Буровые промывочные жидкости

 

 

Рис.11. Схема трехступенчатой очистки неутяжеленного бурового раствора:

1 - скважина; 2 - вибросито; 3, 5 - насосы; 4 - пескоотделитель; 6 - иллоотделитель; 7 – буровой насос; 8 – приемная  емкость; 9, 10 – емкости.

 

Вибросита. Очистка промывочной жидкости от шлама с помощью вибрационных сит является механическим процессом, в котором происходит отделение частиц с помощью просевающего устройства. Главными факторами, определяющими глубину очистки и пропускную способность вибросита, являются размер ячеек сетки и просеивающая поверхность. Вибрирующие рамы располагают как в горизонтальной, так и в наклонной плоскости, а их движение может быть возвратно-поступательным, эллипсообразным, круговым и комбинированным.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 Химическая обработка  промывочных жидкостей

 

Свойства промывочной жидкости изменяются в процессе бурения. В зависимости от причины, вызывающей изменение, выбирают способ регулирования или стабилизации свойств.

Одной из причин является увеличение концентрации тонкодисперсной твердой (прежде всего глинистой) фазы, сопровождающееся ростом пластической и условной вязкостей, статического напряжения сдвига и в меньшей степени плотности промывочной жидкости. Для предотвращения интенсивного увеличения вязкости целесообразно следить за концентрацией твердой фазы и регулярно удалять весь излишек ее, чтобы поддерживать заданные плотность и статическое напряжение сдвига. Если этого недостаточно, к промывочной жидкости добавляют реагент - понизитель вязкости. При разбуривании мощных глинистых толщ дисперсионной среде промывочной жидкости следует придавать способность подавлять склонность выбуриваемых глинистых частиц к пептизации и набуханию в воде. Промывочные жидкости, обладающие такой способностью, условно названы ингибированными, а обработка с целью придания способности подавлють пепгизацию - ингибированием.

Другой причиной изменения свойств промывочной жидкости является коагуляция ее под влиянием водорастворимых солей, поступающих в составе выбуренной породы, и солей, содержащихся в пластовых жидкостях и газах. Коагуляция сопровождается ростом водоотдачи, статического напряжения сдвига и условной вязкости. В зависимости от концентрации солей и валентности ионов существенно меняется сложность химической обработки. Иногда, в основном при малой минерализации, достаточно добавить к промывочной жидкости понизитель водоотдачи, чтобы стабилизировать ее. В других случаях вместе с понизителем водоотдачи вводят кальцинированную соду (реже фосфаты), чтобы связать в нерастворимое соединение кальций и магний; часто требуется более сложная обработка комбинацией реагентов - понизителей водоотдачи и вязкости. Надо сказать, что такие комбинированные обработки, как правило, более эффективны и требуют меньшего расхода реагентов, чем обработка каким-то одним веществом. Очень распространена, например, обработка УЩР совместно с лигносульфонатами.

При повышении минерализации промывочной жидкости часто целесообразно сохранять в ней лишь минимум коллоидной фракции бентонитовой глины, заменяя остальную часть твердой фазы материалом, не чувствительным или малочувствительным к коагулирующему воздействию солей (например, мелом); при высокой минерализации вместо бентонитовых глин следует применять палыгорскит.

Третья причина - изменение щелочности промывочной жидкости вследствие ее минерализации. Поэтому для поддержания заданных свойств химически обработанной промывочной жидкости важно поддерживать оптимальный для данного понизителя водоотдачи или вязкости диапазон pH с помощью добавки каустической (или кальцинированной) соды, а к некоторым ингибированным растворам - извести.

Четвертая причина - повышение температуры промывочной жидкости по мере углубления скважины. С ростом температуры, как правило, увеличивается статическое напряжение сдвига, уменьшаются пластическая вязкость промывочной жидкости и динамическая вязкость фильтрата ее, возрастает водоотдача. При повышенных и высоких температурах некоторые реагенты могут разлагаться. Поэтому с ростом температуры может возникнуть необходимость замены одних, менее термостойких реагентов другими, более термостойкими, либо введения дополнительного реагента, способного повысить термостойкость основных веществ, которыми обработана промывочная жидкость.

Свойства однажды обработанного промывочного раствора со временем изменяются не только из-за поступления в него новых порций твердой фазы, солей и воды, но и вследствие уменьшения концентрации реагента в результате адсорбции последнего на стенках скважины, на частицах выбуренной породы, выбрасываемых в очистной системе из раствора, а также в результате отфильтровывания в проницаемые породы вместе с дисперсионной средой. Поэтому химическую обработку проводят многократно, периодически добавляя в промывочную жидкость новые порции реагентов. Как правило, расход реагентов при первичной обработке в несколько раз больше, чем при каждой повторной операции. Следует, однако, иметь в виду, что при многократной обработке промывочной жидкости одним и тем же реагентом эффективность каждой последующей операции снижается. Поэтому целесообразно чередовать реагенты или практиковать комбинированные обработки.

При разбуривании мощных толщ глинистых пород или чередующихся глинистых и хемогенных пород хороший эффект достигается, если используют ингибированные промывочные жидкости. В качестве ингибирующих реагентов, резко замедляющих пептизацию и набухание глинистых частиц разбуриваемых пород в дисперсионной среде промывочной жидкости, применяют в основном водорастворимые соли и гидроокись кальция, которые оказывают коагулирующее воздействие на глины. Поскольку при коагуляции возрастают водоотдача, условная вязкость и статическое напряжение сдвига, наряду с ингибирующим реагентом в промывочную жидкость необходимо вводить понизитель водоотдачи и вязкости. При такой комбинированной обработке существенное увеличение содержания твердой фазы не вызывает столь интенсивного роста вязкости, как это наблюдается в неингибированных промывочных растворах. Это имеет важное значение, особенно в тех случаях, когда для бурения требуется промывочная жидкость с большой плотностью.

Применяются следующие разновидности ингибированных глинистых растворов.

1. Известковые, в которых ингибирующим реагентом является известь, понизителем вязкости - лигносульфонаты, УЩР, ПФЛХ или окисленные лигнины, а понизителем водоотдачи - крахмал, КМЦ, иногда УЩР. Такие растворы имеют удовлетворительные реологические и фильтрационные свойства при pH > 12 и содержании ионов кальция в фильтрате не более 300 г/м3, а растворы с небольшим содержанием глинистой фазы - при pH > 10,5. С увеличением степени дисперсности глины добавку извести и понизителя вязкости необходимо увеличивать. Так, если для обработки раствора из гидрослюдистой глины требуется примерно 0,3 - 0,5% извести, то для раствора из высокодисперсной монтмориллонитовой глины - 0,5 - 0,8%. Растворимость извести и pH фильтрата регулируют добавкой каустической соды: с увеличением содержания щелочи растворимость извести уменьшается.

Известковые растворы, как правило, не рекомендуется применять при температурах свыше 100 - 120 0С вследствие резкого увеличения водоотдачи и опасности загустевания и даже затвердения в покое, особенно при повышенном содержании тонкодисперсных глин.

2. Гипсовые, в которых ингибирующим реагентом служит сульфат кальция (источником последнего являются гипс, алебастр или ангидрит), понизителем вязкости - феррохромлигносульфонат, понизителем водоотдачи - КМЦ, а при температурах свыше 180 0С - бурый уголь, обработанный соединениями хрома. Эти растворы оказывают более сильное ингибирующее действие, чем известковые, поскольку содержание катионов кальция в них колеблется от 0,8 до 1,2 кг/м3. Гипсовые растворы наиболее эффективны при рН= 8,5 - 9,5 и не загустевают при повышении температуры до 190 0С при обработке КМЦ с феррохромлигносульфонатом и до 260 0С - при замене КМЦ хромированным бурым углем.

Оптимальное значение pH поддерживают добавкой щелочи.

3. Высококальциевые, в которых ингибитором является хлористый кальций, понизителем вязкости - лигносульфонаты и окисленные лигнины, а понизителем водоотдачи - КССБ или КМЦ. Содержание ионов кальция в фильтрате может колебаться от 0,8 до 5 кг/м3, оптимальный диапазон pH = 8 - 10. Для регулирования pH можно использовать каустическую соду или известь. Исследования показали, что более эффективны высококальциевые растворы с содержанием Са+2 от 2 до 3 кг/м3, обработанные 0,12 - 0,15% извести. Фильтрат такого раствора значительнее замедляет темп снижения прочности глинистых пород и аргиллитов при увлажнении.

Хлоркальциевые растворы можно применять при температуре 130 - 170 0С (в зависимости от термостабильности понизителя водоотдачи).

4. Бариевые, в которых ингибирующим реагентом является гидроокись бария, а понизителем водоотдачи - КССБ. Эти растворы отличаются наиболее сильным ингибирующим действием.

При выборе способа ингибирования следует обязательно учитывать возможный экономический эффект, поскольку стоимость некоторых реагентов высока, а расход их значителен.

Промывочную жидкость обрабатывать химическими реагентами следует только предварительно очистив ее от обломков выбуренных пород и избытка твердой фазы.

При некоторых видах комбинированной химической обработки имеет значение последовательность ввода реагентов. Необходимо учитывать также состав реагентов, которые использовались для предшествующей обработки, поскольку некоторые реагенты несовместимы друг с другом. Например, глинистый раствор, ранее обработанный УЩР, можно обрабатывать хлористым кальцием только в том случае, если содержание гуматов в фильтрате не превышает 0,1%. В противном случае до обработки необходимо снизить концентрацию гуматов разбавлением свежим глинистым раствором.