Буровые растворы
Работа любой нефте- или газоскважины невозможна без участия бурового раствора, который готовится непосредственно перед добычей нефти/газа и позволяет обеспечить необходимые аспекты процесса разработки скважины. Задачи, которые под силу решить буровому раствору – самые разные: от фильтрования и очищения забоя и стволовой полости до обеспечения главных требований техники безопасности. Поэтому он и является обязательным участником разработок всех, без исключений, месторождений. Состав, вязкость, масса и прочие параметры данного материала могут достаточно сильно отличаться, в зависимости от ситуации. На них влияет специфика залежей, применяемые технологии, бюджет и иные факторы.
Что именно представляют собой буровые растворы, какой состав и характеристики возможны, на каком сырье и добавках лучше всего остановить выбор – на эти и другие вопросы вы найдете ответы далее.
Буровой раствор (БР) – это сложная, состоящая из многих компонентов, дисперсная система эмульсий, суспензий и аэрированных жидких веществ, предназначенных для промывания скважин при бурении. Перемещаясь внутри рабочего ствола, он очищает стенки от слоев загрязнений, элюирует оставшиеся пробуренные пласты с выводом наверх, интенсифицирует разрушительную работу инструмента над слоями, дает возможность хорошо вскрыть горизонт и выполнить множество прочих заданий.
Свойства. Насколько продуктивной окажется работа – в компетенции БР. Мега значимо контролировать все его свойства, в частности и:
- плотность (должна находиться в диапазоне 1000-2500 кг/м3, определяется с помощью ареометра);
- водоотдачу (количество фильтрата, выделяемого из очистительной техники, в течение получаса на сто и больше кПа);
- условную вязкость (измеряется временным промежутком, за который конкретный размер раствора перемещается из стандартной воронки) и эффективную (вычисляется при помощи вискозиметра, предоставляя на рассмотрение пропорцию напряжений во всеобщем течении и скоростного вектора);
- напряжение сдвига (диагностируется также при помощи вискозиметра, должно находится в диапазоне 0-20 Па).
Приготовление раствора возможно несколькими способами.
Первый, самый простой и малозатратный, осуществляется при присутствии глиняных коллоидных запасов. Промывающее жидкое вещество формируется непосредственно при бурении. Вода проникает в ствол, измельчает глину и перемешивается с ней. Инструмент выбуривает частицы данного состава, из которых и изготавливается раствор. Насколько качественным он будет, зависит от количества воды и применения вспомогательных хим. добавок.
Второй способ приготовления БР предвидит использование мешалок для соединения воды и глины посредством активного перемешивания. Так же, как и в предыдущем случае, улучшить свойства (повысить/уменьшить плотность, вязкость и т.д.) можно, используя реагенты. Только здесь они добавляются в мешалку. После перемешивания жидкость необходимо очистить. Для этого в стволе создают спец. желоб, комплектованный перегородками: перемещаясь по нему, БР и избавляется от ненужных примесей.
Главные задачи, положенные на буровые растворы
- охлаждение и смазка поверхностей долота. Так как данная техника функционирует, создавая значительное трение, без смазки и своевременной минимизации температурных показателей не обойтись. Также охлаждение и смазывание позволяют повысить стойкость аппаратуры к износу;
- очищение забоя, то есть вымывание из скважины и вынесение наверх выбуренной породы. Физ.-хим. показатели растворов сильно влияют на добротность очищения. Также значение имеют геоособенности, поэтому и полную структуру породы учитывать не менее важно;
- формирование на ствольных стенках наслоения-очистки, своеобразной невысокопроницаемой корки. Она гарантирует стойкость песков в верхнем участке и разъединяет скважину и проницаемые отделения;
- избегание нефте-, газо- и пластоводных проявлений;
- предотвращение обрушений стен, спровоцированных неустойчивостью глины;
- обеспечение высококачественного открывания горизонтов (недопуск грязи в бурительные мероприятия, избегание абсолютных закупорок, утрудняющих работу);
- минимизация затрат на фиксирование с задействованием колонн;
- добыча сведений для изучения и оценки при функционировании скважин-разведчиков (анализ шлама и выносимых частей породы). Это вспомогательное предназначение БР;
- увеличение стойкости труб и техники к коррозионному воздействию;
- достижение соответствия технике безопасности при разработке и максимально возможное уменьшение пагубного влияния на внешнюю среду и экообстановку региона.
Классифицирование и сырье для буровых растворов
Жидкости для промывания, используемые в нефте- и газоскважинах, бывают таких видов:
- водные смеси (тех. вода, природные БР, глинистые (из пресной и минеральной вод, растворы гипса, глины и хлора), а также безглинистые растворы, в частности, полимерные средства);
- неводные жидкости (углеводородные, совокупности НП и небольшого количества газа);
- аэрированные агенты (пены);
- газообразные реагенты.
Техническая вода является самым легкодоступным и экономичным вариантом промывки. Ей свойственна небольшая вязкость, несложная прокачка, отличное изъятие ила и лучшее, по сравнению с иными средствами, охлаждение долота. Обратная сторона медали – слабое удерживание добытых частиц (хуже всего, если остановить вращение), не создание прочностной пленки на скважинной стене, поглощение слоями с низким напором, приведение к увеличению в размере глинопород, ухудшение пропускаемости каналов нефти и газа.
Естественные БР – это водосуспензии, создающиеся в скважинах при измельчении осадка горных пород, разбуривающихся на воде. Главное их преимущество – весомое снижение необходимости использовать привозные материалы для создания и обработки рабочих жидкостей, а поэтому и снижение их стоимости. С другой стороны, характеристики промывочных сред становятся зависимыми от минералогии и природы глин, манеры и регламента бурения, а также от типа инструмента, который рушит породу. К тому же, часто в них в большом количестве присутствуют абразивные частицы. Так что естественный вид лучше всего подходит для использования тогда, когда геостратиграфическая обстановка не требуют задействования высококачественных промывок.
Глинистые растворы самые популярные. Это, прежде всего, материалы, создаваемые из трех категорий глиноминералов: бентонитовых, каолиновых и гидрослюдистых. Смеси из глин глинизируют скважинные поверхности, создавая небольшой толщины уплотненный слой, препятствующий проницанию вещества, прошедшего сквозь фильтр, в наслоения. Их плотность и вязкость выступают таковыми, которые позволяют сдерживать осадок добываемого продукта даже в состоянии покоя с предотвращением наслоения на забое в паузах и при промывании. Если глинистый раствор утяжелить, можно обеспечить немалое противодавление на пласты, а соответственно и избежать попадания вод этих пластов, нефти и газа не только в саму скважину, но и в действующий бурительный фонтан. Эти же предусловия являются основой более трудного отделения элементов породы в круговращательной системе БР.
Кроме вышеперечисленных водо-глинистых жидких материалов можно также задействовать:
- с малым количеством глины (подходят лучше всего для разработки верхних наслоений с выветрелостями и трещинами);
- насыщенные солями (для работы с крепкими соленосными породами);
- ингибированные (обработанные хим. веществами во избегание набухания возделываемых пород и обильного насыщения раствора твердой фазой).
Неглинистые растворы для бурения, в свою очередь, изготавливаются без применения глины. Сюда принадлежат, главным образом, водные жидкости с конденсированной твердой фазой. Дисперсная же достигается хим. путем. Консистенция раствора напоминает гель, а хим. обработка трансформирует его в седиментационную стойкую систему. Такой жидкости характерно сохранение структурно-механических свойств, независимо от минерализации. Ввиду этого она используется тогда, когда важно достичь высокостойкости скважинных стенок. При этом контролировать и корректировать минерализацию раствора достаточно сложно.
К неглинистым БР принадлежат и биологические полимерные составы, так называемые биополимеры. Их получение происходит при влиянии ряда бактерий на полисахариды. Их свойства можно регулировать настолько же легко, насколько и свойства промывочных жидкостей, создаваемых из бентонитов. Однако некоторые бактерии могут флоккулировать шлам добываемых пород, не позволяя формироваться суспензиям. При работе с биополимерами стоит учитывать и такие их особенности, как термоустойчивость и сравнительная дороговизна (это в некой степени ограничивает их использование).
Углеводородные БР – системы, сформированные многочисленными элементами. Несущей средой служит нефть или НП в жидком состоянии (яркий пример – дизтопливо), дисперсной фазой – искусственно состаренный битум, асфальт или прошедшая спец. обработку глина. Таким материалам не присуще негативное воздействие на свойства нефте- и газовых коллекторов. Также они способны смазывать. Их задействование минимизирует расход мощности на холостое вращение совокупности скрепленных труб для бурения и уменьшает износ бурильной установки. Среди отрицательных характеристик углеводородных жидкостей: значительная стоимость приготовления, пожароопасность, сложное удаление из техники. С учетом всех плюсов и минусов такие композиции задействуют, чтобы увеличить бурительную эффективность в породах-коллекторах, сберечь исходный уровень отдачи нефти и газа, организовать работу в непростых условиях набухающих глин и растворяющихся солей.
Эмульсионные растворы (обращенные или инвертные эмульсии). Среди примечательных особенностей: отличное смазывание и предупреждение схватывания техники со скважиной. Здесь дисперсной средой выступает водонефтяная эмульсия, а фазой – глина. В количественном соотношении 60-70 % принадлежит нефти или НП, остальное – воде. При необходимости можно увеличить объем воды до 80 % и даже больше. Справиться с задачей помогут спец. эмульгирующие вещества. Когда целесообразно применение эмульсионных БР? Главным образом, при разработке глиноотложений и пластов солей.
Газообразные агенты. Газовая продувка сжатым воздухом, природным газом или выхлопными газами ДВС позволяет очистить забой, вынести породу наверх и одновременно охладить долото. Главное достоинство – экономичность: мех. скорость и проходка на долото увеличиваются в разы (в 10-12 и больше!). Значительные скорости восходящего потока в пространстве за трубами ускоряют вынесение частиц добываемого материала. Другие положительные моменты применения: облегчение гидрогеологического осмотра в скважинах и повышение коэффициента отдачи нефти и газа пластом.
Аэрированные составы – это совокупности воздушных пузырей и собственно жидкостей для промывки (воды, нефтяных эмульсий…) в пропорции до 30:1. Чтобы стабилизировать такие растворы, можно задействовать ПАВ и пенообразователи. Свойства аэрированных БР сходны со свойствами жидких сред, из которых они образуются. Если это, к примеру, глинистые растворы, то формируется корка из глины, присутствуют аналогичные вязкость и напряжение сдвига, сохраняется натуральная проницаемость околозабойного участка пласта при его открывании. Главное достоинство аэрированного вида – возможность выполнения рабочих задач в чрезмерно сложных условиях: обильное поглощение промывок, низкое давление продуктивных пластов и т.д.
Качество и состав бурового раствора
Состав отдельных видов буровых растворов мы с вами рассмотрели выше. Давайте детализируем свойства, которыми должны обладать отдельные составляющие, и выясним, чего присутствовать не должно.
Итак, глиняные компоненты, которые берутся для работы, должны быть тонкодисперсными, высокопластичными и не иметь в своем составе большого количества частиц песка. Контактируя с водой, они могут формировать вязкую консистенцию, не оставляющую осадка на протяжении продолжительного периода. Примечательны в этом плане глинопорошки из щелочных материалов, дающие растворы с небольшой плотностью.
Углеводородные материалы, которые могут применяться: битумные и известняковые растворы, инвертные эмульсии. Также применение при бурении находят соленасыщенные глинистые продукты, гидрогели, термоустойчивые глинистые смеси и утяжеленные материалы. Каждый из них, как было указано выше, лучше всего подходит для определенных условий работы.
Создавая БР, необходимо контролировать, чтобы в него не проникали вредные компоненты. В данном случае это гипс, известняк и водорастворимые соли.
Основной качественный показатель порошкового и глиняного сырья – выход рабочей жидкости (объем кубических метров необходимой вязкости) из 1 т сырья. Другие, не менее значимые: плотность и количество песка.
Химические реагенты для бурового раствора
Для достижения максимума продуктивности бурильного процесса, необходимо корректировать свойства БР с помощью реагентов-улучшителей качества. Так, уменьшить водоотдачу можно, используя углещелочные и сульфитно-спиртовые смеси, целлюлозу и модифицированный крахмал. Достичь реологических качеств – путем задействования веществ, уменьшающих вязкость: нитролигнина, полифенолов, фосфатов и т.д. Если давление увеличенное и нужно предотвратить проявление воды, нефти и газа, можно брать утяжеляющие материалы: мел, бармит или гематит. Уменьшить трение помогут смазки (нефть, графит, гудрон и другие), сохранить необходимые свойства при значительных температурах – хроматы кальция и натрия, а также противоокислители. Часто не обойтись в данной отрасли и без пенообразователей, дополненных крошкой из резины, спиртами или кислотами.
Вот перечень самых важных хим. добавок для БР:
- муравьиная кислота (ее соли помогают охлаждать промывочные жидкости, достигать стабильности скважины при поиске месторождений, уменьшать затраты производства и обеспечивать наибольший выход углеводородов);
- уксусная кислота (используется для придания ингибирующих свойств);
- хлорид калия (ингибирует набухание глинистых пород и помогает в глушении скважин);
- карбонат натрия (сода кальцинированная) (является важной частью углещелочных реагентов, регулирует и смягчает жесткость затворяющей воды, используемой в буровом растворе, увеличивает рН, улучшает техносвойтсва бентонита и полимеров);
- гидроксид натрия (компонент УЩР, который повышает pH, нейтрализует сероводород в БР и улучшает дисперсию бентонита в воде);
- оксид кальция (известь негашеная) (увеличивает прочность и плотность, уменьшая, вместе с тем, вязкость; также снижает фильтрационные потери);
- известь гашеная (регулирует pH водных растворов, увеличивает прочностные характеристики структуры многих глинорастворов, а также разжижающихся, которые содержат ССБ и ее вариации; отчасти препятствует набуханию глины, обвалам пород со стенок скважины, насыщая растворы ионами кальция);
- хромат калия (способствует сохранению реологии и фильтрационных характеристик буровых растворов при больших t). Для этих же целей используют бихромат калия и бихромат натрия, которые также ингибируют термодеструкцию БР.
Интересует тема «буровые растворы»? Желаете в работе использовать высококачественные специальные материалы и химические реагенты (уменьшители фильтрации, структурообразователи, биополимеры, стабилизаторы, разжижители, гидрофобизаторы, ингибиторы набухания глин, смазки и т.д.) без каких-либо «но», касаемых качества? Наше предприятие к вашим услугам! По всем вопросам обращайтесь по контактным номерам.
