Промывка скважин и буровые растворы

г) обработки высокощелочными соединениями, увеличивающими гли- ноемкость буровых растворов;

д) использования модифицированных лигносульфонатов;

е) обработки раствора полимерными соединениями.

В практике бурения скважин при разбуривании глинистых пород для уменьшения числа осложнений, связанных с  загустеванием раствора, саль- никообразованиями  и нарушениями целостности ствола скважины, нередко используют высокощелочные глинистые и безглинистые растворы с рН = 11-13. К ним относят растворы, обработанные лигносульфонатами в сочетании с едким натром, известковые, алюминатные, безглинистые, солестойкие.

Все высокощелочные системы ограниченно термостойки, и чем выше коллоидность разбуриваемых  пород, тем ниже термостойкость раствора.

Химические реагенты-стабилизаторы  в высокощелочной среде работают хуже.

Алюминатные растворы - это буровые глинистые промывочные растворы из кальциевой глины, которые содержат ингибирующую добавку - высокощелочной алюминат натрия, стабилизированный лигносульфона- тами.

Алюминатные растворы бывают пресными и соленасыщенными. Пресные используют для разбуривания глинистых отложений в условиях невысоких (до 100 °С) забойных температур. В качестве реагента- стабилизатора используют только ССБ, применяемую совместно с алюминатом натрия. Алюминатные глинистые растворы (АлГР) обладают устойчивостью в широком диапазоне хлорнатриевой минерализации и небольшими показателями фильтрации.

Для приготовления  алюминатного глинистого раствора используют черкасский немодифицированный бентонит или другую кальциевую глину. Преимущество АлГР, приготовленного из кальциевых глин, по сравнению с раствором из натриевых глин следующее: при равном расходе реагентов он имеет меньшие значения показателя фильтрации, вязкости и СНС.

Порядок приготовления  АлГР следующий: в воду, содержащую необходимое количество ССБ, добавляют глину и вводят алюминат натрия. В связи с недостаточным выпуском алюмината натрия возможна его замена алюминатом кальция, в качестве которого используют глиноземистый (или гипсоглиноземистый) цемент.

На приготовление 1 м³ АлГР требуется (в кг): глины 500-700, воды 765-540, ССБ (50%-ной концентрации) 30-150, NaAIO₂ (30%-ной концентрации) 5-30. Плотность получаемого раствора 1,3-1,5 г/см³.

После приготовления  раствор следует выдержать не менее суток. Так как плотность  алюминатного раствора доходит до 1,5 г/см³, во многих случаях его можно использовать без утяжелителя. Однако приготовить алю- минатный раствор плотностью 1,04-1,08 г/см³ невозможно.

Пенообразование у растворов, содержащих лигносульфонаты, уменьшается с увеличением добавок алюмината натрия и содержания глинистой фазы. Для предотвращения пенообразования в раствор вводят пеногасите- ли (производные жирных кислот, РС, ПЭС, трибутилфосфат и др.).

Известковые растворы с высоким рН - это сложные многокомпонентные системы, включающие кроме глины и воды четыре обязательных реагента: известь, каустик, понизитель вязкости, защитный коллоид. В их состав также могут входить нефть или дизельное топливо, утяжелитель и различные добавки специального назначения.

Известковые растворы используют при разбуривании высококоллоидных глинистых пород и аргиллитов. В результате применения известковых растворов повышается их глиноемкость, снижаются пептизация выбуренной глины, набухание и вспучивание сланцев, слагающих стенки скважины, уменьшается опасность прихватов.

В отличие от алюминатных известковые растворы - ограниченной со- лестойкости (до 5 % по NaCI).

Основной недостаток известковых растворов - невысокая  термостойкость (100-120 °С).

На приготовление 1 м³ известкового раствора (в пересчете на сухое вещество) требуется (в кг): глины 80-120, УЩР 5-10, лигносульфоната 50-30, каустика 5-3, воды 913-915, утяжелителя - до получения раствора требуемой плотности.

Снижение  фильтрации достигается добавками 1-3 кг/м³ КМЦ (или гипана) или 20-30 кг/м³ КССБ-4.

Значения  показателей растворов могут  изменяться в широких пределах: плотность 1,08-2,2 г/см³, условная вязкость 18-30 с, показатель фильтрации 4-8 см³/30 мин, СНС₁ = 6-24 дПа, рН = 11-12,5. Содержание извести в растворе должно составлять 3-5 г/л, содержание ионов кальция в фильтрате раствора - 100-300 мг/л.

Для приготовления  известкового глинистого раствора глинопорошок необходимо предварительно продиспергировать в пресной воде с добавкой УЩР, влить воду, щелочной раствор лигносульфоната (ССБ, окзил или др.) и ввести известь в виде пушенки или известкового молока. Для приготовления известкового раствора можно использовать пресный раствор.

Для перевода раствора в известковый основное значение имеют концентрация глинистой фазы и ее коллоидность. Известкование осуществляется в следующем порядке: при наличии в растворе высококоллоидных глинистых минералов сначала вводят щелочной раствор лигносульфоната (2-5 %) и при необходимости - воду. После получения вязкости 25-30 с (по ПВ-5) раствор обрабатывают известью (0,5-1 %) в сочетании с щелочным раствором лигносульфоната (2-3 %). Если после известкования показатель фильтрации повышается, то вводят 0,1-0,3 % КМЦ, 1-3 % КССБ или другие добавки.

Известковые растворы применяют до температуры 100-120 °С.

Безглинистые солестойкие растворы (БСК) состоят из бурого угля, каустической соды, воды и гидроксида поливалентного металла; применяются при проводке скважин, осложненных наличием хемогенных отложений, осыпающихся и склонных к обвалам терригенных пород.

Крепящее  действие основано на образовании в  определенных температурных условиях нерастворимых в воде цементирующих веществ - гидросиликатов и гидроалюминатов двухвалентных металлов. При отсутствии двухвалентных катионов в буровом растворе и разбуриваемых породах происходит только химическое разрушение щелочью глинистых минералов без связывания продуктов разрушения в нерастворимые соединения. При отсутствии каустической соды и наличии только ионов кальция буровой раствор превращается в разновидность кальциевого раствора.

Крепящий  эффект раствора БСК лучше проявляется  при достаточно высокой концентрации каустической соды (не менее 0,2 %) и избытке в жидкости нерастворенного гидроксида двухвалентного металла - Са(ОН)₂, Ва(ОН)₂ и др.

Недостатки  этих растворов - низкая термостойкость и высокая щелочность. Так как при использовании данного раствора не исключен переход в него выбуренной породы, то возможно сильное загустевание и даже затвердение раствора.

Основные  материалы для приготовления  раствора БСК - бурый уголь или  торф, каустическая сода и гидроксид  двухвалентного металла. В начальной стадии приготовления необходимы повышенные концентрации каустической соды при насыщении системы гидроксидом кальция и некотором его избытке. Количество бурового угля при приготовлении жидкости может меняться в зависимости от того, заменяется ли система глинистого раствора полностью или используется часть глинистого раствора, находящегося в скважине.

Для приготовления 1 м³ БСК требуется (в кг): бурового угля 300 — 400, каустической соды 15 — 20, известкового молока (плотностью 1,1 — 1,12 г/см³) 90—100, воды 750 — 700. При использовании части глинистого раствора на 1 м³ расходуется 50—150 кг бурового угля, 10 — 15 каустической соды, 15 — 45 л известкового молока.

Вязкость  БСК зависит от количества введенного бурового угля. Вследствие высокой щелочности (рН = 13-14) раствор термостоек до 100 °С.

Кальциевые растворы — ингибирующие глинистые промывочные растворы, содержащие кроме глины, воды, нефти и утяжелителя, реагентов- понизителей вязкости, фильтрации и регуляторов щелочности специальные вещества — носители ионов кальция.

Действие их заключается в основном в предотвращении перехода выбуренной глины в натриевую форму, в переводе натриевой глины в кальциевую, в результате чего снижаются гидратация и набухание сланцев.

Известковый раствор с низким рН — кальциевый буровой раствор, содержащий в качестве ингибитора-носителя ионов кальция гидроксид кальция, более высокая растворимость которого обеспечивается пониженным значением рН раствора (9 — 9,5), предназначен для разбуривания глинистых отложений; термостоек до 160 °С.

В процессе бурения контролируют содержание кальция в фильтрате, содержание извести в растворе и рН раствора.

На  приготовление 1 м³ известкового раствора с низким рН требуется (в кг): глины 80 — 200, лигносульфонатного реагента 20 — 30, пеногасителя 3, полимерного реагента 5—10, воды 915 — 867, известкового молока (плотностью 1,10—1,12 г/см³) 3 — 6, утяжелителя — до получения раствора необходимой плотности.

Технологические показатели могут изменяться в широких  пределах: плотность 1,04 — 2,2 г/см³, условная вязкость 25 — 40 с, показатель фильтрации 4 — 8 см³/мин, СНС₁ = 12-60 дПа, СНС₁₀ = 30-90 дПа, рН = 8,5-9,5.

Основные  характеристики раствора следующие: содержание извести должно поддерживаться в  пределах от 0,5 до 1 г/л, содержание ионов  кальция в фильтрате — 500 — 600 мг/л.

Гипсоизвестковый раствор — ингибирующий кальциевый раствор, содержащий в качестве носителя ионов кальция гипс и гидроксид кальция.

Добавка гипса (алебастра) в раствор составляет 20 — 25 кг/м³. Содержание растворимого кальция зависит от качества гипса, используемых лигносульфонатов, рН бурового раствора и может быть в пределах от 700 до 3000 мг/л.

Гипсовые  растворы предназначены для разбуривания высококоллоидных глинистых пород в условиях высоких забойных температур (до 160 °С).

На  приготовление 1 м³ гипсоизвесткового раствора необходимо (в кг): глины 80 — 200, воды 950 — 900, окзила (или ФХЛС) 5—10, Са(оН)₂ (или КОН) — 2 — 3, КМЦ 3 — 5, Na₂Cr₂0₇ (или К₂Сг₂0₇) 0,5—1, гипса (или алебастра) 15 — 20, пеногасителя 3 — 5, утяжелителя — до получения раствора необходимой плотности.

Показатели  раствора: плотность 1,04 — 2,2 г/см³, условная вязкость 25 — 40 с, показатель фильтрации 3 — 6 см³/30 мин, СНС₁ = 12-60 дПа, СНС₁₀ = = 30-90 дПа, рН = 8,5-9,5.

Хлоркальциевый раствор (ХКР) - ингибирующий кальциевый раствор, содержащий в качестве ингибирующей добавки хлорид кальция.

Установлено, что оптимальное содержание катионов кальция, при котором достигается ингибирование, составляет 3000-5000 мг/л. Хлоркаль- циевые растворы наиболее эффективны при разбуривании аргиллитов. Присутствие в фильтрате бурового раствора ионов кальция способствует значительному сокращению осыпей и обвалов при разбуривании неустойчивых аргиллитоподобных отложений.

Из-за отсутствия эффективных кальциестойких реагентов термостойкость раствора ограничена (100 °С).

В процессе бурения контролируют содержание кальция  в фильтрате и общую минерализацию.

Готовят глинистую суспензию на пресной воде, которую обрабатывают КМЦ и КССБ. Одновременно с КССБ в раствор добавляют пеногаси- тель. После получения оптимальных показателей (вязкость 25-30 с, СНС₁ = 12-24 дПа, СНС₁₀ = 30-60 дПа, показатель фильтрации 35 см³/30 мин) раствор обрабатывают хлоридом кальция и известью.

На  приготовление 1 м³ раствора требуется (в кг): глины 80-200, КССБ 5-70, КМЦ (или крахмала) 10-20, CaCI₂ 10-20, Са(ОН)₂ 3-5, NaOH 3-5, воды 920-870, пеногасителя 5-10.

Калиевые растворы содержат в качестве ингибирующих электролитов соединения калия. Действие калиевых растворов обусловлено насыщением ионами калия глинистых минералов. Наиболее быстрое насыщение глин ионами калия происходит при рН = 9-10.

Калиевые  растворы эффективны при бурении  неустойчивых глинистых сланцев. Существует ряд разновидностей калиевых растворов, различающихся составом и некоторыми свойствами.

Хлоркалиевые растворы содержат в качестве ингибирующего электролита хлорид калия, а в качестве регулятора щелочности - гидроксид калия. Раствор предназначен для эффективного повышения устойчивости стенок скважины при бурении в неустойчивых глинистых сланцах различного состава.

На  приготовление 1 м³ хлоркалиевого раствора требуется (в кг): глины 50-100, KCI 30-50, полимера (КМЦ, М-14, метас, крахмал) 5-10, КССБ 30-50, КОН 5-10, пеногасителя 2-3, воды 940-920, утяжелителя - до получения раствора необходимой плотности.

Показатели  раствора: плотность 1,08-2 г/см³, условная вязкость 2540 с, показатель фильтрации 4-8 см³/30 мин, СНС₁ = 12-60 дПа, СНС₁₀ = = 36-120 дПа, рН = 9-9,5.

Основной  показатель качества - содержание хлорида  калия в фильтрате, которое в большинстве случаев должно иметь значения от 30 до 70 г/л, однако в зависимости от условий бурения может быть увеличено до 150 г/л.

Калиево-гипсовый раствор содержит в качестве ингибирующих электролитов соединения калия и кальция, в частности гипс. В отличие от хлоркальциевого такой раствор менее подвержен коагуляционному загус- теванию, его ингибирующее действие сильнее.

Калиево-гипсовые растворы используют для разбуривания высококоллоидальных глин, когда хлоркалиевый раствор недостаточно эффективен. Термостойкость зависит от используемого защитного реагента, но не превышает 160 °С.

На  приготовление 1 м³ калиево-гипсового раствора требуется (в кг): глины 60—150, окзила (КССБ-4) 30 — 50, КМЦ (крахмала) 5—10, KCl 10 — 30, КОН 5—10, гипса (CaS0₄) 10—15, пеногасителя 2 — 3, воды 930 — 890, утяжелителя — до получения раствора необходимой плотности.

Показатели  раствора: плотность 1,08 — 2,2 г/см³, условная вязкость 20 — 30 с, показатель фильтрации 4 — 8 см³/30 мин, СНС₁ = 6-36 дПа, СНС₁₀ = = 12-72 дПа, рН = 8-9.

Основные  показатели качества, определяющие назначение раствора, — содержание хлорида калия в фильтре (30 — 70 г/л) и ионов кальция (1000—1200 мг/л).

Растворы, обработанные солями трехвалентных металлов. С увеличением валентности обменных катионов снижаются гидратация и набухае- мость глинистых сланцев, повышается их устойчивость.

Ионы  алюминия, хрома и железа адсорбируются  на глинистых минералах более прочными связями, чем другие обменные катионы, при этом общая обменная емкость глинистых минералов снижается. Однако все названные выше катионы существуют только в кислой среде (рН < 4). При повышении щелочности соли алюминия, хрома и железа переходят в нерастворимые в воде гидроксиды соответствующих металлов.

Буровые растворы имеют рН = 7, поэтому добавляемые  в раствор соли переходят в гидроксиды, а при высоких значениях рН — в растворимые соединения, в которых трехвалентные металлы находятся в виде анионов.