Буровые растворы

                ВВЕДЕНИЕ.

Буровой раствор, применяемый  при бурении скважин, выполняет  одновременно ряд функций, обеспечивающих предупреждение и борьбу с осложнениями. Буровой раствор – это сложная  многокомпонентная система, регулирование  свойств которого осуществляется введением  в него различных материалов и  химических реагентов. Буровые растворы должны обеспечивать безопасность ведения  работ при высоких скоростях  бурения и выполнение заключительных работ по выводу работ скважины из бурения с максимальной продуктивностью. Буровые растворы или промывочные жидкости за полувековой период прошли эволюцию от вспомогательного элемента технологии строительства скважин до фактора, решающим образом определяющего эффективность и конечный результат буровых работ в целом. По мере освоения новых нефтяных и газовых месторождений, расширения географических регионов и усложнения геолого-технических условий бурения роль буровых растворов неуклонно возрастала в прошлом, не ослабла эта тенденция и в настоящее время. Современные методы бурения скважин различного профиля и назначения, включая бурение горизонтальных скважин для прокладки трубопроводов и линий связи под водоемами и градостроительными объектами, требуют новых технических решений и технологических разработок.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                 1. ФУНКЦИИ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОМЫВОЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН.

 

Функция промывочных жидкостей:

         1. Удаление продуктов разрушения  из скважины;

         2. Охлаждение породоразрушающего  инструмента и бурильных труб;

         3. Удержание частиц выбуренной  породы во взвешенном состоянии;

         4. Создание гидростатического равновесия  в системе "ствол скважины - пласт";

5. Сохранение  проницаемости продуктивных горизонтов;

6. Перенос энергии  от насосов к забойным механизмам;

7. Обеспечение  проведения геофизических исследований;

8. Предохранение  бурового инструмента и оборудования  от коррозии и абразивного  износа;

9. Закупоривание  каналов с целью снижения поглощения  бурового раствора

и   водопритоков;

10. Предотвращение  газо-, нефте-, водо проявлений;

11. Снижение коэффициента  трения.

      Классификация промывочных жидкостей:

В практике бурения  в качестве буровых растворов  используются:

1) вода;

2) водные растворы;

3) водные дисперсные  системы на основе:

– добываемой твердой  фазы (глинистые, меловые, сапропелевые, комбинированные

растворы)

– жидкой дисперсной фазы (эмульсии);

– конденсированной твердой фазы;

– выбуренных горных пород (естественные промывочные жидкости);

4) дисперсные  системы на углеводородной основе; 5) сжатый воздух.

В исключительных условиях для промывки скважин используются углеводородные жидкости

(дизельное топливо,  нефть);

Все дисперсные системы  с твердой фазой могут быть с малым (до 7%), нормальным (до 20

– 22%) и повышенным содержанием (более 20 – 22%) твердой фазы.

Буровые растворы в определенных условиях могут искусственно насыщаются воздухом и

переходят в категорию  аэрированных. В воде и водных растворах  воздух в зависимости от

его содержания может  выступать в качестве дисперсной фазы или дисперсионной среды.

          Классификация промывочных жидкостей приведена в таблице:

Основной признак,  Характеризующий раствор	Характеристика
Дисперсионная среда	Водная  неводная
Состав активной (коллоидной) дисперсной фазы	Безглинистая  Малоглинистая (до 10% глины)  Глинистая  Глинистая-органофильная  Битумная
Степень минерализации	Слабоминерализованная  (<3%)  Среднеминерализованная (<10%)  Высокоминерализованная (>10%)
Состав минерализации	Хлорнатриевая (солевая)  Хлоркалиевая  Хлормагниевая  Сульфатномагниевая  Хлоркальциевая (высококальциевая)  Гипсовая (ангидритовая)  Известковая  Силикатная (малосиликатная)  Алюминатная
Состав наполнителей	Аэрированная  Эмульсионная (нефть  в воде и наоборот)  Утяжелённая  Карбонатная (мел,  известняк)  Минералы выбуренных  пород
Величина рН	Высокощелочная (>11,5)  Среднещелочная (8,5 –  11,5)  Слабощелочная (7,0 –  8,5)  Нейтральная (7,0)  Кислая (<7,0)
Химическая обработка	Обработанные  Необработанные
Способ приготовления	Искусственно приготовленные  Естественные (из выбуренной  породы)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

           Очистка забоя скважины от  обломков выбуренной породы и  вынос их на поверхность. 

Важнейшим условием успешного бурения является современное  и полное удаление с забоя 

скважин обломков выбуренной породы. Выполнение этого  условия зависит от количества и 

качества прокачиваемого через скважину раствора. Чем больше поступает в скважину

бурового раствора в единицу времени, тем лучше  и своевременнее очищается забой 

скважины, тем  эффективнее работает долото при  разрушении горной породы на забое  и 

тем выше механическая скорость бурения.

Большое значение имеет вязкость прокачиваемого бурового раствора. Маловязкий раствор 

лучше очищается  на поверхности от шлама и эффективнее  очищает забой по сравнению с 

высоковязким. Вязкость бурового раствора обычно оценивается  условно по времени 

истечения определённого  объёма его из стандартной воронки.

Удержание частиц выбуренной породы во взвешенном состоянии.

В процессе бурения  скважины в затрубном пространстве находится большое количество

частиц выбуренной породы, поднимаемой буровым раствором  с забоя. При вынужденном 

прекращении циркуляции раствора эти частицы могут оседать, образуя пробки в стволе

скважины, что  часто приводит к прихвату бурильной  колонны, т. е. к невозможности 

извлечения бурильных  труб из скважины.

Для предотвращения этих осложнений буровой раствор  должен быть таким, чтобы 

частицы выбуренной породы не оседали в нём, а могли  длительное время удерживаться во

взвешенном состоянии. Для выполнения этой функции раствор  должен обладать

тиксотропными свойствами, т. е. способностью загустевать при  прекращении 

прокачивания, образуя  структуру, а при механическом воздействии (взбалтывании,

перемешивании, циркуляции) вновь приобретать хорошую подвижность  и прокачиваемость.

Для оценки тиксотропных свойств буровых растворов измеряют предельное статическое 

напряжение сдвига, характеризующее усилие, необходимое  для того, чтобы разрушить 

структуру находящегося в покое бурового раствора.

которого играют важную роль в предотвращении поглощений.

Обеспечение эффективной работы турбобура.

При турбинном  способе буровой раствор является источником энергии, обеспечивающим

работу турбобура  и долота. Буровой раствор, подаваемый через трубы на лопатки 

турбобура, приводит во вращение вал турбобура, который  в свою очередь вращает долото.

При движении раствора внутри труб, долота и турбобура  возникают местные 

гидравлические  сопротивления, которые снижают  эффективность работы турбобура, так 

как не позволяют  использовать

максимальную  производительность буровых насосов, прокачивающих раствор в скважину.

Одним из способов снижения гидравлических сопротивлений  является применение

маловязких буровых  растворов со специальными добавками. Наименьшие гидравлические

сопротивления возникают  при бурении с промывкой забоя  водой.

        Предупреждение водо-, нефте- и  газопроявлений и поглощений  бурового раствора.

Газ, вода и нефть  находятся в пласте под определённым давлением. При вскрытии пласта

жидкость или  газ, заключённые в нём, под действием  пластового давления стремятся 

проникнуть в  скважину, но для этого они должны преодолеть давление со стороны 

бурового раствора. Если пластовое давление превышает  давление бурового раствора,

жидкость или  газ из пласта будет проникать  в скважину, что при высоком  перепаде

давлений может  приводить к тяжёлым авариям.

Предотвращение  этих осложнений может быть достигнуто увеличением 

гидростатического давления столба бурового раствора с  целью уравновешивания

пластового давления. Для этого с помощью специальных  добавок увеличивают удельный

вес бурового раствора. Если это противодавление оказалось  недостаточным, газ из

пласта начинает проникать в скважину и, попадая  в раствор, снижает его удельный вес,

таким образом  ещё более уменьшая давление гидростатического  столба бурового

раствора и  противодавление его на проявляющий  пласт. В результате создаётся 

положение, когда  давление пласта намного превышает  противодавление, создаваемое 

буровым раствором. Пласт начинает интенсивно проявлять  себя, что часто приводит к

выбросу раствора из скважины и открытому фонтанированию.

Для предотвращения этих явлений буровой раствор  при вскрытии газовых пластов  должен

обладать соответствующим  удельным весом, а также иметь  такую вязкость, чтобы в 

случае проникновения  газа пузырьки его могли проскакивать в растворе, подниматься на

поверхность и  уходить из него в желобной системе.

При разбуривании зон с пониженным пластовым давлением  возможно обратное явление – 

бурового раствора в пласт, т. е. поглощение раствора, что  нарушает режим 

промывки и  может привести к прекращению  циркуляции и связанным с этим осложнением в 

скважине.

При поглощении бурового раствора снижается уровень его  в скважине, при этом

уменьшается давление гидростатического столба жидкости на продуктивные пласты, что 

часто приводит к  газо-водо-нефтепроявлениям, осыпям и  обвалам неустойчивых пород.

Величина поглощения бурового раствора зависит от разности давлений скважина – 

пласт, состояния  поглощающего пласта (пористости, наличия  трещин и каверн). В 

зависимости от размера  поглощений предъявляются различные  требования к буровому

раствору, свойства которого играют важную роль в предотвращении поглощений.

Обеспечение эффективной работы турбобура.

При турбинном  способе буровой раствор является источником энергии, обеспечивающим

работу турбобура  и долота. Буровой раствор, подаваемый через трубы на лопатки 

турбобура, приводит во вращение вал турбобура, который  в свою очередь вращает долото.

При движении раствора внутри труб, долота и турбобура  возникают местные 

гидравлические  сопротивления, которые снижают  эффективность работы турбобура, так 

как не позволяют  использовать максимальную производительность буровых насосов,

прокачивающих раствор  в скважину. Одним из способов снижения гидравлических

сопротивлений является применение маловязких буровых растворов  со специальными

добавками. Наименьшие гидравлические сопротивления возникают  при бурении с промывкой 

забоя водой.

Облегчение  процесса разрушения породы.

Буровые растворы в зависимости от содержания в  них специальных химических добавок