Буровые и тампонажные растворы

Министерство  образования Республики Беларусь

Гомельский  Государственный  Технический Университет

имени П.О.Сухого

  

Кафедра «Разработка, эксплуатация нефтяных месторождений  и транспорта нефти» 

   
 

   

                                                                                 УТВЕРЖДАЮ

                                                                                      заведующий кафедрой    

                                                                                      _________А.В.Захаров

                                                                                      «____»_________2007г. 
 
 
 

Краткий курс лекций 

по  дисциплине «Буровые и тампонажные растворы»

для студентов заочной  формы образования

                     
 
 

                                                                                   Составила

                                                                                       ст. преподаватель             

                                                                                       ___________ Л. К. Бруй

                                                                                       «____»_________2007г. 
 
 

                                                  
 
 
 

                                                   Гомель 2006  
 

 

                                              Содержание 

Введение…………………………………………………………3 

Часть 1. Буровые растворы

Технологические функции бурового раствора……………….. 4

Коллоидно-химические свойства буровых растворов………...5

Основные  свойства дисперсных систем……………………….6

Основные  параметры буровых растворов……………………..7

Материалы для приготовления буровых растворов…………..8

Химические  реагенты для обработки буровых растворов…....8

Выбор типа бурового раствора для бурения скважин………..10

Поглощения  бурового раствора. Методы предупреждения

и ликвидации поглощений……………………………………..11

Водо-, газо- и нефтепроявления.  Признаки, методы

ликвидации………………………………………………………11

Прихваты  бурового инструмента и обсадных труб

Причины и методы ликвидации………………………………..12

Циркуляционная система буровой……………………………..12

Очистная  система буровой……………………………………...13

Утилизация  отходов бурения…………………………………...13 

Часть 2.Тампонажные растворы

Требования  к тампонажному раствору………………………...14

Классификация тампонажных растворов……………………...15

Основные  технологические параметры………………………..15

Требования  к тампонажному камню…………………………...16

Материалы для приготовления тампонажных  растворов……..16

Тампонажный портландцемент…………………………………16

Свойства  сухого цементного порошка…………………………17

Методы  проектирования составов

цементных растворов пониженной плотности…………………17

Утяжелители для тампонажных растворов…………………......17

Реагенты  для регулирования свойств тампонажных

 растворов…………………………………………………………17

Образование цементного камня…………………………………18

Деформации  цементного камня…………………………………19

Коррозионное  разрушение цементного камня…………………20

Качество  цементирования……………………………………….20

Повышение качества цементирования………………………….21

Буферные  жидкости……………………………………………...21

Литература………………………………………………………..22 

                                                 ВВЕДЕНИЕ 

     Рост  технологических  показателей глубокого  бурения на нефть и газ во многом зависит от организации технологии промывки скважин, состава применяемых  буровых растворов и их технологических  свойств.

     Под технологическими свойствами буровых растворов следует понимать влияние промывочных средств на буримость горных пород, фильтрационные процессы, очистку ствола и забоя скважины, устойчивость стенок ствола, сложенными неустойчивыми породами, снижение сопротивлений движению бурильного инструмента при его контакте с глинистой коркой и стенками скважины, раскрытие и освоение коллекторов, содержащих нефть и газ.

     Технологические свойства буровых растворов существенно  влияют на работоспособность буровых  долот, забойных гидравлических и электрических  двигателей, бурильных и обсадных труб и другого подземного бурового оборудования.

     Понятие «буровые растворы» охватывает широкий круг жидких, суспензионных, аэрированных сред, имеющих различные составы и свойства. Термин « буровой раствор» стали применять вместо его синонимов – «глинистый раствор», «промывочный раствор», «промывочная жидкость».

     Тампонажные растворы применяются при креплении обсадных колонн к стенкам скважины, а также при ремонте скважин. В отличие от буровых растворов тампонажные способны превращаться в твердое тело. В подавляющем количестве случаев в качестве вяжущего вещества в тампонажных растворах используется портландцемент. Поэтому в учебных пособиях термин «крепление скважин» отождествляется с термином «цементирование скважин».

     Цементирование  скважин - наиболее ответственный этап их строительства. Значение цементировочных  работ обуславливается тем, что  они являются заключительным процессом, и неудачи при их выполнении могут  свести к минимуму успехи предыдущей работы, вплоть до потери скважины. Недоброкачественное  цементирование скважин нередко  является единственной причиной газопроявлений, грифонообразований и открытых нефтяных и газовых фонтанов. Оно приводит к перетокам нефти  и газа в  другие пласты, имеющие меньшее давление, обводнению продуктивных горизонтов.

     Как показывает практика, качество приготавливаемых и закачиваемых в скважину буровых  и тампонажных растворов, успех  проводимых операций зависит в первую очередь от умения и знаний обслуживающего персонала.

     Знание  основ физико-химических процессов, происходящих в растворах, обрабатываемых различными реагентами, воздействия  этих реагентов на растворы, стенки скважины и пласты, а также мастерство и умение управлять сложным буровым и цементировочным оборудованием – залог успешного проведения операций. 

                           Часть 1  БУРОВЫЕ РАСТВОРЫ 

                  Технологические  функции бурового  раствора 

     Буровой раствор в процессе бурения осуществляет ряд функций, которые тем разнообразнее, чем сложнее процесс бурения: глубже скважина, неустойчивее ее стенки, выше давление газа и нефти в разбуриваемых  горизонтах.

     Процесс бурения представляет собой совокупность различных операций, определяющих технологию проходки скважины, поэтому функции  называются технологическими.

     1  Гидродинамические функции осуществляются потоком раствора в скважине и заключаются в следующем:

     - в  выносе выбуренной породы (шлама) из скважины;

     - в переносе энергии от насосов  к забойным двигателям (турбобурам);

     - в размыве породы на забое скважины (гидромониторный эффект);

     - в охлаждении долота в процессе  бурения.

       2 Гидростатические функции осуществляются покоящимся буровым раствором. К этой группе функций относятся:

     - создание гидростатического равновесия  в системе ствол скважины - пласт;

     - удержание частиц выбуренной  породы и утяжелителя во взвешенном  состоянии при прекращении циркуляции  бурового раствора;

     - создание гидростатического давления  на стенки скважины, сложенные  слабосцементированными или пластичными  породами;

     - уменьшение нагрузки на талевую  систему.

     3 Функции, связанные с процессом коркообразования

     Буровой раствор, представляющий собой тонкую взвесь коллоидных частиц (твердой  фазы) в жидкой среде, в процессе движения в пласт образует на его  поверхности и  в порах фильтрационную корку, препятствующую или замедляющую дальнейшее поступление раствора. Этот процесс разделения жидкой и твердой фаз, в результате чего происходит кольматация (закупоривание) стенок скважины, называется фильтрацией. К этой группе функций относятся:

     - уменьшение проницаемости пористых  стенок скважины;

     - сохранение или усиление связности  слабосцементированных пород;

     - уменьшение трения бурильных и обсадных труб о стенки скважин.

     4 Физико-химические функции заключаются в добавлениях к буровому раствору специальных химических реагентов в процессе бурения скважины, которые принято называть химической обработкой. К этим функциям относятся:

     - сохранение связности пород, образующих  стенки скважины;

     - предохранение бурового оборудования  от коррозии и абразивного  износа;

     - сохранение проницаемости продуктивных  горизонтов при их вскрытии;

     - сохранение необходимых характеристик  бурового раствора в процессе  бурения скважины;

     - улучшение буримости твердых  пород.

     К прочим функциям бурового раствора относятся:

     - установление геологического разреза  скважины (по составу шлама);

     - сохранение теплового режима многолетнемерзлых пород. 

                Коллоидно-химические свойства буровых растворов 

     Буровые растворы представляют собой физико-химические системы, состоящие из двух или более  фаз. Однофазные системы из двух или  более веществ, не имеющие между  компонентами поверхности раздела, называются гомогенными (истинные растворы). Системы, между фазами которых существуют реальные поверхности раздела, называются гетерогенными. К ним относится большинство буровых и тампонажных растворов.

     Дисперсной  фазой дисперсионной системы называется вещество, мелко раздробленной и равномерно распределенное в другом веществе, получившем название дисперсионной среды. И фаза, и среда могут быть твердыми, жидкими и газообразными. Буровые и тампонажные растворы относятся к полидисперсным системам, т.е. имеющим частицы дисперсной фазы  различных размеров.