the importance of wellbore stability is noted. Wedescribethemain technologies, which have been being applied in the north of Western Siberia; these technologies are aimed at minimizing the loss wellbore stability due to violation of the temperature conditions in the well. We also analyze hydrocarbon systems, taking into account foreign experience, which is based on prospecting and exploratory drilling of ice deposits in Greenland and Antarctica. The article draws your attention to using synthetic fluids, monoesters and chladones. The difficulties of the existing technology and the disadvantages of the hydrocarbon systems are highlighted. We propose to apply a new cryogenic drilling technology, which consists in the use of synthetic fluorine-containing agents as flushing fluid at low temperatures. The text gives valuable information on composition of the proposed flushing fluid and the prospects of using the technology to prevent complications. Much attention is given to issue of manufacturing the main chemical reagent with the reduction of the generalized production chain of its production from the starting material, it is fluorspar.

буровой растворфторкетоныкриогенное бурениеустойчивость ствола скважинымноголетнемерзлые горные породыdrilling mudfluoroketonescryogenic drillingwellbore stabilitypermafrost rocksReferencesТулубаев А. Б. Технология криогенного бурения нефтяных и газовых скважин // Состояние, тенденции и проблемы развития нефтегазового потенциала Западной Сибири: сб. мат. междунар. академической конф. – Тюмень: ТИУ, 2018. – С. 145–149.Tulubaev, A. B. (2018). Tekhnologiya kriogennogo bureniya neftyanykh i gazovykh skvazhin. Sostoyanie, tendentsii i problemy razvitiya neftegazovogo potentsiala Zapadnoy Sibiri: sbornik materialov mezhdunarodnoy akademicheskoy konferentsii. Tyumen, Industrial University of Tyumen Publ., pp. 145-149. (In Russian).Афанасьев И. В. Предупреждение растепления криолитозоны при бурении скважины // Опыт, актуальные проблемы и перспективы развития нефтегазового комплекса. Материалы VIII междунар. науч.- практ. конф. обучающихся, аспирантов и ученых: в 2 т. – Тюмень: ТИУ, 2018. – С. 17–23.Afanas'ev, I. V. (2018). Preduprezhdenie rastepleniya kriolitozony pri burenii skvazhiny. Opyt, aktual'nye problemy i perspektivy razvitiya neftegazovogo kompleksa. Materialy VIII mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii obuchayushchikhsya, aspirantov i uchenykh: v 2 tomakh. Tyumen, Industrial University of Tyumen Publ., pp. 17-23. (In Russian).Актуальные проблемы технологии бурения скважин на месторождениях ОАО «Газпром». Часть 1 / А. И. Гриценко [и др.] // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2014. – № 3. – С. 4–15.Gritsenko, А. I., Kuligin, А. V., Ivakin R. А. & Griguletsky, V. G. (2014). Urgent problems of well drilling technologies applied at fields of JSC "Gazprom". Part 1. Construction of Oil and Gas Wells on Land and Sea, (3), pp. 4-15. (In Russian).Напряженно-деформированное состояние крепи скважин в криолитозоне: учеб. пособие / В. Г. Кузнецов [и др.]. – М.: Недра, 2003. – 154 с.Kuznetsov, V. G., Ovchinnikov, V. P., Frolov, A. A., Kucheryuk, V. I., Sorokin, V. F., & Ivanov, S. I. (2003). Napryazhenno-deformirovannoe sostoyanie krepi skvazhin v kriolitozone. Tyumen, Nedra Publ., 154 p. (In Russian).Максимов М. С., Панишев С. В., Козлов Д. С. Лабораторные исследования прочности смерзшихся горных пород на сдвиг // Успехи современного естествознания. – 2018. – № 5. – С. 114–119. DOI: 10.17513/use.36764Maksimov, М. S., Panishev, S. V. & Kozlov, D. S. (2018). Laboratory researches of the strength of adfreezed rocks on shear. Advances in current natural sciences, (5), pp. 114-119. (In Russian). DOI: 10.17513/use.36764Яковлев А. А., Турицына, Е. В., Могильников М. В. Анализ и обоснование выбора очистных агентов и технология их применения при бурении скважин в условиях многолетнемерзлых пород // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. – 2014. – № 12. – С. 22–32. DOI: 10.15593/2224-9923/2014.12.3Iakovlev, А. А., Turitsyna, Е. V., & Mogil'nikov, М. V. (2014). Analysis and justification of selecting cleaning agents and technology of their application in permafrost well drilling. Perm Journal of Petroleum and Mining Engineering, (12), pp. 22-32. (In Russian). DOI: 10.15593/2224-9923/2014.12.3Shu-qing Hao. A study to optimize drilling fluids to improve borehole stability in natural gas hydrate frozen ground // Journal of Petroleum Science and Engineering. – 2011. – Vol. 76, Issue 3–4. – P. 109–115. DOI: 10.1016/j.petrol.2011.01.014Shu-qing, Hao. (2011). A study to optimize drilling fluids to improve borehole stability in natural gas hydrate frozen ground. Journal of Petroleum Science and Engineering, 76(3-4), pp. 109-115. (In English). DOI: 10.1016/j.petrol.2011.01.014Хомик М. В., Кашкаров Н. Г., Поршевников Н. Н. Сравнительная оценка промывочных жидкостей для бурения в условиях Крайнего Севера // Бурение скважин на газовых месторождениях Западной Сибири: сб. / Под ред. П. Т. Шмыгля. – Тюмень: ЗапсибНИГНИ, 1976. – С. 79–82.Khomik, M. V., Kashkarov, N. G., & Porshevnikov, N. N. (1976). Sravnitel'naya otsenka promyvochnykh zhidkostey dlya bureniya v usloviyakh Kraynego Severa. Burenie skvazhin na gazovykh mestorozhdeniyakh Zapadnoy Sibiri. Tyumen, ZapsibNIGNI Publ., pp. 79-82. (In Russian).Солевые и тампонажные композиции на основе вторичных материальных ресурсов производства соды / В. П. Овчинников [и др.]. – М.: Недра, 2000. – 214 с.Ovchinnikov, V. P., Frolov, A. A., Shatov, A. A., Vyahirev, V. I., Sorokin, V. F. & Ovchinnikov, P. V. (2000). Solevye i tamponazhnye kompozitsiii na osnove vtorichnykh material'nykh resursov proizvodstva sody. Moscow, Nedra Publ., 214 p. (In Russian).Шевченко А. Н. Влияние температурного режима скважины на эффективность бурения мерзлых массивов // Вестник Иркутского государственного технического университета. – 2011. – № 11 (58). – С. 117–120.Shevchenko, A. N. (2011). Effect of the well temperature regime on the drilling efficiency of frozen massifs. Proceedings of Irkutsk State Technical University, (11(58)), pp. 117-120. (In Russian).Goodge J. W., Severinghaus J. P. Rapid Access Ice Drill: a new tool for exploration of the deep Antarctic ice sheets and subglacial geology // Journal of Glaciology. – Vol. 62, Issue 236. – P. 1049–1064. DOI: 10.1017/jog.2016.97Goodge, J. W., & Severinghaus, J. P. (2016). Rapid Access Ice Drill: a new tool for exploration of the deep Antarctic ice sheets and subglacial geology. Journal of Glaciology, 62(236), pp. 1049-1064. (In English). DOI: 10.1017/jog.2016.97Environmental considerations of low-temperature drilling fluids / P. Talalay [et al.] // Annals of Glaciology. – 2014. – Vol. 55, Issue 65. – С. 31–40. DOI: 10.3189/2014AoG65A226Talalay, P., Hu, Zh., Xu, H., Yu, D., Han, L., Junjie, H., & Wang, L. (2014). Environmental considerations of low-temperature drilling fluids. Annals of Glaciology, 55(65), pp. 31-40. (In English). DOI: 10.3189/2014AoG65A226Analysis on wellhead stability during drilling operation in arctic permafrost region / Z. Wang [et al.] // Proceedings of the International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering – OMAE 36. Том. 8. Polar and Arctic Sciences and Technology; Petroleum Technology. – Сер. ASME 2017 36th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering, OMAE 2017. – 2017. – Available at: https://doi.org/10.1115/omae2017-61868.Wang, Z., Wang, X., Sun, B., Deng, X., Zhao, Y., Gao, Y., & Li, H. (2017). Analysis on wellhead stability during drilling operation in arctic permafrost region. Proceedings of the International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering - OMAE 36. Volume. 8. Polar and Arctic Sciences and Technology; Petroleum Technology. - Ser. ASME 2017 36th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering, OMAE 2017. (In English). Available at: https://doi.org/10.1115/omae2017-61868Sheldon S. G., Popp T. J., Hansen S. B., Steffensen J. P. Promising new borehole liquids for ice-core drilling on the East Antarctic high plateau // Annals of Glaciology. – 2014. – Vol. 55, Issue 68. – P. 260–270. DOI: 10.3189/2014AoG68A043Sheldon, S. G., Popp, T. J., Hansen, S. B., & Steffensen, J. P. (2014). Promising new borehole liquids for ice-core drilling on the East Antarctic high plateau. Annals of Glaciology, 55(68), pp. 260-270. (In English). DOI: 10.3189/2014AoG68A043Talalay P. Drilling fluids for deep coring in central Antarctica. Technical Report PRC 12-01. – Polar Research Center, Jilin University, China, 2011. – Available at: https://icedrill.org/sites/default/files/DRILLING-FLUIDS-Final_PRC-12-01.pdf.Talalay, P. (2011). Drilling fluids for deep coring in central Antarctica. Technical Report PRC 12-01. Polar Research Center, Jilin University, China. (In English). Available at: https://icedrill.org/sites/default/files/DRILLING-FLUIDS-Final_PRC-12-01.pdfGerasimoff M. Drilling fluid observations and recommendations for U.S. Polar Program, WAIScores Drilling Project. – Madison, 2003. – Available at: http://www.ssec.wisc.edu/icds/reports/Drill_Fluid.pdf.Gerasimoff, M. (2003). Drilling fluid observations and recommendations for U.S. Polar Program, WAIScores Drilling Project. Madison. (In English). Available at: http://www.ssec.wisc.edu/icds/reports/Drill_Fluid.pdfTuma P. E. Fluoroketone C2F5C(O)CF(CF3)2 as a Heat Transfer Fluid for Passive and Pumped 2-Phase Applications // 24th IEEE SEMI-THERM Symposium. – 2008. DOI: 10.1109/STHERM.2008.4509386.Tuma, P. E. (2008). Fluoroketone C2F5C(O)CF(CF3)2 as a Heat Transfer Fluid for Passive and Pumped 2-Phase Applications. 24th IEEE SEMI-THERM Symposium. (In English). DOI: 10.1109/STHERM.2008.4509386Пат. RU 2460717. Способ получения перфторэтилизопропилкетона в реакторе идеального вытеснения / Барабанов В. Г., Бабенко Ю. И., Биспен Т. А., Васильев А. С., Маталин В. А., Молдавский Д. Д., Феничев И. М.; заявл. 06.12.10; опубл. 10.09.12.Barabanov, V. G., Babenko, Yu. I., Bispen, T. A., Vasil'ev, A. S., Matalin, V. A., Moldavskiy, D. D., & Fenichev, I. M. Sposob polucheniya perftoretilizopropilketona v reaktore ideal'nogo vytesneniya. Pat. RU 2460717. Applied: 06.12.10. Published: 10.09.12. (In Russian).Получение перфторэтилизопропилкетона из гексафторпропена/ Т. А. Биспен [и др.] // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). – 2016. – № 37 (63). – С. 29–31.Bispen, Т. А., Maslennikov, I. G., Moldavsky, D. D., & Fenichev, I. M. (2016). Production of perfluoroethylisopropylketone from hexafluoropropene. Bulletin of the Saint Petersburg State Institute of Technology (Technical University), (37(63)), pp. 29-31. (In Russian).Об электропроводности многолетнемерзлых горных пород / В. Н. Захаренко [и др.] // Вестник Томского государственного университета. – 2012. – № 359. – С. 182–187.Zakharenko, V. N., Krakovetskiy Yu. К., Parnachev, V. P. & Popov, L. N. (2012). On conductivity of permafrost. Tomsk State University Journal, (359), pp. 182-187. (In Russian).Тимофеев Н. Г., Скрябин Р. М., Пинигин В. В. О температурном режиме при бурении скважин в условиях криолитозоны // Вестник Северо-Восточного федерального университета им. М. К. Аммосова. Серия «Наука о земле». – 2017. – № 3 (07). – С. 54–61.Timofeev, N. G., Skryabin, R. M., Pinigin, V. V. (2017). About temperature during drilling in cryolithozone. Vestnik of North-Eastern Federal University. Series "Earth Sciences", (3(07)), pp. 54-61. (In Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.