Качественное приготовление буровых растворов с заданными свойствами

Функции того или иного бурового раствора, приготовленного согласно определенным правилам, будут определяться конкретными условиями бурения скважин. Свойства, присущие буровому раствору, должны обеспечивать выполнение всех условий. Вместе с тем приготовление буровых растворов не является связанным с выполнением им всех функций в равной степени.

Таблица влияния реагента на свойства бурового раствора.

Чтобы придать заданные свойства раствору, следует осуществить подбор рецептуры состава в соответствии с ними, тщательно отрегулировав порядок выполнения работ. Сохранение на необходимом уровне остальных параметров состава для промывания является очень важным.

Особенности получения заданных свойств буровых растворов

Для получения заданных свойств жидкости подбираются все необходимые компоненты раствора с учетом его состава. Получить дисперсный буровой раствор сложнее всего. Характер взаимодействия компонентов такого раствора определяется степенью дисперсности твердой фазы, которую можно изменять в пределах широкого диапазона. Свойства промывочного бурового раствора, в том числе и реологические, будут при этом изменяться параллельно изменению степени дисперсности.

Схема блока очистки бурового раствора.

Если процесс приготовления промывочного агента включает этап, на котором смешивают дисперсную фазу и дисперсную среду, то подавляющее большинство случаев оканчивается отсутствием обеспечения всех необходимых свойств. Регулируют свойства бурового раствора с помощью специальных средств, что позволяет доводить дисперсионную систему с определенными параметрами до их нормативного значения. В составы при этом могут добавляться активно действующие вещества.

Процесс бурения связан со взаимодействием бурового раствора с породами, которые подвергаются разбуриванию. Вместе с тем состав вступает во взаимодействие с пластовыми водами, на него оказывают большое влияние механические нагрузки. Поэтому все составляющие элементы раствора подвергаются процессу старения, которое связано с ухудшением свойств промывочного агента под влиянием перепада давлений, температур, осадков и атмосферного воздуха.

Частицы раствора теряют прежнюю силу электрического заряда, поэтому состав становится неспособным к выполнению всех необходимых функций. Процесс бурения связан с восстановлением и поддержанием всех необходимых свойств. Поскольку геологический разрез имеет различное чередование пород, то это связано с необходимостью изменять некоторые функции состава. Чтобы не производить замену раствора при бурении, его свойства можно специально регулировать в пределах соответствующих интервалов.

Итак, буровым раствором называют промывочную жидкость, в состав которой входит бетонит и всевозможные добавки полимеров.

Основные этапы системы приготовления бурового раствора

Схема приготовления бурового раствора.

Буровой раствор должен быть приготовлен с использованием специальной емкости, которая обладает соответствующей системой циркуляции, находящейся в этой емкости. В ней имеется гидроворонка, используемая для подачи всех необходимых компонентов, главным из которых является бетонит, а также соответствующие полимерные добавки. Необходимо наличие специального насоса, которым осуществляется подача компонентов в инструмент, то есть штанги.

Приготовить раствор можно, последовательно выполняя следующие этапы, которые связаны:

1. С водоподготовкой, когда pH применяемой воды находится на низком уровне, а сама вода обладает достаточной жесткостью. Для наилучшей “распускаемости” раствора используют мягкую воду, имеющую значение pH > 10. Уменьшению общей жесткости воды и поднятию уровня рН до отметки 10 способствует добавление соды кальцинированной. Для средней обработки потребуется 0,6-1,5 кг на м кубический воды.
2. С добавлением бетонита, который в требуемом объеме необходимо смешать с водой и интенсивно перемешать за 15-25 мин.
3. С добавлением полимеров, которые следует добавлять спустя 5-7 минут после того, как будет перемешан бетонит.

Готовность бурового раствора можно проследить, когда пройдет около 15-25 минут после того, как был начат процесс приготовления бетонита, связанный с его перемешиванием. По прошествии определенного промежутка времени данный раствор может стать густым.

Какие функции присущи буровым растворам и из каких материалов их делают

Схема возврата бурового раствора.

За счет функций, присущих растворам, возможно:

1. Облегчить процесс, связанный с разрушением горной породы.
2. Выводить разбуриваемые породы или шлам из скважин.
3. Охлаждать породоразрушающий инструмент, которым является долото.
4. Способствовать принципу сохранения состояния устойчивости стенок скважин.
5. Осуществлять поддержку гидростатического баланса, который должен сохраняться между породой и скважиной.
6. Предохранять породоразрушающие приспособления в результате приостановки циркуляции под влиянием прихвата, что удерживает элементы выбуриваемых пород, для которых характерно взвешенное состояние.
7. Предохранить инструмент и оборудование от изменений в результате коррозий и износа.

Приготовлять буровые растворы можно с использованием водной основы. Используют и материал, с помощью которого создают дисперсную фазу, например, глину. Различают несколько ее видов, поскольку она разнообразна по своим характеристикам и химсоставу. Наличие общего элемента любого типа связано с присутствием таких веществ, как глинозем в глине или кремнезем (окиси кремния и алюминия). Сюда должен входить и определенный объем воды.

Какие различаются минералы глинистых пород

Схема простейшего приготовления бурового раствора.

Различают гидрослюду, каолиниты, монтмориллониты, пальгорскиты. В их составе имеется наличие кристалликов-пластинок, то есть мельчайших частиц с плоской формой. Между ними происходит проникновение молекул воды, что связано с распусканием глины.

Натрий кальция не относится к глинистым минералам, но его наличие характерно для слоя частиц глины, который является поверхностным. Для каждой из них характерно наличие отрицательного заряда на поверхности. Катионы натрия с кальцием способны к образованию “облаков”, отдаленных от поверхностных слоев глины. Если распускание слоя глины связано с отрицательным зарядом, то это способно обеспечивать глинистым суспензиям состояние устойчивости. Катионы, которые предохраняют глиняные частицы от слипания, называются натриевыми либо кальциевыми.

Уровень наличия коллоидных частиц различен в плане расходования глины, на этом основаны технологии приготовления буровых растворов.

Ее расход при использовании должен сводиться к минимуму, если она является высокодисперсной. Выход глинистого раствора, полученный с использованием глинопорошков (1 тонна), обладает вязкостью от 25 до 30 с. Если используется бентонитовая глина, то в этом случае получается наибольшее количество бурового состава. Глина, относящаяся к солестойкой, является пальгорскитовой.

Другой материал, который используется с целью создания буровых растворов, носит название органо-минеральное сырье или ОМС. Данное вещество добывается из отложений водоемов, то есть органогенных донных веществ из ила. Способ приготовления сапропелевой пасты связан с использованием воды и каустической соды. После этого применяется технология приготовления буровых растворов на основе воды.

Особенности технологии обработки буровых растворов реагентами

Схема оптимизации состава буровых растворов.

Насчитывается около шести видов веществ, являющихся реагентами, использование которых характерно для изготовления бурового раствора:

1. Реагенты-стабилизаторы.
2. Реагент, который используется для связывания двухвалентных катионов.
3. Регулятор щелочности.
4. Смазочная добавка.
5. Пеногаситель.
6. Утяжелитель.

Рассмотрим каждое из используемых в буровых растворах веществ подробнее.

1. Реагенты, выступающие как стабилизаторы, делят на 2 группы. В 1-й находятся вещества-реагенты, понижающие фильтрацию, а во 2-й – раздражители, понижающие вязкость состава. Эффективность реагентов-стабилизаторов основана на его молекулярной массе, которая чем больше, тем наибольший эффект достигается за счет использования реагента.
2. Ухудшение свойств бурового состава может быть вызвано наличием катионов, находящихся в разбуриваемой породе, которые являются двухвалентными. Цемент – это вещество, которое насыщено таким элементом, как кальций, появляющимся в растворе при разбуривании цементного стакана. Связующим веществом, оказывающим воздействие на ионы кальция, обычно применяется кальцинированная сода, которая является углекислым натрием.
3. Если происходит возрастание щелочности за счет специального регулятора, то это способствует повышению скорости процесса распускания глины при создании бурового раствора.
4. Использование смазывающих добавок, уменьшающих силу трения, сопутствует появлению эффекта адсорбции. Использование добавки для смазки, которой является реагент, связано с его сопротивлением при последующем сближении деталей инструмента, испытывающих трение. Чтобы снизить силу трения при бурении, применяются смазочные добавки.
5. Двухкомпонентный пеногаситель, относящиеся к ПАВ, включающий носитель, имеет высокую адсорбционную способность. С помощью пеногасителя из раствора вытесняется реагент, являющийся пенообразователем. Носителем называется вещество, являющееся органическим растворителем, которому свойственна высокая степень подвижности.

Пеногаситель начинает адсорбироваться при его поступлении на границу раздела фаз, что сопровождается появлением пузырьков и пены. При близком нахождении пены от поверхности раствора происходит ее быстрое разрушение. При ее нахождении внутри жидкости происходит всплывание наиболее крупных пузырей, которые преодолевают прочную структуру.

Таблица соленосных пород.

1. Если жидкость перемешать, пузырьки начинают встречаться на глубине.
2. Если поверхностная пленка слабая, то противостояние раствора пенообразователю становится невозможным, поэтому происходит дальнейшее сливание пузырьков, которые после своего увеличения всплывают и лопаются.
3. Если буровой раствор вспенен с использованием пенообразователя, то происходит повышение его структурно-механических характеристик. Вместе с тем начинается ухудшение работы насоса, поэтому важно использование пеногасителя.
4. Чтобы повысить плотность раствора, применяют утяжелитель, который является порошком тяжелых минералов. Добавление утяжелителей вызывает увеличение содержания твердой фазы, а система раствора не будет обладать прежней подвижностью, то есть будет вязкой.

Чем более высокой плотностью обладает утяжелитель, тем меньшее его количество требуется при его расходе. При этом буровой раствор подвергается более слабому влиянию.

Обычно используют несколько видов бурового раствора, что зависит от разреза, который будет вскрыт. Вид бурового раствора должен быть подобран после проведения исследования пород. Различают пять частей, на которые условно делится соленосная порода:

1. Надсолевая.
2. Верхнесоленосная.
3. Межсолевая.
4. Нижнесоленосная.
5. Подсолевая.

Для бурения надсоли используют сапропелевый состав, пресный глинистый, который обработан Лигнополом. Бурить соленосные слои можно с использованием глинистого состава:

1. Соленосный.
2. Соленасыщенный.

Если требуется бурение подсолевых и межсолевых продуктивных отложений, то это главным образом можно производить с помощью пресных сапропелевых растворов либо соленасыщенных.