Буровой раствор

Бурильщик добавляет в раствор пенообразователя

Буровой раствор ( рус. буровой раствор ; англ. drilling fluid, drilling mud ; нем. Sp?lung, Bohrschlamm, Sp?lfl?ssigkeit ) - Сложная многокомпонентная дисперсная система суспензионных, эмульсионных и аэрированных жидкостей, применяемых для промывания скважин в процессе бурения.

Использование буровых растворов для бурения скважин предложено впервые в 1833 году французским инженером Фловилем, который, наблюдая операцию канатного бурения, при которой аппарат бурения наткнулся на воду, заметил, что фонтанирующая вода очень эффективно удаляет буровой шлам из скважины. Он задумал аппарат, в котором предполагалось закачивать воду под буровую штангу, откуда буровой шлам выталкивался водой на поверхность между буровой штангой и стволом скважины. Принцип остался прежним пор.

Лидерами мирового рынка буровых растворов являются компании MI SWACO, Halliburton, Baker Hughes.

Схема колонкового бурения с прямой промывкой: 1 - коронка 2 - кернорвач 3 - столбик керна 4 - колонковая труба, 5 - переходник, 6 - муфта, 7 - буровая труба; стрелками показано движение бурового раствора

1. Назначение

Во время циркуляции в скважине буровой раствор:

  • очищает забой от выбуренной породы;
  • транспортирует выбуренной породы из скважины и удерживает ее во взвешенном состоянии после прекращения циркуляции;
  • активизирует процесс разрушения горной породы долотом;
  • предупреждает осыпи, обвалы и др.;
  • обеспечивает качественное вскрытие продуктивных пластов;
  • обнаруживает смазывающей и антикоррозийную действие на буровой инструмент;
  • охлаждает буровой инструмент;
  • обращает забойные двигатели;
  • предотвращает возможность возникновения осложнений на буровых (сальник-и каверноутворення, дифференциального прихвата, поглощений и нафтогазопроявив)
  • позволяет отслеживать появление пустот в массиве пород, зон повышенной трещиноватости и т.д. путем измерения расхода раствора при бурении.

2. Состав буровых растворов

В практике бурения применяют буровые растворы на водной (техническая вода, растворы солей и гидрогеля, полимерные, полимер-глинистые и глинистые растворы) и углеводном ( известково-битумный раствор, инвертный эмульсия) основах.

При бурении в хемогенных отложениях применяют соленасичени глинистые растворы, гидрогеля, в случаях возможных осыпания и обвалов стенок скважины - ингибиторные растворы, при воздействии высоких температур - термостойкие (термосолестийки) глинистые растворы и растворы на углеводородной основе, которые являются эффективными также при вскрытии продуктивных пластов и при разбуривания терригенных и хемогенных неустойчивых пород.

При бурении в условиях, характеризующихся аномально высокими давлениями, применяют утяжеленные буровые растворы, в неосложненных условиях - техническую воду, полимерные безглинисти и полимерглинисти растворы с низким содержанием твердой фазы.


2.1. Свойства и их регулирование

Лабораторные исследования буровых растворов

Эффективность применения буровых растворов зависит от их свойств, к которым относятся плотность, вязкость, водоотдача, статическое напряжение сдвига, структурная однородность, содержание газов, песка; тиксотропия, содержание ионов Na, K, Mg.

Водоотдача бурового раствора характеризуется объемом фильтрата (от 2 до 10 см 3), отделившийся от раствора через стандартную фильтровальную поверхность при перепаде давления ~ 100 кПа в течение 30 мин. Толщина осадка на фильтре (фильтрационная корка), которая образуется при определении водоотдачи, изменяется в пределах 1-5 мм.

Содержание твердой фазы в буровом растворе характеризует концентрацию глины (3-15%) и утяжелителя (20-60%). Для обеспечения эффективности бурения (в зависимости от конкретных геолого-технических условий) свойства бурового раствора регулируют изменением соотношения содержания дисперсной фазы и дисперсионной среды и введением в них специальных материалов и химических реагентов. Для предупреждения водонафтогазопроявив при аномально высоких пластовых давлениях увеличивают плотность бурового раствора путем введения специальных утяжелителей (например, мелом до 1500 кг / м 3, баритом и гематитом до 2500 кг / м 3 и более) или уменьшают ее до 1000 кг / м 3 за счет аэрации бурового раствора или добавления к нему пенообразователей (сульфанола, лигносульфоната). Содержание твердой фазы бурового раствора регулируется трехступенчатой ​​системой очистки на вибрационных ситах, писковиддилювачах и муловиддилювачах; газообразные агенты отделяют в дегазатор. Кроме того, для регулирования содержания твердой фазы в раствор вводят селективные флокулянты.

Особый класс реагентов применяют при регулировании свойств растворов на углеводородной основе. К ним относятся эмульгаторы ( мыла жирных кислот, емультал и другие), гидрофобизаторы (сульфонол, четвертичные амины, кремнийорганические соединения), понизителей фильтрации (органогуматы).

Готовят буровые растворы непосредственно перед бурением и в его процессе при помощи гидрозмишувачив и диспергаторов.

Буровой раствор

2.2. Сырье

Для приготовления буровых растворов используются тонкодисперсные, пластические глины с минимальным содержанием песка, способные образовывать с водой вязкую, долго не оседающую суспензию. Лучшие свойства имеют существенно щелочные (натриевые) разновидности монтморилонитових ( бентонитовых глин), Глинопорошки из которых применяются главным образом при бурение нефтяных и газовых скважин и для приготовления глинистых растворов с низкой плотностью.

Хорошие солеустойчивых свойства имеют палыгорскит глины, применяемые при бурении соленосных пород. Высокодисперсные бейделитови, каолинитовые и гидрослюдистые глины характеризуются удовлетворительными свойствами.

Вредными примесями в глинах, ухудшающих стабильность глинистых растворов, является гипс, растворимые соли, известняк.

Согласно техническим условиям (ТУ У 39-688-81 [1]) основным показателем качества глинистого сырья и глинопорошка, предназначенных для приготовления буровых растворов, выход раствора - количество кубометров раствора (суспензии) заданной вязкости, получаемого из 1 т глинистого сырья. Кроме того, регламентируются плотность раствора и содержание песка.


3. Оборот бурового раствора в скважине

Схема обращения бурового раствора

Большинство буровых растворов при буровых операциях рециркулирует по следующему циклу:

  1. Буровой раствор замешивается и хранится в специальной "кладовой"-отстойнике.
  2. Специальный насос выталкивает его из отстойнике и направляет через бурильную трубу в скважину.
  3. Буровой раствор по трубе доходит до забоя скважины, где буровое долото разбивает породу.
  4. Затем буровой раствор начинает возвращаться на поверхность, вынося при этом частицы породы ( шлам), которые были отделены долотом.
  5. Буровой раствор поднимается по затрубит - пространства между стенками скважины и бурильной трубой. Типичный диаметр буровой трубы около 10 см. В нижней части глубокой скважины ее диаметр может составлять около 20 см.
  6. На поверхности буровой раствор проходит через линию возврата - трубу, которая ведет к вибрационного сита.
  7. Сито состоит из ряда вибрирующих металлических решеток, которые используются для отделения раствора от шлама. Раствор протекает через решетку и возвращается в отстойник.
  8. Частицы шлама попадают в желоб для удаления. Перед выбросом они могут быть очищены, исходя из экологических и других соображений. Некоторые частицы шлама отбираются геологами для исследований состояния внутри скважины.

4. Разновидности

  • Глинистый раствор - основной вид бурового раствора.
  • Лигнитов щелочной раствор - буровой раствор, в который вводят определенное количество лигнитов, имеющих щелочной характер.
  • Известково-битумный раствор - буровой раствор на нефтяной основе, дисперсионной средой которого является дизельное топливо или нефть, а дисперсной фазой - високоокислений битум, оксид кальция, барит и небольшое количество воды, необходимой для гашения извести.
  • Утяжеленный буровой раствор - промывочная жидкость различного состава, которая включает в дисперсной фазе обважнювальни тонкие измельченные порошки минералов (барит, гематит и др..) Применяется при бурении в условиях высокого пластового и бокового давлений.
  • Облегченный буровой раствор - буровой раствор, уменьшен в весе, облегченный, который имеет меньшую плотность. Облегченный раствор применяется для бурения и глушения скважин в пластах с низким пластовым давлением.
  • Полимерный буровой раствор - буровой раствор на водной основе, который содержит высокомолекулярные полимеры линейного строения; применяется обычно при бурении крепких пород.
  • Буровой раствор на нефтяной основе - промывочная жидкость с неводяною (нефтяной) основой, високоокисненим битумом как коллоидной фазы, с натриевыми или кальциевыми солями как реагентом-стабилизатором и структурообразователи, обладающий низким фильтрационными свойствами и плотностью, но повышенной условной вязкостью и обеспечивает возможности использования для вскрытия продуктивных пластов без ухудшения их свойств фильтратом, создание условий для определения начальной нафтонасичености за керном, проведения специальных геофизических исследований и др.., а также при бурении в сложных условиях.
  • Ингибированный буровой раствор - буровой раствор, химический состав жидкой фазы которого позволяет замедлять или предотвращать процессы гидратации (набуханию), или диспергирования глинистых слоев и сланцев.
  • Кальциевый буровой раствор - буровой раствор, в который вводят определенное количество растворимых кальциевых соединений.

5. Интересные факты

При бурении большую роль играет качество глинистого раствора. Приготовить хороший раствор, соответствует необходимым требованиям, бывает порой довольно сложно. Для достижения качественных характеристик бурильщики добавляют в него специальные присадки, вливают нефть, бросают обрывки бумаг. Американские специалисты, например, установили, что свойства глинистого раствора значительно улучшаются, если добавить в него ... бумажные денежные знаки. Выяснилось это случайно. Агентство по охране окружающей среды США в целях защиты воздушного бассейна от сажи запретило сжигать бумажные доллары, вышедших из употребления. Попытались старые банкноты резать, перемалывать в специальных машинах и добавлять получаемую массу в буровой раствор. Результаты превзошли все ожидания: "денежный допинг" надежно защитил промывочную жидкость от коагуляции при нагревании, снизил вязкость раствора и добавил ему еще ряд ценных качеств. Это особенно важно при бурении сверхглубоких скважин, когда в забое температура достигает свыше 170-200 ? С. Отечественные буровики для аналогичных целей используют отходы целлюлозно-бумажной промышленности (нитролигнин, Сунил, игетан). [2]


См.. также

Литература