Пошук

Бурові розчини

добыча нефти

Робота будь-якої нафто- або газосвердловини неможлива без участі бурового розчину, який готується безпосередньо перед видобутком нафти/газу і дозволяє забезпечити необхідні аспекти процесу розробки свердловини. Завдання, які під силу вирішити буровому розчину – найрізноманітніші: від фільтрування і очищення забою і стовбурової порожнини до забезпечення головних вимог техніки безпеки. Тому він і є обов’язковим учасником розробок усіх, без винятків, родовищ. Склад, в’язкість, маса та інші параметри цього матеріалу можуть досить сильно відрізнятися, залежно від ситуації. На них впливає специфіка покладів, застосовувані технології, бюджет та інші фактори.

Чим саме є бурові розчини, який склад і характеристики можливі, на якій сировині і добавках найкраще зупинити вибір – на ці та інші запитання ви знайдете відповіді далі.

Буровий розчин (БР) – це складна багатокомпонентна дисперсна система емульсій, суспензій та аерованих рідких речовин, призначених для промивання свердловин при бурінні. Переміщуючись усередині робочого стовбура, він очищає стінки від шарів забруднень, вимиває залишки пробурених порід з виведенням їх наверх, інтенсифікує руйнівну роботу інструменту над шарами, дає можливість якісно розкрити горизонт і виконати безліч інших завдань.

Властивості. Наскільки продуктивною буде робота, залежить від якості БР. Важливо контролювати всі його властивості, зокрема й:

– густину (повинна перебувати в діапазоні 1000-2500 кг/м3, визначається за допомогою ареометра);

– водовіддачу (кількість фільтрату, що виділяється з очисної техніки, протягом півгодини на 100 і більше кПа);

– умовну в’зкість (вимірюється часовим проміжком, за який конкретний обсяг розчину переміщується зі стандартної лійки) та ефективну (обчислюється за допомогою віскозиметра, відображаючи пропорцію напружень у загальному потоці й швидкісного градієнта);

– напругу зсуву (вимірюється також за допомогою віскозиметра, повинна бути в межах 0-20 Па).

Приготування розчину можливе декількома способами.

Перший, найпростіший і з незначними витратами, здійснюється за присутності глиняних колоїдних покладів. Промивальна рідина формується безпосередньо при бурінні. Вода потрапляє в стовбур, подрібнює глину і перемішується з нею. Інструмент вибурює частки цього складу, на основі яких і створюється розчин. Наскільки якісним він буде, залежить від кількості води та застосування допоміжних хімічних додатків.

Другий спосіб приготування БР передбачає використання мішалок для сполучення води і глини шляхом активного перемішування. Так само, як і в попередньому випадку, поліпшити властивості (підвищити/зменшити густину, в’язкість тощо) можна, використовуючи реагенти. Тільки тут вони додаються до мішалки. Після перемішування рідину необхідно очистити. Для цього в стовбурі створюють спеціальний жолоб, комплектований перегородками: переміщуючись по ньому, БР і позбувається непотрібних домішок.

Головні завдання, покладені на бурові розчини

– охолодження і змащення поверхонь долота. Оскільки зазначена техніка функціонує, створюючи значне тертя, без змащення і своєчасної мінімізації температурних показників не обійтися. Також охолодження і змазування дозволяють підвищити стійкість апаратури до зносу;

– очищення забою, тобто вимивання зі свердловини і винесення на поверхню вибуреної породи. Фізико-хімічні показники розчинів сильно впливають на якість очищення. Також значення мають геоособливості, тому і склад породи враховувати не менш важливо;

– формування на стовбурних стінках очисного шару, своєрідної коринки з малою проникністю. Вона гарантує стійкість пісків у верхній ділянці розрізу, а також роз’єднує свердловину і проникні шари;

– запобігання нафто-, газо- і пластоводним проявам;

– попередження обвалень стінок, які може спровокувати нестійка глина;

– забезпечення високоякісного відкриття горизонтів (недопускання забруднень у бурильний процес, уникнення абсолютних закупорок, що ускладнюють розробку);

– мінімізація витрат на фіксування із задіянням колон;

– видобування відомостей для вивчення і оцінки при функціонуванні свердловин-розвідників (аналіз шламу і виносних частин породи). Це допоміжне призначення БР;

– збільшення стійкості труб і техніки до корозійного впливу;

– досягнення відповідності техніці безпеки при розробці та максимально можливе зменшення згубного впливу на довкілля і екологічну обстановку регіону.

Класифікація та сировина для бурових розчинів

Рідини для промивання, що використовуються для нафто- та газосвердловин, бувають таких видів:

– водні суміші (технічна вода, природні БР, глинисті (з прісної і мінеральної вод, розчини гіпсу, глини та хлору), а також неглинисті розчини, зокрема, полімерні засоби);

– неводні рідини (вуглеводневі, сукупності нафтопродуктів і невеликої кількості газу);

– аеровані агенти (піни);

– газоподібні реагенти.

Технічна вода є найдоступнішим і економічним варіантом промивання. Їй властива невелика в’язкість, нескладне прокачування, добре вилучення шламу і краще, в порівнянні з іншими засобами, охолодження долота. Зворотний бік медалі – погане утримання вибурених частинок (особливо, якщо зупинити циркуляцію), не формування міцної коринки на свердловинній стінці, поглинання низьконапірними пластами, призведення до набухання глинистих порід, погіршення проникності нафтових і газових колекторів.

Природні БР – це водяні суспензії, що створюються в свердловинах при диспергуванні шламу гірських порід, які розбурюються на воді. Головна їхня перевага – вагоме зниження необхідності використовувати привізні матеріали для приготування і обробки робочих рідин, а відтак і їх здешевлення. З іншого боку, якість та властивості промивних сумішей стають залежними від мінералогії та природи глин, способу і режиму буріння, а також від типу інструменту, який руйнує породу. Крім того, часто в них у великій кількості присутні абразивні частинки. Тож природний вид найкраще підходить для використання тоді, коли геостратиграфічні умови не вимагають залучення високоякісних промивних рідин.

Глинисті розчини найпопулярніші. Це, перш за все, матеріали, що утворюються на основі 3-х груп глиняних мінералів: бентонітових, каолінових та гідрослюдистих. Розчини з глин глинізують свердловинні поверхні, створюючи тонкий щільний шар, що перешкоджає проникненню фільтрату в пласти. Їх густина і в’язкість є такими, які дозволяють стримувати шлам розбуреної породи навіть у стані спокою із запобіганням осіданню на забої в перервах і при промиванні. Якщо глинистий розчин зробити тяжчим, можна забезпечити значний протитиск на пласти, а через це і уникнути попадання пластових вод, нафти і газу не тільки в саму свердловину, а й у відкрите бурильне фонтанування. Ці ж передумови є причиною важчого відокремлення елементів породи в циркуляційній системі БР.

Крім перерахованих вище водних глинистих рідин можна також задіяти:

– малоглинисті (підходять найкраще для розробки верхніх вивітрілих і з тріщинами шарів);

– соленасичені (для буріння потужних соленосних порід);

– інгібовані (оброблені хімічними речовинами з метою уникнення набухання оброблюваних порід і значного насичення розчину твердою фазою).

Неглинисті бурові розчини, відповідно, виробляються без застосування глини. Сюди належать, головним чином, водні рідини з конденсованою твердою фазою. Дисперсна ж досягається хімічним шляхом. Консистенція розчину нагадує гель, а хімічна обробка трансформує його в седиментаційну стійку систему. Такій рідині характерне збереження структурно-механічних властивостей, незалежно від мінералізації. З огляду на це вона використовується тоді, коли важливо досягти високостійкості свердловинних стінок. При цьому контролювати і коригувати мінералізацію розчину досить складно.

До неглинистих БР належать і біологічні полімерні суміші, так звані біополімери. Їх отримання відбувається при впливі низки бактерій на полісахариди. Їхні властивості можна регулювати настільки ж легко, наскільки і властивості промивних рідин, що створюються з бентонітів. Однак деякі бактерії можуть флокулювати шлам порід, що видобуваються, не дозволяючи формуватися суспензіям. При роботі з біополімерами варто враховувати і такі їх особливості, як термостійкість і відносна дороговизна (це деякою мірою обмежує їхнє використання).

Вуглеводневі БР – системи, що складаються з численних елементів. Несучим середовищем виступає нафта або НП у рідкому стані (яскравий приклад – дизпаливо), дисперсною фазою – штучно зістарений бітум (окислений), асфальт або спеціальним чином оброблена глина. Таким розчинам не притаманний негативний вплив на властивості нафтових і газових колекторів. Також вони здатні змащувати. Їх залучення мінімізує витрату потужності на холосте обертання сукупності скріплених бурильних труб і зменшує знос бурильної установки. Серед негативних характеристик вуглеводневих рідин: значна вартість приготування, пожежонебезпека, складне видалення з техніки. З урахуванням всіх плюсів і мінусів такі композиції задіюють, щоб збільшити бурильну ефективність у породах-колекторах, зберегти вихідний рівень віддачі нафти та газу, організувати роботу в непростих умовах глин, що набухають, і солей, що розчиняються.

Емульсійні розчини (обернені або інвертні емульсії). Серед примітних особливостей: добре змазування і запобігання схоплюванню техніки зі свердловиною. Тут дисперсним середовищем виступає водо-нафтова емульсія, а фазою – глина. У кількісному співвідношенні 60-70 % належить нафті або НП, решта – воді. За необхідності можна збільшити обсяг води до 80 % і навіть більше. Впоратися з цим завданням допоможуть спеціальні речовини-емульгатори. Коли доцільним є застосування емульсійних БР? Головним чином, при розробці глиняних покладів та пластів солей.

Газоподібні агенти. Газове продування стисненим повітрям, природним газом або вихлопними газами ДВЗ дозволяє очистити забій, винести породу нагору і одночасно охолодити долото. Головна перевага – економічність: механічна швидкість і проходження на долото збільшуються в рази (в 10-12 і більше!). Значні швидкості вихідного потоку в просторі за трубами прискорюють винесення частинок матеріалу, який видобувається. Інші позитивні моменти застосування: полегшення гідрогеологічного огляду в свердловинах і підвищення коефіцієнту віддачі нафти та газу пластом.

Аеровані матеріали – це поєднання повітряних бульбашок і власне рідин для промивання (води, нафтових емульсій тощо) в пропорції до 30:1. Щоб стабілізувати такі розчини, можна задіяти поверхнево-активні речовини та піноутворювачі. Властивості аерованих БР подібні до властивостей рідких середовищ, з яких вони утворюються. Якщо це, наприклад, глинисті розчини, то формується коринка з глини, присутні аналогічні в’язкість і напруга зсуву, зберігається натуральна проникність навколозабійної ділянки пласту при його відкритті. Головне достоїнство аерованого виду – можливість виконання робочих завдань у надмірно складних умовах: рясне поглинання промивок, низький тиск продуктивних пластів і т.д.

Якість і склад бурового розчину

Склад окремих видів бурових розчинів ми з вами розглянули вище. Тепер деталізуймо властивості, які повинні мати окремі складові, і з’ясуймо, чого бути присутнім не повинно.

Отже, глиняні компоненти, які беруться для роботи, повинні бути тонкодисперсними, високопластичними й не мати в своєму складі значної кількості частинок піску. Контактуючи з водою, вони можуть формувати в’язку консистенцію, що не залишає осаду протягом тривалого періоду. Цікаві в цьому плані глинопорошки з лужних матеріалів, що дають розчини з невеликою густиною.

Вуглеводневі матеріали, які можуть застосовуватися: бітумні та вапнякові розчини, інвертні емульсії. Також при бурінні застосовуються соленасичені глинисті продукти, гідрогелі, термостійкі глинисті суміші і обтяжені матеріали. Кожен з них, як було описано вище, найкраще підходить для певних умов роботи.

Створюючи БР, необхідно контролювати, щоб до нього не потрапляли шкідливі компоненти. В нашому випадку це гіпс, вапняк і водорозчинні солі.

Основний якісний показник порошкової та глиняної сировини – вихід робочої рідини (об’єм кубічних метрів необхідної в’язкості) з однієї тонни сировини. Інші, не менш значущі: густина та кількість піску.

Хімічні реагенти для бурового розчину

Задля досягнення максимальної продуктивності бурильного процесу, необхідно коригувати властивості БР за допомогою реагентів-поліпшувачів якості. Так, зменшити водовіддачу можна, використовуючи вуглелужні та сульфітно-спиртові суміші, целюлозу і модифікований крохмаль. Досягти реологічних якостей – шляхом застосування речовин, що зменшують в’язкість: нітролігніну, поліфенолів, фосфатів та ін. Якщо тиск збільшений і потрібно запобігти проявам води, нафти і газу, можна брати обтяжувальні матеріали: крейду, барміт або гематит. Зменшити тертя допоможуть мастила (нафта, графіт, гудрон та інші), зберегти необхідні властивості при значних температурах – хромати кальцію і натрію, а також антиокислювальні речовини. Часто не обійтися в цій галузі і без піноутворювачів, доповнених крихтою з гуми, спиртами або кислотами.

Ось перелік найважливіших хімічних добавок для БР:

мурашина кислота (її солі допомагають охолоджувати промивні рідини, досягати стабільності свердловини при пошуку родовищ, зменшувати витрати виробництва і забезпечувати найбільший вихід вуглеводнів);

оцтова кислота (використовується для надання пригнічувальних властивостей);

хлорид калію (пригнічує набухання глинистих порід і допомагає в глушінні свердловин);

карбонат натрію (сода кальцинована) (є важливою частиною вуглелужних реагентів, регулює і пом’якшує твердість води, що використовується в буровому розчині, збільшує рН, покращує технологічні властивості бентоніту та полімерів);

натрій гідроксид (компонент ВЛР, який підвищує pH, нейтралізує сірководень у БР і покращує дисперсію бентоніту в воді);

оксид кальцію (вапно негашене) (збільшує міцність і густину, зменшуючи, разом з тим, в’язкість; також знижує фільтраційні втрати);

вапно гашене (регулює pH водних розчинів, збільшує міцнісні характеристики структури багатьох глиняних розчинів, а також тих, які розріджуються, містять ССБ і її варіації; частково перешкоджає набуханню глини, обвалам порід зі стінок свердловини, насичуючи розчини іонами кальцію);

хромат калію (сприяє збереженню реології та фільтраційних характеристик бурових розчинів при великих температурах). З цією ж метою використовують біхромат калію і біхромат натрію, які також інгібують термодеструкцію БР.

Цікавить тема «бурові розчини»? Бажаєте в роботі використовувати високоякісні спеціальні матеріали і хімічні реагенти (зменшувачі фільтрації, структуроутворювачі, біополімери, стабілізатори, розріджувачі, гідрофобізатори, інгібітори набухання глин, мастила та ін.) без будь-яких «але», що стосуються якості? Наше підприємство до ваших послуг! З усіх питань звертайтеся за контактними номерами.

Поширити



Напишіть відгук

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *