Промывка скважин. Виды буровых растворов и их основные параметры

В процессе бурения  буровой раствор взаимодействует  с разбуриваемыми породами, пластовыми водами, подвергается воздействию механических нагрузок, температуры, давления, атмосферного воздуха, осадков. В нем происходят внутренние процессы, связанные с ослаблением электрических зарядов на частицах и старением составляющих компонентов. Все это приводит к ухудшению свойств раствора, он теряет способность выполнять необходимые функции. Поэтому в процессе бурения требуется восстанавливать и поддерживать его необходимые свойства.

Нередко чередование  пород в геологическом разрезе  вызывает необходимость в изменении  некоторых функций бурового раствора. Поэтому, если можно не заменять раствор, его свойства регулируют в процессе бурения на подходе к соответствующему интервалу.

Таким образом, необходимость в регулировании  свойств бурового раствора возникает  в следующих случаях:

1. при приготовлении  - для получения раствора с  заданными свойствами;

2. в процессе  бурения - для поддержания требуемых  функций;

3. в процессе  бурения - для изменения параметров  применительно к изменяющимся  геологическим условиям.

Свойства бурового раствора регулируют:

-химической обработкой (путем введения специальных веществ - реагентов);

-физическими методами (разбавление, концентрирование, диспергация, утяжеление, введение наполнителей);

-физико-химическими методами (комбинация перечисленных методов).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.Отбор пробы бурового раствора и подготовка ее к измерению

Чтобы свойства пробы бурового раствора соответствовали  свойствам циркулирующей жидкости и хранящейся в емкости или  земляном амбаре, необходимо уточнять место отбора пробы, ее объем и  время между отбором пробы  и ее анализом.

Когда требуются сведения о жидкости, циркулирующей в скважине, пробу следует отбирать вблизи места ее выхода из скважины (устья) до того, как она прошла очистные устройства, дегазаторы. Пробу необходимо отбирать только во время циркуляции.

Для получения  характеристик жидкости, закачиваемой в скважину, пробу отбирают в конце желобов, по которым она подается к приемам насосов. При необходимости характеризовать неоднородность циркулирующего бурового раствора, содержащей отличающиеся от всей жидкости так называемые «пачки», пробы отбирают на устье скважины из этих «пачек».

Если анализ производят непосредственно у буровой, пробу отбирают в количестве, необходимом  для одного анализа. Если пробу отбирают для анализа в лаборатории, удаленной  от буровой, объем ее составляет 3 - 5 л. Для получения этого объема через каждые 5 - 15 мин отбирают по 0,5 л жидкости и сливают в одну посуду, например ведро, пропуская ее при этом через сетку от вискозиметра.

Существенную  роль играет время между отбором  пробы и анализом. Газ, вынесенный буровым раствором из скважины, может быстро улетучиться, в результате чего увеличивается ее плотность. Нагретый буровой раствор остывает, и многие характеристики ее изменяются, особенно это сказывается на величинах плотности, вязкости и содержания газа. Поэтому их определяют непосредственно у желобов буровой.

 

6. Промысловые испытания бурового раствора

Часть свойств  бурового раствора могут измеряться буровой бригадой, обычно это плотность  бурового раствора, условная вязкость, и водоотдача. Кроме того, бригадой могут измеряться содержание песка, а также концентрацию солей и щелочность раствора

Однако для  качественного управления свойствами бурового раствора, позволяющего обеспечивать эффективное выполнение им заданных функций, такого набора параметров явно недостаточно.

6.1. Удельный вес и плотность бурового раствора

Удельный вес - вес 1 см3 промывочной жидкости - обозначается Y и выражается в г/см3. Под плотностью понимают величину, определяемую отношением массы тела к его объему. Обозначается она r и выражается в г/см3.

Прибор АБР-1. В комплект входит собственно ареометр и удлиненный металлический футляр в виде ведерка с крышкой, служащей пробоотборником для раствора (рис. 6.2.).

 

Прибор состоит  из мерного стакана, донышка, поплавка, стержня и съемного калибровочного груза.

Кроме ареометра  поплавкого типа для определения  плотности бурового раствора может  быть использован рычажный плотномер (рис 6.3.).

6.2. Стабильность и суточный отстой

Эти параметры  используются в качестве технологических  показателей устойчивости промывочной жидкости как дисперсной системы.

Показатель  стабильности С измеряется с помощью  прибора ЦС-2 (рис. 6.4.), представляющего  собой металлический цилиндр  объемом 800 см3 со сливным отверстием в середине. При измерении отверстие  перекрывают резиновой пробкой, цилиндр заливают испытываемым раствором, закрывают стеклом и оставляют в покое на 24 ч. По истечении этого срока отверстие открывают и верхнюю половину раствора сливают в отдельную емкость. Ареометром определяют плотность верхней и нижней частей раствора. За меру стабильности принимают разность плотностей раствора в нижней и верхней частях цилиндра.

Чем меньше значение С, тем стабильность раствора выше.

Суточный отстой измеряют с помощью стеклянного  мерного цилиндра объемом 100 см3, обозначают буквой 0 (рис. 6.5.).

Испытываемую  жидкость осторожно наливают в мерный цилиндр до отметки 100 см3, закрывают  стеклом и оставляют в покое  на 24 ч, после чего визуально определяют величину слоя прозрачной воды, выделившейся в верхней части цилиндра. Отстой выражают в процентах выделившейся жидкости от объема пробы. Чем меньше суточный отстой, тем устойчивее, стабильнее промывочная жидкость.

Эти параметры  следует измерять при температурах, соответствующих температуре раствора в скважине.

Стабильным  считается раствор, у которого С = 0,02-0,03 г/см3, 0 = 3-4%.

6.3. Реологические свойства бурового раствора

Реологические свойства буровых растворов оказывают  превалирующее влияние:

-на степень очистки забоя скважины от шлама и охлаждения породоразрушающего инструмента

-транспортирующую способность потока

-величину гидравлических сопротивлений во всех звеньях циркуляционной системы скважины

-величину гидродинамического давления на ее стенки и забой в процессе бурения

-амплитуду колебаний давления при пуске и остановке насосов, выполнении СПО и проработке скважины с расхаживанием бурильной колонны

-интенсивность обогащения бурового раствора шламом

-скорость эрозии стенок скважин и др.

 

 

 

 

6.4.Условная  вязкость

Стандартные полевые  измерения вязкости бурового глинистого раствора проводятся с помощью вискозиметра буровых растворов ВБР-1 или воронкой Марша.

Вискозиметр ВБР-1, служащий для измерения условной вязкости, состоит из воронки, герметично соединенной трубки, сетки и мерной кружки.

Порядок определения. Взяв в руку воронку, устанавливают сетку на выступы, зажимают нижнее отверстие пальцем правой руки и заливают через сетку испытуемую жидкость до верхней кромки вискозиметра. Подставив мерную кружку под трубку вискозиметра, убирают палец и одновременно левой рукой включают секундомер. Воронку необходимо держать вертикально (допускается отклонение не более 100). Когда мерная кружка наполнится до края, останавливают секундомер, а отверстие воронки вновь закрывают пробкой.

Условная вязкость определяется временем истечения 500 см3 раствора через трубку из воронки вискозиметра, заполненной 700 см3 раствора.

За исходный результат принимают среднее  значение результатов трех измерений, отличающиеся между собой не более  чем на 2 с.

6.5. Фильтрационные и коркообразующие свойства

Процессом фильтрации называют процесс разделения фаз  дисперсной системы, происходящий при  движении системы через пористую среду, размер пор которой того же порядка, что и размер частиц дисперсной фазы или меньше их.

Объем фильтрата  принято измерять через 30 мин после начала процесса. Логарифмическая зависимость позволяет ускорить измерение: объем фильтрата, выделившийся через 7,5 мин, практически равен половине объема, получаемого после 30 мин фильтрации.

Различают статическую  и динамическую фильтрацию. В первом случае единственным видом движения дисперсной системы над фильтрующей поверхностью является ее постепенное поступление в пористую среду. При динамической фильтрации дисперсная система принудительно, например с помощью мешалки, перемещается относительно фильтрующей поверхности и при достаточно высокой скорости размывает фильтрационную корку. Уменьшение толщины последней вызывает рост скорости фильтрации.

Существующие  приборы для измерения водоотдачи делятся на работающие под давлением  и работающие под вакуумом. Первые подразделяются на приборы, измеряющие статическую водоотдачу, и приборы, измеряющие динамическую водоотдачу (в процессе циркуляции над фильтром). Последние сложны и пока используются лишь в научных исследованиях наиболее распространенным в практике разведочного бурения приборам относятся ВМ-6 (рис. 6.8.), в которых водоотдача измеряется в статическом состоянии при перепаде давления 0,1 МПа. За показатель фильтрации принимается количество жидкости, отфильтровавшейся через круглый бумажный фильтр площадью 28 см2 за 30 мин.

6.6. Определение содержания песка

Под песком понимается количество (объем) всех крупных частиц, имеющихся в промывочной жидкости. Сюда относятся собственно песок, грубодисперсные  частицы выбуренной породы и исходной твердой фазы промывочной жидкости. Содержание песка обозначается обычно буквой П, измеряется в %.

Таким образом, содержание песка характеризует  устойчивую загрязненность промывочной  жидкости твердыми включениями. Чрезмерное содержание песка приводит к абразивному износу гидравлического оборудования и бурового снаряда, уменьшению механической скорости бурения. Содержание песка определяют с помощью отстойника ОМ-2.

Для промывочных  жидкостей нормальным считается  содержание песка до 4%.

Заключение

Таким образом, все рассмотренные выше приборы и методики прошли достаточно широкую апробацию, результаты которой убедительно свидетельствуют о высокой результативности их использования в процессе оптимизации составов промывочных жидкостей для бурения скважин в сложных геолого-технических условиях.

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.

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

Как показывает практика, качество приготавливаемых и закачиваемых в скважину буровых 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.

 

 

 

 

Используемая  литература

1.Булатов А.И., Габузов Г.Г. Гидромеханика углубления и цементирования скважин. - М.:, 1992. - 368 с.

2. Воздвиженский Б.И. Разведочное бурение / Б.И. Воздвиженский, О.Н. Голубинцев, А.А. Новожилов. – М.: Недра, 1979. - 510 с.

3. Дедусенко Г.Я., Иванников В.И., Липкес М.И. Буровые растворы с малым содержанием твердой фазы. - М.: Недра, 1985. - 230 с.

4. Кистер Э.Г. Химическая обработка буровых растворов. - М.: Недра, 1972. - 392 с.

5. Маковей Н. Гидравлика бурения. - М., Недра, 1986. - 600 с.

6.  Паус К.Ф. Буровые растворы. - М.: Недра, 1973 - 304 с.

7. Советов Г.А. Основы бурения и горного дела / Г.А. Советов, Н.И. Жабин. – М.: Недра, 1991. – 368 с.

8. http://burrastvor.blogspot.ru/