Промывка скважин. Виды буровых растворов и их основные параметры

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство  по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«ЧЕЛЯБИНСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт экономики  отраслей, бизнеса и администрирования

Кафедра  экономики  отраслей и рынков

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По дисциплине «Строительство нефтяных и газовых  скважин»

На тему: Промывка скважин. Виды буровых растворов и их основные параметры.

 

 

 

 

Выполнила: студентка  группы 25ПЗ-401

                                                                Устинова К.Н.

                                                                   Проверила:  Колмакова Н.С.

 

 

 

Челябинск

2013

Содержание

Введение…………………………………………………………………………..3

1.Промывка скважин…………………………………………………………….5

2.Условия бурения с применением буровых промывочных жидкостей…….8

3.Классификация буровых растворов…………………………………………10

4.Параметры  буровых растворов и методы  их измерения……………………12

5.Отбор пробы  бурового раствора и подготовка  ее к измерению…………14

6. Промысловые  испытания бурового раствора……………………………..15

  6.1. Удельный вес и плотность бурового раствора………………………..15

  6.2. Стабильность и суточный отстой………………………………………16

  6.3. Реологические свойства бурового раствора…………………………..18

  6.4.Условная вязкость………………………………………………………...19

  6.5. Фильтрационные и коркообразующие свойства………………………19

  6.6.Определение  содержания песка…………………………………………21

Заключение………………………………………………………………………22

Используемая  литература……………………………………………………..23

 

 

 

 

 

Введение

Промывка скважин - одна из самых ответственных операций, выполняемых при бурении. Первоначально  назначение промывки ограничивалось очисткой забоя от частичек выбуренной породы и их выносом из скважины, а также  охлаждением долота.

Однако по мере развития бурового дела функции бурового раствора расширились. Теперь сюда входят:

-вынос частиц выбуренной породы из скважины;

-передача энергии турбобуру или винтовому двигателю;

-предупреждение поступления в скважину нефти, газа и воды;

-удержание частичек разбуренной породы во взвешенном состоянии при прекращении циркуляции;

-охлаждение и смазывание трущихся деталей долота;

-уменьшение трения бурильных труб о стенки скважины;

-предотвращение обвалов пород со стенок скважины;

-уменьшение проницаемости стенок скважины, благодаря коркообразованию.

При бурении  вращательным способом в скважине постоянно  циркулирует поток жидкости, которая  ранее рассматривалась только как  средство для удаления продуктов  разрушения (шлама). В настоящее время  она воспринимается, как один из главных факторов обеспечивающих эффективность всего процесса бурения. При проведении буровых работ циркулирующую в скважине жидкость принято называть - буровым раствором или промывочной жидкостью.

Буровой раствор  кроме удаления шлама должен выполнять  другие, в равной степени важные функции, направленные на эффективное, экономичное, и безопасное выполнение и завершение процесса бурения. По этой причине, состав буровых растворов и оценка его свойств становился темой большого объема научно-практических исследований и анализа.

В настоящее  время в мировой практике наблюдается  тенденция роста глубин бурения  скважин, а как следствие, и увеличение опасности возникновения при  этом различных осложнений. Кроме  того, постоянно ужесточаются требования более полной и эффективной эксплуатации продуктивных пород. В этой связи буровой раствор должен иметь состав и свойства, которые обеспечивали бы возможность борьбы с большинством из возможных осложнений и не оказывали негативного воздействия на коллекторские свойства продуктивных горизонтов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Промывка скважин

Промывка скважин - циркуляция (непрерывная или периодическая) промывочного агента (газа, пены, воды, бурового раствора) при бурении с целью очистки забоя от выбуренной породы (шлама) и транспортирования её на поверхность или к шламосборникам, передачи энергии забойным двигателям, охлаждения и смазки породоразрушающего инструмента. При роторном бурении в мягких и средних породах за счёт действия промывочного агента (при скорости истечения жидкости 200-250 м/с) достигается также гидромониторное разрушение пород на забое.

Схема общей прямой промывки скважин: 1 - ёмкость для бурового раствора; 2 - насос; 3 - гибкий шланг; 4 - вертлюг; 5 - ведущая труба; 6 - бурильная колонна; 7 - гидравлический двигатель; 8 - насадки долота; 9 - кольцевой канал; 10 - желоба; 11 - вибросито; 12 - отстойник; 13 - вспомогательный насос; 14 - гидроциклон; 15 - центрифуга.

Существует  три способа промывки скважин: с  выходом промывочной жидкости на поверхность земли: прямая, обратная и комбинированная.

Прямая промывка, когда промывочная жидкость, нагнетаемая насосом, проходит по колонне бурильных труб, затем (при бурении кольцевым забоем) между керном и колонковой трубой омывает забой, охлаждает породоразрушающий инструмент, захватывает с забоя частицы разрушенной породы, поднимается вверх по кольцевому пространству между бурильными трубами и стенками скважины и, наконец, выходит на поверхность.

Достоинства прямой промывки: 1) буровой раствор, выходя из суженных промывочных отверстий коронки приобретает большую скорость и с силой ударяет о забой, размывая разбуриваемую породу, что способствует увеличению скорости бурения; 2) применяя специальные промывочные жидкости при бурении в сыпучих, рыхлых и трещиноватых породах обеспечивает закрепление стенок скважины путем скрепления частиц неустойчивой породы.

Недостатки прямой промывки: 1) возможен размыв стенок скважины при  бурении в мягких породах вследствие большой скорости восходящего потока; 2) пониженный процент выхода керна  в результате динамического воздействия струи на верхний торец керна, что приводит к его размыву; 3) при бурении скважин большого диаметра повышенный расход промывочной жидкости, необходимый для создания такой скорости восходящего потока, при которой все разбуренные частицы породы будут выноситься на поверхность. Прямая промывка имеет преимущественное применение в практике разведочного бурения.

Обратная промывка, когда промывочная жидкость движется к забою по кольцевому пространству между бурильными трубами и стенками скважины, омывает забой, входит в отверстия породоразрушающего инструмента, при наличии керна проходит пo кольцевому зазору между керном и колонковой трубой, проходит по внутреннему каналу бурильной колонны и, обогащенная шламом, выходит на поверхность земли.

Достоинства обратной промывки: интенсивная очистка забоя  от частиц разрушенной породы и возможность  гидравлического транспорта кернов через бурильные трубы на поверхность. Основной недостаток обратной промывки — невозможность обеспечения  нормального процесса бурения при наличии в разрезе поглощающих горизонтов, в которых теряется полностью или частично промывочная жидкость. В связи с более сложной организацией обратной промывки она имеет ограниченное применение.

Комбинированная промывка, когда движение промывочной жидкости над колонковой трубой осуществляется по схеме прямой промывки, а ниже с помощью специальных устройств по схеме обратной промывки. Техническое исполнение комбинированной промывки связано с применением устройств, преобразующих прямую промывку в обратную в призабойной зоне. Комбинированная промывка применяется с целью повышения выхода керна.

 

 

 

 

 

 

2. Условия бурения с применением буровых промывочных жидкостей

В процессе бурения  нарушается равновесие пород, слагающих  стенки скважин. Устойчивость стенок зависит от исходных прочностных характеристик горных пород, их изменения во времени под действием различных факторов. Большая роль здесь принадлежит процессу промывки и промывочному агенту. Основная задача промывки - обеспечение эффективного процесса бурения скважин, она включает в себя сохранение, как устойчивости стенок скважин, так и керна.

В условиях, когда  нарушена целостность породы, большую  роль играет горное давление. В приствольной части скважины оно проявляется  как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении. Боковое давление является следствием вертикального и вызывает касательные напряжения, способствующие выпучиванию пород, сужению ствола и обвалообразованию. Величина касательных напряжений зависит не только от горного давления, но и от давления промывочной жидкости.

В бурении горное давление всегда превышает гидростатическое столба промывочной жидкости в скважине и способствует разрушению стенок скважины, если прочность самой породы недостаточна или значительно ослаблена в  результате воздействия промывочной жидкости. Наиболее интенсивна деформация породы непосредственно у стенок скважины, где боковое давление не уравновешивается гидростатическим и силами сцепления горной породы. Характер изменения сил сцепления в породе обусловлен геолого-минералогическими особенностями горной породы и ее взаимодействием с промывочной жидкостью, главным образом физико-химическим.

Физико-химическое воздействие жидкости на горную породу проявляется в трех основных формах:

1) активное воздействие,  основанное на процессах гидратации, диссоциации, ионообмена и химических превращений;

2) адсорбционное  воздействие;

3) осмотическое воздействие.

Основное отрицательное  влияние промывочной жидкости на прочность горных пород сводится к физико-химическим изменениям в структуре пород под действием фильтрата. Действие фильтрата сопровождается диспергацией глинистой составляющей породы, набуханием, капиллярным и динамическим расклиниванием. На контакте промывочной жидкости со стенками скважины происходит химическое растворение, выщелачивание, гидромеханическое разрушение породы. Процесс усиливается механическим воздействием бурильной колонны на стенки скважин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Классификация буровых растворов

В практике бурения  в качестве буровых растворов  используются:

1) вода;

2) водные растворы;

3) водные дисперсные  системы на основе:

– добываемой твердой  фазы (глинистые, меловые, сапропелевые, комбинированные растворы);

– жидкой дисперсной фазы (эмульсии);

– конденсированной твердой фазы;

– выбуренных горных пород (естественные промывочные жидкости);

4) дисперсные  системы на углеводородной основе;

5) сжатый воздух.

В исключительных условиях для промывки скважин используются углеводородные жидкости (дизельное  топливо, нефть).

Все дисперсные системы с твердой фазой могут быть с малым (до 7%), нормальным (до 20 - 22%) и повышенным содержанием (более 20 - 22%) твердой фазы. Буровые растворы в определенных условиях могут искусственно насыщаются воздухом и переходят в категорию аэрированных. В воде и водных растворах воздух в зависимости от его содержания может выступать в качестве дисперсной фазы или дисперсионной среды. В последнем случае промывочные жидкости называют пенами.

По назначению буровые растворы подразделяются на:

1) жидкости для нормальных  геологических условий бурения (вода, некоторые водные растворы, нормальные глинистые растворы);

2) жидкости для осложненных  геологических условий бурения.

Функции бурового раствора

1. Удаление продуктов  разрушения из скважины;

2. Охлаждение породоразрушающего  инструмента и бурильных труб;

3. Удержание частиц выбуренной  породы во взвешенном состоянии;

4. Создание гидростатического  равновесия в системе "ствол  скважины - пласт";

5. Сохранение проницаемости  продуктивных горизонтов;

6. Перенос энергии от  насосов к забойным механизмам;

7. Обеспечение проведения  геофизических исследований;

8. Предохранение бурового  инструмента и оборудования от  коррозии и абразивного износа;

9. Закупоривание каналов  с целью снижения поглощения  бурового раствора и водопритоков;

10. Предотвращение газо-, нефте-, водо проявлений;

11. Снижение коэффициента  трения.

 

 

 

 

4. Параметры буровых растворов и методы их измерения

Буровой раствор  не может в одинаковой мере выполнять  все функции. И главное не всегда это необходимо. Поэтому для конкретных условий бурения определяется набор основных функций бурового раствора и те свойства, которые обеспечат их выполнение. Задаче получения заданных свойств должны быть подчинены все работы по подбору рецептур (состава) раствора и их регулированию. При этом необходимо сохранить на приемлемом уровне остальные параметры промывочного агента.