Промывка скважин и буровые растворы

Продолжение табл. 7.1

Продолжение табл. 7.1

Таблица 7.4

Таблица 7.9

Таблица 7.10

Таблица 7.13

Рис. 7.14. Гидроциклон

Глава 7

ПРОМЫВКА  СКВАЖИН И БУРОВЫЕ РАСТВОРЫ

При бурении  скважин важнейшее значение имеют  буровые промывочные растворы. От их способности выполнять свои функции в различных геолого-технических условиях зависит эффективность буровых работ.

Тяжелые осложнения в процессе бурения, а  в некоторых случаях и ликвидация скважин, нарушение режима эксплуатации нефтяных и газовых месторождений, связанные со значительным ущербом народному хозяйству, могут быть обусловлены низким качеством буровых растворов, отсутствием надежных методов и средств управления ими.

С увеличением  глубины скважин повышаются температуры  и давления, скважина вскрывает горизонты с различными по химической природе флюидами (газ, нефть, пластовая вода), минералогический состав пород также разнообразен, поэтому бурение все больше становится физико- химическим процессом. Этот процесс протекает в среде бурового раствора и других специальных жидкостей.

Название  «буровой промывочный раствор», или  «буровой раствор», не отражает физико-химической сущности этих систем, и использование его в дальнейшем связано лишь с традициями в нефтяной и газовой промышленности. По составу эти системы должны быть отнесены к сложным полиминеральным дисперсиям, стабилизированным поверхностно-активными веществами (ПАВ).

Различают физические и химические свойства бурового раствора. В свою очередь, физические свойства делятся на термодинамические, коллоидно-реологические, фильтрационные, теплофизические и электрические (рис. 7.1). Термины, характеризующие эти свойства, и их определения приведены в табл. 7.1.

Термины и определения, отражающие основные операции технологического процесса промывки скважин, приведены на рис. 7.2 и в табл. 7.2.

Основная  технологическая операция промывки скважины — прокачивание бурового раствора по ее стволу. Однако для выполнения этой операции необходимо реализовать вспомогательные операции: приготовление бурового раствора, его утяжеление, обработку химическими реагентами, очистку от шлама и газа и др.

Технологическое оборудование для промывки скважин (рис. 7.3) представляет собой ряд взаимосвязанных систем: приготовления и обработки бурового раствора, очистки его от шлама и газа, циркуляции. Каждая система включает ряд блоков и (или) несколько единиц оборудования. Эффективность работы каждого блока зависит от качества работы всех систем. 
 

Рис. 7.1. Классификация основных свойств  бурового раствора

 

Таблица 7.1

Термины и определения основных показателей бурового раствора

 

Определение

Масса единицы объема бурового раствора

Величина, косвенно характеризующая  гидравлическое сопротивление течению, определяемая временем истечения заданного объема бурового раствора через вертикальную трубку

Величина, характеризующая  сопротивление бурового раствора сдвигу, определяемая силой, вызывающей этот сдвиг и приложенной к единице поверхности сдвига

Касательное напряжение сдвига

Динамическое  напряжение сдвига

Термин

Плотность Условная вязкость

Пластическая вязкость

Величина, характеризующая  темп роста касательных напряжений сдвига при увеличении скорости сдвига в случае, когда зависимость касательного напряжения сдвига от градиента скорости сдвига представлена в виде прямой (не проходящей через начало координат), определяемая углом наклона этой прямой Величина, косвенно характеризующая прочностное сопротивление бурового раствора течению, определяемая отрезком на оси касательного напряжения сдвига, отсекаемым прямой, отображающей зависимость касательной напряжения сдвига от градиента скорости сдвига при течении бурового раствора 

Термин

Размерность

Определение

 

Эффективная вязкость

Статическое напряжение сдвига

Показатель фильтрации

Толщина фильтрационной корки

Показатель коллоидальности

Коэффициент коллоидальности

Показатель минерализации

Водородный показатель

Напряжение электропробоя

Электрическое сопротивление

Па-с

Па

3

см

мм

В

Ом Па

Показатель консистенции бурового раствора

Дж/(кг-°С)

Показатель неньютоновского поведения бурового раствора Показатель седиментации бурового раствора

Удельная теплоемкость бурового раствора

Величина, косвенно характеризующая  вязкость бурового раствора, определяемая отношением касательного напряжения сдвига к соответствующему градиенту скорости сдвига

Величина, характеризующая  прочностное сопротивление бурового раствора, находящегося в покое заданное время, определяемая касательным напряжением сдвига, соответствующим началу разрушения его структуры

Величина, косвенно характеризующая  способность бурового раствора отфильтровываться  через стенки ствола скважины, определяемая количеством дисперсионной среды, отфильтрованной через проницаемую перегородку ограниченной площади под действием определенного перепада давления за определенное время

Величина, косвенно характеризующая  способность бурового раствора к  образованию временной крепи  на стенках скважины, определяемая толщиной слоя дисперсной фазы, отложившейся на ограниченной поверхности проницаемой перегородки под действием определенного перепада давления за определенное время

Величина, косвенно характеризующая  физико-химическую активность дисперсной фазы бурового раствора, определяемая количеством вещества, адсорбированного единицей массы дисперсной фазы Величина, равная отношению показателя коллоидальности дисперсной фазы бурового раствора к показателю коллоидальности эталонной дисперсной фазы бурового раствора

Величина, косвенно характеризующая содержание водорастворимых солей в буровом растворе, условно определяемая эквивалентным содержанием солей хлористого натрия

Величина, характеризующая  активность или концентрацию ионов водорода в буровом растворе, равная отрицательному десятичному логарифму активности или концентрации ионов водорода Величина, косвенно характеризующая стабильность буровых растворов на углеводородной основе, определяемая разностью потенциалов в момент разряда тока между расположенными на определенном расстоянии электродами, погруженными в буровой раствор

Сопротивление бурового раствора проходящему через него электрическому току

Коэффициент степенной функции, отображающей зависимость касательного напряжения сдвига от градиента скорости сдвига в выбранном интервале скоростей при течении бурового раствора Показатель степени функции, отображающей зависимость касательного напряжения сдвига от градиента скорости сдвига при течении бурового раствора Величина, косвенно характеризующая стабильность бурового раствора и определяемая количеством дисперсной фазы, отделившейся от определенного объема бурового раствора в результате гравитационного разделения компонентов за определенное время Количество теплоты, необходимой для нагревания единицы массы бурового раствора на один градус 

Рис. 7.2. Классификационная схема  промывки скважин

 

 

Рис. 7.3. Классификационная схема  технологического оборудования для  промывки скважины

 

Термин	Размерность	Определение
Коэффициент теплопроводности бурового раствора Термический коэффициент объемного расширения	Вт/(м-°С)	Величина, характеризующая способность  бурового раствора проводить теплоту, определяемая количеством теплоты, проходящей в единицу времени через единицу изотермической поверхности при температурном градиенте, равном единице Величина, характеризующая изменение  объема бурового раствора с изменением температуры при постоянном внешнем давлении и определяемая относительным изменением объема при нагревании на 1 К, отнесенного к объему бурового раствора при данной температуре

Таблица 7.2

Основные термины и  определения для технологического процесса промывки скважины

 

Термин

Определение

Промывка ствола скважины Приготовление  бурового раствора

Смешивание компонентов бурового раствора

Диспергирование компонентов бурового раствора

Перемешивание бурового раствора

Дозированная подача компонентов  бурового раствора

Обработка бурового раствора

Аэрация бурового раствора

Химическая обработка бурового раствора Утяжеление бурового раствора

Прокачивание бурового раствора по стволу скважины

Подпор бурового раствора Закачивание  бурового раствора Очистка бурового раствора

Технологический процесс при строительстве  скважины с использованием бурового раствора Комплекс технологических  операций по созданию бурового раствора определенного типа из исходных компонентов

Технологическая операция приготовления бурового раствора, заключающаяся в соединении его исходных компонентов

Технологическая операция приготовления бурового раствора, заключающаяся в измельчении его компонентов

Технологическая операция приготовления и обработки, заключающаяся в равномерном распределении компонентов в данном объеме бурового раствора и вовлечении объема бурового раствора в движение

Технологическая операция приготовления, обработки, утяжеления бурового раствора, заключающаяся в подаче компонентов в зону смешивания в определенном количестве во времени Комплекс технологических операций промывки ствола скважины, заключающийся в регулировании свойств бурового раствора химическими или физико-механическими методами Технологическая операция обработки бурового раствора, заключающаяся во введении в него газообразных агентов для понижения плотности Комплекс технологических операций обработки бурового раствора химическими реагентами Технологическая операция обработки бурового раствора, заключающаяся во введении в него утяжелителя для повышения плотности Комплекс технологических операций промывки ствола скважины, заключающийся в прокачивании бурового раствора по схеме буровой насос — ствол скважины — буровой насос Технологическая операция прокачивания бурового раствора по стволу скважины, заключающаяся в принудительной подаче бурового раствора в приемную линию бурового насоса Технологическая операция прокачивания бурового раствора по стволу скважины, заключающаяся в приемке и нагнетании бурового раствора в скважину

Комплекс технологических операций, заключающийся в удалении примесей из бурового раствора 

Термин

Определение

Очистка бурового раствора от шлама Очистка бурового раствора от шлама  сетками Очистка бурового раствора от шлама  в отстойниках Очистка бурового раствора от шлама  в гидроциклонах Дегазация бурового раствора Регенерация компонентов бурового раствора Замена бурового раствора

Комплекс технологических операций, заключающийся в удалении шлама из бурового раствора Технологическая операция очистки бурового раствора от шлама путем пропускания его через вибрирующую сетку Технологическая операция очистки  бурового раствора от шлама путем осаждения его в отстойниках Технологическая операция очистки  бурового раствора от шлама путем отделения его под действием инерционных сил в гидроциклонах Технологическая операция очистки бурового раствора по удалению из него газообразного агента Комплекс технологических операций промывки ствола скважины, заключающийся в извлечении исходных компонентов из бурового раствора для последующего их использования Комплекс технологических операций промывки ствола скважины, заключающийся в замещении всего рабочего объема или его части другим буровым раствором

 

7.1. ФУНКЦИИ ПРОЦЕССА  ПРОМЫВКИ СКВАЖИН

Технологический процесс промывки скважин должен быть спроектирован и реализован так, чтобы достичь лучших технико-экономических показателей бурения. При этом главное внимание необходимо уделять выполнению основных технологических функций и ограничений, приведенных в табл. 7.3.

Часто стремление к качественному выполнению процесса промывки приводит к невыполнению ограничений. В этих случаях прежде всего решаются оптимизационные задачи, цель которых — выбрать в каждом конкретном случае экономически наиболее выгодное сочетание технологических показателей процесса промывки, обеспечивающих минимальную стоимость скважины и достижение поставленной цели при сохранении высокого качества объекта.

Одной из функций промывки считают  разрушение забоя скважины. Это требование не является обязательным, так как  основную роль в раз-

Таблица 7.3

Функции и ограничения  процесса промывки скважин

Функция	Ограничение
Разрушать забой Очищать забой от шлама и транспортировать шлам на дневную поверхность Компенсировать избыточное пластовое давление флюидов Предупреждать овалы стенок скважины Взвешивать компоненты раствора и шлам Сбрасывать шлам в отвал Смазывать и охлаждать долото, бурильный  инструмент и оборудование	Не разрушать долото, бурильный  инструмент и оборудование Не размывать  ствол скважины Не приводить к поглощениям  раствора и не подвергать гидроразрыву пласты Не ухудшать проницаемость продуктивных горизонтов Не приводить к высоким потерям  гидравлической энергии Не сбрасывать в отвал компоненты бурового раствора Не вызывать осыпей и обвалов  стенок скважины