Буровые растворы для бурения нефтяных и газовых скважин

Что такое буровой раствор?

Буровым раствором называют сложную дисперсионную систему жидкостей эмульсионного, аэрационного и суспензионного типа, которые служат для промывки стволов в ходе бурения скважин.

Циркулируя внутри, раствор чистит стенки от наслоений, вымывает остатки пробуренных пород, выводя их на поверхность, стимулирует разрушение слоев инструментом, позволяет провести качественное вскрытие горизонта и решить массу иных задач.

Для бурения в отложениях хемогенного вида обычно используется приготовление буровых растворов на основе соленасыщенных глинистых элементов, гидрогелей, при высоком риске обвалов применяют растворы-ингибиторы, а в случае повышенной температуры создаются термостойкие составы на глинистой основе. Если же разработка осуществляется на месторождениях с повышенными показателями давления, то необходимо использовать растворы утяжеленного типа.

Свойства буровых растворов

Продуктивность работы с использованием раствора зависит от качества последнего. Особенно важными являются такие свойства, как плотность, водоотдача, вязкость, напряжение сдвига.

Плотность измеряется при помощи ареометра, ее показатель варьируется в пределах 1000-2500 кг на кубометр, а вязкость условного типа определяется временем, за которое раствор в определенном объеме протекает из классической воронки.

Существует также эффективная вязкость, которую измеряют вискозиметром, и она отображает соотношение напряжений в общем потоке и скоростного градиента.

Что касается напряжения сдвига, то его также измеряют вискозиметром; стандартное значение колеблется в пределах 0-20 Па. Для измерения водоотдачи нужно знать объем фильтрата, который выделяется через очистное оборудование при перепаде давления за полчаса на 100 и более кПа.

Чтобы обеспечить максимальную продуктивность бурения, свойства растворов контролируют посредством ввода специальных реагентов и материалов для улучшения качества.

Так, при необходимости уменьшения водоотдачи буровой раствор могут обработать реагентами на углещелочной основе, сульфитно-спиртовым составом, целлюлозными добавками, крахмалом модифицированного типа.

Реологические качества достигаются посредством ввода в буровые растворы понизителей вязкости: к ним относится, например, нитролигнин, полифенолы, фосфат и другие вещества.

Антифрикционные качества растворов улучшаются посредством добавления смазок (графит, нефть, гудрон и пр.), а для сохранения нужных свойств при высоких температурах во время эксплуатации буровые растворы обогащают хроматами кальция, натрия, антиоксидантами.

Для пеногашения состав может быть дополнен резиновой крошкой, спиртовыми частицами или кислотами.

Состав буровых растворов

Приготовление буровых растворов требует использования тонкодисперсионных глиняных веществ с высокой степенью пластичности и невысоким процентом песчаных частиц: они могут создавать вязкую суспензию в контакте с водой, которая не будет давать осадка в течение долгого времени. Наилучшими свойствами обладают разновидности глиняных порошков на основе щелочных составов, и они дают растворы с невысоким показателем плотности.

При создании бурового раствора важно следить, чтобы туда не попали вредные примеси, к которым относится гипс, частицы известняка, а также соли, способные растворяться в воде.

По техническим требованиям, главным показателем качества сырья в виде порошка или глины считается выход раствора, т.е. число кубометров нужной вязкости, которые получаются из тонны сырья.

Важными показателями также считаются такие параметры, как плотность и число песка в составе.

Назначение буровых растворов

Приготовление буровых растворов преследует ряд важных целей:

• Охлаждение поверхностей долот и их смазывание. Поскольку работа такого оборудования сопровождается возникновением большого трения, основным назначением состава является смазывание и уменьшение температуры, что повышает износостойкость техники.
• Очистка забоя. Большинство типов растворов позволяет эффективно вымыть из скважины выбуренную породу, а также вынести ее на поверхность. Качество и степень очистки определяется физико-химическими свойствами составов, а также геологическими особенностями, поэтому в приготовлении нужно учесть и состав пород месторождения.
• Создание очистного слоя на стенках ствола. Формируемая корка имеет невысокую проницаемость, поэтому она обеспечивает устойчивость песков в верхней зоне разреза и разделяет скважину и проницаемые слои.
• Предупреждение проявлений нефти, газа и пластовой воды.
• Защита от обвалов стенок, которые могут произойти в случае наличия в составе пород неустойчивой глины.
• Еще одно назначение – обеспечение высокого качества вскрытия горизонтов: большинство видов современных растворов позволяет не допустить их загрязнения в процессе бурения, а также избежать полного закупоривания, делающего разработку очень трудной.
• Снижение затрат на фиксацию при помощи колонн.
• Получение данных для анализа при работе разведывательных скважин является одним из вспомогательных назначений раствора; предметом изучения является шлам и выносимые части породы.
• Повышение устойчивости труб и оборудования к коррозии.
• Последнее назначение – обеспечение техники безопасности в процессе разработки и минимизация вреда для окружающей среды и экологической обстановки района.

Виды и типы буровых растворов

Современная классификация включает следующие виды жидкостей для промывки:

1. Растворы на основе воды. В эту категорию выделяют безглинистые составы (техническая вода, растворы, суспензии и средства на основе полимеров), глинистые вещества (на основе пресной, минерально воде, гипсовые, глиняные и хлорные растворы).
2. Растворы на неводной основе: составы с углеводородами, нефтепродуктами с минимальным содержанием газа.
3. Жидкости аэрированного типа, пены.
4. Газообразные реагенты.

Приготовление буровых растворов

Если в скважине есть залежи глины коллоидного типа, то жидкость для промывки образуется там при бурении ствола.

Когда вода попадает в ствол, она диспергирует глиняный состав, частицы которого выбуриваются инструментом, и создается раствор на основе глины; его качество зависит от объема воды и может быть улучшено посредством добавления химических элементов. Такой способ является наименее затратным по средствам и силам.

Также раствор может приготавливаться в мешалках, где глину соединяют с водой и активно перемешивают.

После приготовления проводится очистка жидкости, для чего в стволе формируется специальный желоб с перегородками: по нему жидкость проводится до устья и фильтруется от примесей.

Компания СНК осуществляет сервис буровых растворов, который включает согласование технических особенностей, обследование оборудования, доставку материалов с приготовлением растворов нужного типа, анализ, контроль качества и многое другое. Подробности можно узнать на официальном сайте организации..

Карамовское месторождение: мультибур

Источник: http://snkoil.com/press-tsentr/polezno-pochitat/burovoy-rastvor/

Бурение буровыми растворами

17.08.2017 16:21

Буровым раствором называется дисперсная система, имеющая сложный многокомпонентный состав, суспензионных, эмульсионных и аэрированных жидкостей, которые используются с целью промывания скважин во время бурения.

Бурение буровыми растворами применяется на практике с первой половины XIX века. Использование буровых растворов впервые предложил в 1833 году Фовелл, французский инженер.

Именно он в процессе канатного бурения он наткнулся на воду и заметил, что фонтанирующая вода является достаточно эффективным средством, удаляющим буровой шлам из скважины.

Увиденное подтолкнуло его на создание аппарата, конструкция которого позволяла закачивать воду под буровую штангу, из которой  буровой шлам вымывался водой на поверхность между буровой штангой и стволом скважины.

Буровой раствор при бурении скважин играет очень важную роль, поэтому к нему предъявляются особые требования. Во время циркуляции в скважине он должен:

• создавать давление, противоположное поровому давлению;
• очищать забой от вырубленной породы, что является главной задачей бурового раствора;
• формировать фильтрационную корку на стенках скважины, тем самым делая крепче неустойчивые отложения;
• снижать воздействие фильтрата бурового раствора на породы путем разобщения разбуриваемых пластов и открытого ствола;
• транспортировать породу, которая вырубается, из скважинного ствола и удерживать ее во взвешенном состоянии после того, как циркуляция завершается;
• передавать гидравлическую энергию на забойный двигатель и долото;
• предупреждать обвалы;
• обеспечивать высокое качество вскрытия продуктивных пластов;
• обеспечивать смазывающее действие на буровой инструмент, а также предотвращать образование коррозии на нем;
• охлаждать и смазывать долото;
• обеспечивать охрану окружающей среды;
• не допускать появления каких-либо осложнений во время бурения, к которым относится дифференциальный прихват, поглощение, нефтегазопроявление и др.;
• предоставлять информацию о геологическом разрезе.

В связи с этим, существует несколько типов  буровых растворов, которые различны между собой по своему составу.

Состав бурового раствора может быть разным. Таким образом, во время вращательного бурения нефтяных и газовых скважин в качестве промывочных жидкостей могут быть использованы следующие:

• агенты, в основе которых присутствует вода;
• агенты на основе углеводорода;
• эмульсионные агенты;
• газообразные и аэрированные агенты.

К агентам на водной основе относятся:

• техническая вода;
• естественные буровые растворы;
• глинистые растворы;
• неглинистые растворы.

Из всех вышеперечисленных агентов самой доступной и бюджетной промывочной жидкостью является техническая вода.

Они обладает такими свойствами, как низкая вязкость, в связи с чем очень легко прокачивается, а также хорошо справляется с удалением шлама с забоя скважины. В связи с этим, техническая вода максимально охлаждает долото.

Кроме этого, низконапорные пласты достаточно хорошо впитывают воду, что приводит к набуханию глинистых пород и ухудшению проницаемости нефтегазовых коллекторов.

К естественным буровым растворам относится водная суспензия, которая образуется в скважине при диспергировании шлама горных пород, которые разбуриваются на воде.

Главным преимуществом использования естественных буровых растворов является существенное снижение востребованности привозных материалов, что значительно экономит бюджет.

Однако, на качество и свойства таких растворов имеет значительное влияние минералогический состав, а также природные разбуриваемые глины, способ и режим бурения, тип породоразрушающего инструмента и т.д. Зачастую они имеют большое содержание в своем составе абразивных частиц.

В связи с этим, применение естественных буровых растворов является наиболее целесообразным тогда, когда геолого-стратиграфические условия свидетельствуют о том, что нет необходимости в промывочной жидкости высокого качества.

Наибольшая популярность при бурении скважин принадлежит глинистым буровым растворам. В буровом деле главное место принадлежит трем группам глинистых минералов: бентонитовым (монтмориллонит, бейделлит, нонтроиит, сапонит и др.), каолиновым (каолинит, галлуазит, накрит и др.), гидрослюдистым (иллит, бравиазит и др.).

 С точки зрения приготовления бурового раствора самые лучшие качества присущи монтмориллониту и другим бентонитовым минералам.

Таким образом, чтобы приготовить 15 кубометров глинистого раствора высокого качества, требуется 1 тонна бентонитовой глины, в то время, как то же количество глины среднего качество при приготовлении раствора даст всего лишь 4-8 кубометров, а из низкосортной глины получится всего лишь 3 кубометра раствора.

Глинистые буровые растворы способы глинизировать скважинные стенки, в результате чего образуется тонкая и плотная корка. Благодаря этому фильтрат не попадает в пласты. Растворы обладают такой плотностью и вязкостью, что они способны удерживать шлам разбуренной породы даже в состоянии покоя, препятствуя оседанию на забой во время пауз в промывке.

Утяжеленные глинистые растворы создают высокое противоположное давление на пласты, тем самым предупреждая просачивание пластовых вод, нефти, а также газа в скважину и открытое фонтанирование во время бурения.

Но данные свойства являются как положительными и отрицательными одновременно, ведь по этим же причинам частицы породы в циркуляционной системе бурового раствора отделяются с трудом.

Неглинистыми буровыми растворами называются такие растворы, приготовление которых осуществляется без добавления глины. При приготовлении неглинистого бурового раствора с конденсированной твердой фазой используется в качестве основного компонента вода.

Дисперсная фаза в таком растворе формируется в результате химической реакции, которая приводит к образованию в растворе микроскопических частиц гидрооксида магния. Таким образом, раствор становится гелеобразным и после химической обработки становится седиментационно устойчивой системой.

Структурно-механические свойства подобного раствора остаются неизменными, не смотря на любую минерализацию. В связи с этим, целесообразность его применения состоит в обеспечении высокой устойчивости скважинных стенок.

Однако, контролировать и регулировать минерализацию раствора, даже не смотря на все ранее сказанное, достаточно трудно. Еще одним видом неглинистых растворов являются биополимерные растворы.

Растворы, в основе которых находится углеводород, являются многокомпонентной системой, в которой основной средой является нефть или жидкие нефтепродукты, а в качестве дисперсной фазы выступает окисленный битум, асфальт или же глина, прошедшая специальную обработку.

Растворы данного типа не оказывают негативного воздействия на нефтегазовые коллекторы. Кроме этого им присущи смазывающие свойства, благодаря которым, значительно снижается расход мощности на холостое вращение бурильной колонны в стволе скважины, а также уменьшается износ бурильных труб и долот.

Но большим минусом применения данного вида буровых растворов является их достаточно высокая стоимость, а также их высокая пожароопасность и трудности во время очистки инструментов и оборудования.

Эмульсионные буровые растворы применяются во время бурения в глинистых отложениях и солевые толщах. Им присущи хорошие смазочные свойства. Кроме этого, они предотвращают прихват инструмента в скважине.

К аэрированным буровым растворам относятся смеси пузырьков воздуха с промывочными жидкостями, которыми являются вода, нефтяные эмульсии и другие. Соотношение эмульсий и воздуха должно быть до 1:30. В состав таких растворов часто добавляют специальные реагенты – поверхностно-активные вещества и пенообразователи. Это делается с целью увеличения стабильности данных растворов.

Система очистки бурового раствора

Такие свойства раствора, как его плотность, вязкость, статическое напряжение сдвига и т.д., определяются типом и количеством твердой фазы бурового раствора, которая оказывает огромное влияние на скорость бурения, вращение, а также стабильность ствола скважины.

В связи с этим, очень целесообразно использовать механическое оборудование, позволяющее контролировать содержание твердой фазы в растворе.

  Работа механического оборудования очистки осуществляется с помощью силы ускорения или же центробежной силы, благодаря чему становится возможным существенно повысить уровень сепарации в сравнении с процессом осаждения.

Система очистки бурового раствора может состоять из одного или нескольких модулей.

Система очистки буровых растворов должна соответствовать следующим требованиям:

• обработка всего количества циркуляции;
• согласование очередности установки согласно размеру частиц, которые будут отделяться;
• правильность монтажа, точная настройка, благодаря чему значительно повышается эффективность работы следующей ступени;
• оптимизация процесса сепарации – обработка от четверти до половины объема циркуляции.

Источник: http://news-mining.ru/analitika/21326_burenie-burovymi-rastvorami/

Буровые растворы для бурения нефтяных и газовых скважин

При бурении скважин и  в процессе работы на нефтяных и газовых промыслах   используются специальные буровые растворы для бурения  нефтяных и газовых скважин.  Их готовят на месторождении, непосредственно перед началом  добычи этих полезных ископаемых.

Использование таких растворов дает возможность решать широкий спектр производственных задач – от обеспечения очистки и фильтрации ствола скважины и её забоя до обеспечения выполнения основных требований техники промышленной безопасности.

В связи с этим,  применение буровых растворов обязательно как в процессе бурения скважины, так в процессе эксплуатации любого промысла.

Современные буровые растворы отличаются по своим составам, весу, вязкости и прочим характеристикам, поэтому их приготовление производится с учетом таких факторов, как  индивидуальные особенности разрабатываемых залежей, применяемые технологии, финансовые параметры и так далее.

Что из себя представляет буровой раствор?

Буровой раствор – это сложная дисперсионная система, состоящая из  эмульсионных, аэрационных и суспензионных жидкостей, которые используются с целью  промывки скважинных стволов в процессе их  бурения.

Циркуляция этого раствора  внутри ствола позволяет очищать его стенки от различных наслоений, вымывать остатки пробуренной породы и выводить их  на поверхность. Кроме того, такой раствор  стимулирует разрушение породы буровым инструментом, дает возможность качественно вскрыть продуктивный горизонта, а также используется для решения иных рабочих задач.

Если существует повышенный риск обвала, используются специальные  растворы-ингибиторы, а если работы проводятся в условиях высоких температур, то используются глинистые составы с повышенной термостойкостью. Если работы ведутся в условия повышенного пластового давления, то применяют утяжеленные буровые растворы.

Читать также: Как работает плотномер для нефтепродуктов?

Основные характеристики и свойства таких составов

От качества используемого раствора напрямую зависит продуктивность выполняемых с его помощью работ. Главными  свойствами таких составов являются:

• плотность;
• вязкость;
• напряжение сдвига;
• водоотдача.

Плотность буровых растворов измеряют специальным прибором – ареометром. Этот параметр колеблется в пределах от одной до двух с половиной тысяч килограмм на кубический метр.

Условная вязкость определяют по времени, в течение которого определенный объем готового состава протекает через  воронку классического типа. Эффективная вязкость измеряется прибором, который называется вискозиметр. Этот показатель отображает соотношение скоростного градиента и напряжений, возникающих в общем потоке.

Напряжение сдвига также измеряется при помощи  вискозиметра. Стандартное значение этого параметра варьируется от нуля до двадцати Па.

Что измерить такой показатель, как водоотдача, нужно знать, какой объем фильтрата выделяется через оборудование для очистки, если перед давлений за половину часа составляет от 100 кПа и более.

Для обеспечения максимальной эффективности бурения, свойства таких растворов держат под постоянным контролем с помощью посредством ввода в них особых реагентов для повышения качественных характеристик.

К примеру, чтобы уменьшить водоотдачу, в буровой раствор добавляют углещелочные или сульфитно-спиртовые материалы, а также  целлюлозные добавки или модифицированный  крахмал. Реологические свойства получают путем добавления в состав веществ,  понижающих вязкость (к примеру,  фосфат, полифенол, нитролигнин и так далее).

Чтобы избежать нефтяных, газовых и водяных  проявлений в условиях работы при повышенном давлении, необходимо увеличить  плотность используемого бурового раствора. Для этого в его состав вводятся специальные утяжелители (гематит, мел, бармит).

Чтобы сохранить необходимые качественные характеристики в процессе работы в условиях повышенной  температуры,  буровой раствор, как правило,  обогащается антиоксидантами или хроматами натрия или кальция. Для пеногашения в состав может быть добавлена  резиновая крошка, кислота или  спиртовые частицы.

Составы применяемых растворов

Для приготовления большинства буровых растворов необходимо применение  тонкодисперсных глинистых веществ, обладающих высокой пластичностью и небольшим содержанием частиц песка.

Они способны создавать с водой  вязкую суспензию, которая обладает способностью долгое время не приводить к выпадению осадка. Самыми лучшими качествами  обладают глиняные  порошки, основу которых составляют  щелочные  составы. Растворы на основе таких порошков отличаются  низким значением плотности.

Различные рецептуры бурового раствора для разных типов грунтов

В процессе создания бурового раствора очень важно проследить, чтобы в него не попали нежелательные примеси, такие, как известковые частицы, гипс и разного рода растворимые в воде соли.

Согласно требованиям технических нормативов, основным качественным  показателем  сырья для приготовления бурового состава, представлено в порошкообразном виде, является так называемый конечный  выход раствора.

Другими словами, какое количество кубических метров раствора с нужным показателем вязкости можно получить из тонны сухого сырья.

Кроме этого, к важным качественным показателям также относятся содержание в составе песка и  плотность.

Основное назначение буровых составов

Такие растворы готовят, исходя из целей их дальнейшего использования. Примеры таких целей таковы:

• охлаждение и смазывание поверхностей бурильного долота. Так как  работа этого инструмента всегда связана с  появлением большого трения, для повышения износостойкости необходимо использовать смазывающие составы, которые одновременно снижают температуру инструмента;
• очистка забоя скважины. Многие буровые растворы дают возможность  эффективно вымывать выбуренные  породы из скважины и выносить их на поверхность. Качество такой очистки зависит от  физических и химических свойств конкретного состава, а также от геологических особенностей пробуриваемых горных пород, вследствие чего в процессе приготовления необходимо учитывать  состав горных пород конкретного месторождения;
• образование  на стенках ствола скважины очистного слоя. Формирующаяся на стенках ствола  корка отличается низкой проницаемостью, что дает возможность обеспечить устойчивость в верхней песчаной зоне геологического разреза и отделить скважину от слоев с высокой проницаемостью;
• предупреждение водяных, газовых и нефтяных  проявлений;
• защита стенок скважины от обвалов, которые возникают при бурении пород на основе неустойчивой глины;
• особняком стоит такая важная сфера применения буровых составов, как обеспечение качественного вскрытия продуктивных  горизонтов. Многие из существующих сейчас буровых растворов позволяют не допустить загрязнения продуктивного пласта во время его вскрытия и дают возможность  избежать его полной закупорки, в случае которой его разработка становится очень  трудной;
• уменьшение затрат, идущих  на фиксацию скважины с помощью колонн;
• получение данных, необходимых  для анализа, в процессе работы разведывательных скважин. Это также одна из вспомогательных функций таких составов, поскольку вместе с ними на поверхность выносится шлам и частички горных пород, которые являются предметом изучения;
• повышение устойчивости к коррозионному воздействию оборудования и труб;
• обеспечение выполнения требований техники промышленной  безопасности и сведение к минимуму вреда, наносимого  экологии окружающей среды.

Читать также: Как используется рулетка для измерения уровня нефтепродуктов?

Классификация  буровых растворов

В настоящее время выделяют следующие виды таких составов:

№Полезная информация

1	Водные растворы, которые делятся на

1. безглинистые буровые составы, такие, как обычная техническая вода, разного рода суспензии и растворы на полимерной основе и так далее;
2. глинистые растворы на основе минерализованной или пресной  воды, а также растворы, в составе которых присутствуют  гипс, глинистые частицы и хлорные элементы.

• Растворы на неводных основах:

1. углеводородные составы;
2. нефтепродукты, содержание газа в которых минимально.

• Пены и аэрированные жидкости.
• Реагенты, находящиеся в газообразном состоянии.

Буровая колонна улетела в скважину. Авария при бурении

Источник: https://neftok.ru/oborudovanie/burovye-rastvory-dlya-bureniya-neftyanyh-i-gazovyh-skvazhin.html

Водные буровые растворы

• В результате использования технической и морской воды вместо глинистого раствора проходка на долото повышается на 15– 20 %, а механическая скорость проходки – на 25–40 %.
• Недостатки воды как бурового раствора: в перерывах между циркуляциями вода не удерживает шлам в скважине во взвешенном состоянии; глинистые отложения набухают, разупрочняются, снижается устойчивость ствола скважины.
• Вода пригодна в качестве бурового раствора для бурения неглубоких скважин в твердых неглинистых породах карбонатно-песчаного комплекса, а также в гипсах и других отложениях.
• Фильтрация воды в продуктивные пласты резко снижает их нефтеотдачу, вследствие создания водяного барьера, образования устойчивых водонефтяных эмульсий, набухания содержащихся в пласте глинистых минералов, препятствующих притоку нефти в скважину, что серьезно затрудняет освоение и ввод скважин в эксплуатацию.
• Нестабилизированные глинистые растворы (суспензии) и суспензии из выбуренных пород представляют водные суспензии, образованные в процессе бурения путем «самозамеса» из разбуриваемых пород.

Гуматные растворы

К этому виду относится буровой глинистый раствор, стабилизированный углещелочным реагентом (УЩР). Применяют такой раствор при бурении в сравнительно устойчивом разрезе, в котором отсутствуют набухающие и диспергирующие глинистые породы.

Допустимая минерализация для гуматных растворов не более 3 %, термостойкость не превышает 120–140 °С.

В отсутствие минерализации фильтрация гуматных растворов остается небольшой даже при температуре 200 °С, однако при высокой температуре усиливается загустевание раствора.

Лигносульфонатные растворы

Буровые глинистые растворы, стабилизированные лигносульфонатными реагентами (сульфит-спиртовая барда (ССБ)). Используются при разбуривании глинистых отложений, гипсов, ангидритов и карбонатных пород.

Главной функцией лигносульфонатных реагентов является понижение вязкости, основанное на сочетании стабилизирующего и ингибирующего эффектов. Ингибирующее действие кальциевой ССБ в пресных растворах мягче, чем действие извести.

Раствор термостоек до 130 °С.

Полимерные недиспергирующие буровые растворы

Водные растворы высокомолекулярных полимеров (акрилатов, полисахаридов), структурированные малыми добавками бентонита, или без него. Эти растворы предупреждают диспергирование разбуриваемых пород и повышение содержания твердой и глинистой фаз в растворе. Они характеризуются низким содержанием глинистой фазы, что способствует улучшению показателей бурения.

Термостойкость полимерных недиспергирующих растворов зависит от применяемых полимеров. Наибольшую термостойкость (до 250 °С) имеют растворы на основе акриловых полимеров. Полимерные растворы могут быть безглинистыми.

В этом случае раствор представляет собой воду с добавкой полимера, обычно не гидролизованного ПАА, улучшающего реологические свойства воды и ее выносящую способность и флокулирующего выбуренную породу.

Главная проблема применения таких растворов – предотвращение обогащения их выбуренной породой. Поэтому в состав раствора вводят специальные реагенты-флокулянты селективного действия (например, гидролизованный полиакриламид – ПАА), флокулирующие кальциевую глину и грубодисперсную фракцию выбуренной породы.

Ингибирующие растворы

1. Для снижения интенсивности перехода выбуренной породы в глинистый раствор, повышения устойчивости стенок скважины используют ингибирующие растворы, в состав которых входит неорганический электролит, или полиэлектролит.

2. Снижение размокаемости и диспергирования выбуренных шламов достигается в результате:
3. — ввода в суспензию электролита, содержащего поливалентный катион (гипс, хлорид кальция);
4. — добавки солей поливалентных металлов, переходящих в растворе в гидроокиси;
5. — обработки высокощелочными соединениями, увеличивающими глиноемкость буровых растворов;
6. — использования модифицированных лигносульфонатов;
7. — обработки раствора полимерными соединениями.

В практике бурения скважин при разбуривании глинистых пород для уменьшения числа осложнений, связанных с загустеванием раствора, сальникообразованиями и нарушениями целостности ствола скважины, нередко используют высокощелочные глинистые и безглинистые растворы с рН = 11÷13. К ним относят растворы, обработанные лигносульфонатами в сочетании с едким натром, известковые, алюминатные, безглинистые, солестойкие. Все высокощелочные системы ограниченно термостойки, и чем выше коллоидность разбуриваемых пород, тем ниже термостойкость раствора. Химические реагенты-стабилизаторы в высокощелочной среде работают хуже.

Алюминатные растворы

Буровые глинистые растворы из кальциевой глины, которые содержат ингибирующую добавку – высокощелочной алюминат натрия, стабилизированный лигносульфонатами. Алюминатные растворы бывают пресными и соленасыщенными.

Пресные алюминатные растворы используют для разбуривания глинистых отложений в условиях невысоких (до 100 °С) забойных температур. В качестве реагента-стабилизатора используются только ССБ, применяемые совместно с алюминатом натрия.

Алюминатные глинистые растворы (АлГР) обладают устойчивостью в широком диапазоне хлорнатриевой минерализации и большими показателями фильтрации. Для предотвращения пенообразования в раствор вводят пеногасители.

Известковые растворы с высоким РН

Сложные многокомпонентные системы, включающие, кроме глины и воды, четыре обязательных реагента: известь, каустик, понизитель вязкости, защитный коллоид. В их состав также могут входить нефть или дизельное топливо, утяжелитель и различные добавки специального назначения.

Известковые растворы используют при разбуривании высококоллоидных глинистых пород и аргиллитов. В результате применения известковых растворов повышается их глиноемкость, снижаются пептизация выбуренной глины, набухание и вспучивание сланцев, слагающих стенки скважины, уменьшается опасность прихватов.

Известковые растворы применяют до температуры 100–120 °С.

Безглинистые солестойкие растворы (БСК)

Такие растворы состоят из бурого угля, каустической соды, воды и гидроксида поливалентного металла, применяются при проводке скважин, осложненных наличием хемогенных отложе- ний, осыпающихся и склонных к обвалам терригенных пород.

Крепящее действие основано на образовании в определенных температурных условиях нерастворимых в воде цементирующих веществ – гидросиликатов и гидроалюминатов двухвалентных металлов.

При отсутствии двухвалентных катионов в буровом растворе и разбуриваемых породах происходит только химическое разрушение щелочью глинистых минералов без связывания продуктов разрушения в нерастворимые соединения.

Недостатки этих растворов — низкая термостойкость и высокая щелочность. Так как при использовании данного раствора не исключен переход в него выбуренной породы, то возможно сильное загустевание и даже затвердение раствора.

Кальциевые растворы

Ингибирующие буровые глинистые растворы, содержащие, кроме глины, воды, нефти и утяжелителя, реагентов – понижающих вязкость, фильтрацию и регуляторов щелочности, специальные вещества – носители ионов кальция. Действие их заключается в основном в предотвращении перехода выбуренной глины в натриевую форму, в переводе натриевой глины в кальциевую, в результате чего снижаются гидратация и набухание сланцев.

Известковые растворы с низким РН

Кальциевые буровые растворы, содержащие в качестве ингибитора — носителя ионов кальция гидроксид кальция, более высокая растворимость которого обеспечивается пониженным значением рН раствора (9–9,5). Эти растворы предназначены для разбуривания глинистых отложений. Температурный предел 160 °С.

Гипсовые растворы

Ингибирующие кальциевые растворы содержащие в качестве носителя ионов кальция гипс и гидроксид кальция. Гипсовые растворы предназначены для разбуривания высококоллоидных глинистых пород в условиях высоких забойных температур (до 160 °С).

Хлоркальциевые растворы (ХКР)

Ингибирующие кальциевые растворы, содержащие в качестве ингибирующей добавки хлорид кальция. Оптимальное содержание катионов кальция, при котором достигается ингибирование, составляет 3–5 г/л. Хлоркальциевые растворы наиболее эффективны при разбуривании аргиллитов. Термостойкость его ограничена (100 °С).

Калиевые растворы

Калиевые растворы содержат в качестве ингибирующих электролитов соединения калия. Действие калиевых растворов обусловлено насыщением ионами калия глинистых минералов.

Наиболее быстрое насыщение глин ионами калия происходит при рН = 9÷10. Калиевые растворы эффективны при бурении неустойчивых глинистых сланцев.

Существует ряд разновидностей калиевых растворов, отличающихся составом и некоторыми свойствами.

Силикатные растворы

Силикатные растворы содержат в качестве ингибирующей добавки силикат натрия. Они применяются для повышения устойчивости ствола скважины при разбуривании осыпающихся пород. Растворы не пригодны при разбуривании мощных отложений гипсов и ангидритов.

Силикатный раствор готовят из предварительно гидратированного в пресной воде глинопорошка, в который вводят УЩР, КМЦ, силикат натрия.

Повышение структурно-механических характеристик достигается вводом пасты, приготовленной из бентонитово- го глинопорошка с добавкой УЩР.

Гидрофобизирующие растворы

Гидрофобизирующие растворы содержат в качестве ингибирующих добавок вещества, вызывающие гидрофобизацию глинистых пород, кремнийорганические соединения или соли высших жирных или нафтеновых кислот. Эти соединения адсорбируются на глинистых минералах, создавая гидрофобный барьер, препятствующий контактированию глин с дисперсионной средой (водой).

Соленасыщенные растворы

Во избежание кавернообразований соли разбуривают с использованием соленасыщенных растворов. В зависимости от пластовых давлений, мощности и состава соленосные породы бурят с применением рассола, глинистого соленасыщенного раствора, не обработанного реагентами — понизителями фильтрации, и соленасыщенного глинистого раствора, стабилизированного реагентами.

Необработанный буровой глинистый соленасыщенный раствор

В состав этого раствора входят глина, вода и соль. Для улучшения смазывающих свойств добавляют нефть, графит, а при необходимости получения высокой плотности — утяжелитель. Такой раствор может применяться при температуре до 160 °С.

Раствор готовят из предварительно гидратированного в пресной воде глинопорошка, а затем вводят кальцинированную и каустическую соду.

После приготовления глинистую суспензию обрабатывают нефтью в сочетании с графитом, добавляют соль до насыщения и при необходимости — утяжелитель.

Стабилизированный соленасыщенный раствор

Помимо глины, воды, соли и нефтепродуктов, такой раствор содержит солестойкий полимерный реагент (крахмал, КМЦ или акриловый полимер). Он предназначен для бурения в солях с пропластками глинистых отложений. Термостойкость соленасыщенного стабилизированного раствора зависит от используемого полимерного реагента (крахмал, КМЦ, полиакрилаты) и может составлять 100; 140; 220 °С.

Раствор на основе гидрогеля магния

Раствор состоит из воды и полимерного реагента. В качестве структурообразователя, ингибирующей добавки и насыщающих солей используют соли магния с оксидом (гидроксидом) щелочного металла, в результате чего образуется гидрогель магния.

Гидрогель магния применяют при разбуривании терригенных пород. Это вещество препятствует быстрому увлажнению глинистых минералов, повышает устойчивость ствола скважины.

Раствор, насыщенный солями магния, используют для разбуривания соленосных пород — бишофита, карналлита.

Источник: http://BurovoeRemeslo.ru/burovye-rastvory/tipy-rastvorov/vodnye-burovye-rastvory/

Буровой раствор: виды, назначение и основные свойства — Аппарат Вихревого Слоя GlobeCore

Буровой раствор предназначен для:

• очистки забоя от выбуренной породы
• удержания кусочков шлама на весу при остановке циркуляции раствора
• создания противодавления на пласт
• подачи гидравлической мощности к забойным двигателям
• охлаждения долота и облегчения разрушения призабойной зоны пласта
• оказания физико-химического воздействия на стенки скважины с целью предупреждения их разрушения
• образования глинистой корки на стенках скважины
• обеспечения проницаемости продуктивных пластов при их вскрытии.

Требования к буровым растворам

К промывочным жидкостям предъявляют следующие требования:

• не загрязнять пласты;
• легко очищаться от шлама и дегазироваться;
• легко регулировать свои свойства;
• быть достаточно термо- и солестойким;
• не мешать проведению геофизических исследований;
• быть экологичным и дешевым.

Классификация и виды буровых растворов (буровых промывочных жидкостей)

ПЖ на водной основе:

• безглинистые (вода, безглинистые водные растворы, суспензии, безглинистые полимерные растворы);
• глинистые растворы (на пресной воде, на минерализованной воде, глинистые растворы, ингибирующие глинистые растворы, известковые, гипсовые и хлоркальциевые);
• ПЖ на неводной основе – растворы на углеводородной основе, дегазированная нефть и нефтепродукты;

Аэрированные растворы:

• аэрированные жидкости (до 15 % воздуха);
• пены (до 60 % воздуха);

Газообразные рабочие агенты – воздух, природный газ и выхлопные газы двигателя внутреннего сгорания, продукты горения.

Вода в качестве промывочной жидкости

Может быть применена в районах, где геологический разрез сложен твердыми породами, не обваливающимися в скважину без глинизации ее стенки.

В этих условиях промывка скважины водой становится наиболее выгодной из-за ее большой подвижности, малой вязкоcти и относительно небольшой плотности.

В результате уменьшаются гидравлические сопротивления в бурильной колонне, турбобуре, долоте и затрубном пространстве, облегчаются условия работы буровых насосов, повышается их подача и увеличивается мощность турбобура.

Однако как промывочная жидкость вода имеет два существенных недостатка.

Во-первых, возникает опасность прихвата бурильной колонны, так как вода не способна удерживать во взвешенном состоянии частицы выбуренной породы при прекращении циркуляции.

Во вторых, могут быть обвалы пород со стенки скважины, так как вода не обеспечивает должного гидростатического давления. Кроме того, обвалы объясняются физико-химическими воздействиями воды на породу, слагающую стенку скважины.

Глинистые растворы

Приготовляют из глины и воды. Однако не всякая глина пригодна для этого.

Глина – смесь глинистых минералов, придающих ей свойства пластичности, и твердых минералов (песка, карбонатов), осложняющих процесс качественного приготовления глинистого раствора.

Наиболее распространенные глинистые минералы, входящие в состав глин: каолинит Al2O3·2SiO2·2H2O, галлуизит Al2O3·2SiO2·3H2O, монтмориллонит Al2O3·4SiO2·2H2O.

При большом содержании твердых минералов (примесей) глины превращаются в мергели, глинистые пески и другие осадочные горные породы, обладающие незначительной пластичностью.

При смачивании глины водой молекулы воды проникают между пластинками глины и раздвигают их.

Вследствие этого объем глины увеличивается за счет ее набухания, глинистые частицы удаляются друг от друга, силы притяжения между ними ослабевают и глинистый комочек распадается на мельчайшие частицы, покрытые водной оболочкой. Так происходит раздробление (диспергирование) глины в воде и образование глинистого раствора.

Таким образом, для получения глинистого раствора хорошего качества необходимо применять высокосортную глину и совершенные методы приготовления глинистого раствора.

Качество глинистого раствора характеризуется целым рядом параметров: плотностью, вязкостью, водоотдачей, статическим спряжением сдвига и др.

Плотность глинистого раствора – физическая величина, измеряемая отношением массы раствора к его объему. Чем больше плотность раствора, тем большее давление оказывает он на забой и стенку скважины.

При бурении скважины необходимо, чтобы давление столба жидкости в скважине несколько превышало давление в проходимых нефтеносных, газоносных или водоносных пластах. Поэтому плотность применяемого глинистого раствора должна соответствовать этому требованию.

При разбуривании горизонтов, предрасположенных к обваливанию пород, следует увеличивать плотность. В случае прохождения трещиноватых, кавернозных пластов следует, наоборот, уменьшить плотность раствора, чтобы предотвратить его уход в эти горизонты. В неосложненных условиях бурения плотность глинистого раствора поддерживают в пределах 1180 – 1220 кг/м3.

Вязкость

Вязкость (внутреннее трение) – свойство жидкостей и газов оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой.

Внутреннее трение, возникающее при движении глинистого раствора, слагается из трения между молекулами физически связанной воды, между глинистыми частицами, также между молекулами физически связанной воды и глинистыми частицами. Из этих трех видов трения наименьшее трение между молекулами воды.

Поэтому повышение содержания физически связанной воды приводит к уменьшению, а повышение концентрации глинистой фазы – к увеличению вязкости глинистого раствора.

В значительной мере влияет на вязкость также химическая обработка глинистого раствора и действие растворимых в воде пород и минеральных солей, находящихся в пластовых водах.

Реагенты – понизители вязкости

• Из этих реагентов наиболее часто применяются окзил, нитролигиин и сунил.
• Реагенты специального назначения – каустическая сода, кальцинированная сода, жидкое стекло, поваренная соль, известь, хроматы и бихроматы.
• Каустическая сода NaOH используется в основном для приготовления УЩР, ССБ, нитролигнина и др.
• Кальцинированная сода Na2CO2 применяется для улучшения диспергирования глин при приготовлении глинистого раствора, снижая при этом водоотдачу, вязкость и статическое напряжение сдвига раствора.

Жидкое стекло Na2SiO2 позволяет изменять вязкость и статическое напряжение сдвига в довольно широких пределах. Если требуется незначительно увеличить статическое напряжение сдвига, то жидкое стекло нужно добавить не более 0,75% к объему глинистого раствора.

При добавлении к глинистому раствору 2,5 – 3% жидкого стекла можно получить высоковязкий раствор с большим статическим напряжением сдвига, пригодный для борьбы с поглощениями.

Нефть (дизельное топливо) добавляют в приемные емкости буровых насосов, содержащие глинистый раствор. Хорошее перемешивание смеси достигается после двух-трех циклов покачивания ее по циркуляционной системе.

Водоотдача

Водоотдача – способность раствора при определенных условиях отдавать воду пористым породам.

При бурении скважины глинистый раствор под влиянием перепада давления проникает в поры пластов и со временем закупоривает (глинизирует) их.

Образовавшаяся на стенке скважины глинистая корка препятствует проникновению в пласты даже очень малых частиц глины, но не задерживает воду, отделяющуюся от глинистого раствора.

Если применяется глинистый раствор низкого качества, то на стенке скважины образуется толстая, рыхлая и неплотная глинистая корка, через которую отфильтровывается вода в пласт.

Образование толстой глинистой корки сужает ствол скважины, что может вызвать прилипание (прихват) бурильной колонны. Кроме того, проникновение отфильтрованной воды в породы может привести к их набуханию и обвалам.

В связи с этим всегда стремятся максимально снизить водоотдачу глинистого раствора.

Статическое напряжение сдвига

Характеризует прочность структуры неподвижного раствора. Эта прочность возрастает с течением времени, прошедшего с момента перемешивания глинистого раствора. Было установлено, что этот параметр целесообразно измерять через 1 мин и 10 мин после окончания перемешивания. Разница в результатах измерений показывает, насколько упрочнилась структура глинистого раствора за 10 мин.

При бурении скважины глинистый раствор подвержен воздействию частиц выбуренной породы, пресных и минерализованных пластовых вод, температуры и давления, что, как правило, приводит к изменению параметров раствора в худшую сторону, И дальнейшее бурение без принятых мер становится невозможным.

Во избежание этого в глинистый раствор добавляют химические реагенты, условно подразделяющиеся на три группы: реагенты – понизители водоотдачи, реагенты – понизители вязкости и реагенты специального назначения. Кратко рассмотрим наиболее распространенные реагенты каждой группы.

Реагенты – понизители водоотдачи

Из этих реагентов наиболее широко применяют углещелочной реагент (УЩР), сульфит-спиртовую барду (ССБ) и карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ).

Углещелочной реагент получают из бурого угля и каустической соды (NaOH), в результате реакции которых образуются натриевые соли гуминовых кислот – гуматы натрия, являющиеся вместе с избытками каустической соды основными активными веществами реагента.

Вследствие избытка каустической соды расщепляются (пептизируются) глинистые частицы. Всегда имеющаяся в глинистом растворе физически связанная вода расходуется на обволакивание вновь образовавшихся частиц и утолщение существующих гидратных оболочек, это приводит к уменьшению водоотдачи.

Одновременно с этим на поверхностях глинистых частиц адсорбируются гуматы натрия, что приводит к интенсивному утолщению гидратных оболочек.

Поэтому глинистые растворы, чрезмерно обработанные углещелочными реагентами, в связи с высокой дисперсностью глинистых частиц становятся вязкими, но бесструктурными.

Сульфит-спиртовая барда – отход целлюлозной промышленности. Содержащиеся в ней лигносульфоновые кислоты и их соли хорошо снижают водоотдачу глинистых растворов, подвергшихся воздействию минерализованных пластовых вод.

Активность ССБ как понизителя водоотдачи пропорциональна количеству ее в растворе. Расход реагента обычно велик и достигает 50% от объема обрабатываемого раствора. Действие ССБ на глинистые растворы, не содержащие минерализованных вод, менее эффективно.

Однако некоторого снижения водоотдачи при одновременном уменьшении вязкости можно достигнуть и при обработке пресных растворов.

В последнее время широко применяют конденсированную сульфит-спиртовую барду (КССБ) нескольких марок.

Этот реагент – продукт конденсации ССБ, формалина, фенола, хромата, серной кислоты с последующей нейтрализацией NaOH.

Применяется он для снижения водоотдачи пресных (снижается и вязкость) и минерализованных растворов. В зависимости от марки КССБ реагент применяют для обработки растворов, имеющих температуру 130 – 180° С.

Карбоксиметилцеллюлоза предназначена для обработки сильно минерализованных глинистых растворов, однако с успехом применяется и для снижения водоотдачи глинистых растворов, не содержащих солей. Этот реагент представляет собой натриевую соль целлюлозно-гликолевой кислоты и получается при переработке древесины.

Хорошо снижает водоотдачу и повышает вязкость пресных растворов, но снижает водоотдачу и резко уменьшает вязкость минерализованных растворов.

Раствор, обработанный КМЦ, сохраняет свои свойства в условиях продолжительного влияния температуры до160 – 180° С.

Преимущества и недостатки буровых растворов

Бурение с промывкой эмульсионным глинистым раствором позволяет уменьшить толщину и липкость глинистой корки, образующейся на стенке скважины, следовательно, снизить опасность прилипания (прихвата) бурильной колонны к стенке скважины и поэтому улучшить условия ее эксплуатации. Благоприятные условия создаются и для работы долота на забое скважины, что способствует сокращению числа долот на скважину и увеличению скорости бурения.

Однако растворам этим присущи и недостатки: повышенная стоимость, разрушение нефтью резиновых деталей турбобуров и насосов, отрицательное воздействие на отбираемый керн, пожароопасность, загрязнение буровой.

При разбуривании аргиллитов, сланцевых глин, соленосных пород с промывкой скважины жидкостью на водной основе под воздействием отфильтрованной из раствора воды, как правило, происходят осыпи, обвалы пород и растворение соленосных пород.

В этих условиях желательно использовать промывочные жидкости, не имеющие в основе воду. Такие жидкости следует применять и при бурении в продуктивных пластах, так как не следует допускать загрязнение коллекторов отфильтрованной водой.

Промывочные жидкости на неводной основе – сложная многокомпонентная система, в которой дисперсионной средой являются жидкие нефтепродукты, чаще всего дизельное топливо. Поэтому их называют растворами на углеводородной основе.

Наиболее распространены известково-битумные растворы (ИБР), в состав которых входят дизельное топливо, битум окись кальция, поверхностно-активное вещество и небольшие количество воды. Для повышения плотности ИБР, если это необходимо, в раствор добавляют барит, имеющий большую плотность.

Источник: https://avs.globecore.ru/burovyie-rastvoryi-naznachenie-vidyi-osnovnyie-svoystva.html

Реагенты для бурения скважин

В процессе углубления нефтяных скважин используется постоянно циркулирующая под определенным напором жидкость. Она способствует удалению шлама и помогает увеличить эффективность бурильных работ.

Помимо освобождения полости от остатков разрушенных пород раствор бурения нефтяных скважин выполняет ряд других важных функций. Он позволяет снизить затраты и обезопасить буровые мероприятия. Поэтому химическому составу и свойствам промывочной жидкости уделяется повышенное внимание. Внесение специальных добавок помогает изменить их характеристики, адаптировав к реальным условиям.

Реагенты для бурения скважин

Вращающаяся труба, углубляясь в земную кору, прежде чем достичь нефтяного пласта, проходит несколько слоев почвы. Песчаные, глинистые, скальные и земляные слои разрушаются и мешают дальнейшему углублению, осыпаясь вовнутрь скважины. Промывочный раствор помогает вытолкнуть дробленные измельченные остатки, очищая полость.

Основными важными функциями раствора бурения нефтяных скважин являются:

• Удаление шлама из скважинного ствола. Быстрая очистка забоя позволяет устранить трения между буром и измельченными остатками твердых пород, увеличив срок службы оборудования;
• Охлаждение бурильных труб. Постоянное омывание инструмента при постепенном разрушении породы дает возможность отвести излишки тепла и предотвратить перегрев механизма. Внесение специальных добавок может изменить теплофизические показатели в нужную сторону в зависимости от температуры окружающей среды и характера грунта;
• Способность удерживать мелкие частицы во взвешенном состоянии, придавая тиксотропные свойства раствору. В результате образуется гелеобразная субстанция, адсорбирующая измельченный шлам;
• Облегчение процесса бурения. Правильный выбор напора и площади сечения струи усиливает гидродинамический эффект, что наиболее важно при бурении в рыхлых почвах. Жидкость проникает в пористую структуру, осуществляя процесс предварительного деформирования горных пород.

Внесение различных реагентов для бурения скважин позволяет создать раствор с заданными параметрами. На практике особое распространение получили следующие добавки:

• Стабилизаторы. Увеличивают или уменьшают вязкость для фильтрации либо адсорбции мелких частичек;
• Вещества, связывающие катионы. Наличие активных ионов кальция и магния, негативно влияющих на качество раствора, нейтрализуют при помощи кальцинированной соды;
• Регуляторы щелочи. Восстановление нормальной среды при прохождении глинистых слоев проводится с использованием едкого натра;
• Смазки. Уменьшить трение между буровой трубой и горной породой помогают смазки, проявляющие адсорбционный эффект;
• Пеногасители. Внесение ПАВ, разведенных в органических растворителях, помогает разрушить пузырьки воздуха внутри промывочной жидкости;
• Утяжелители. Способствуют снижению подвижности раствора и увеличению его вязкости.

Все используемые химические компоненты для изменения физико-химических свойств промывочной жидкости должны согласовываться с соответствующими органами. Это связано с защитой окружающей среды и природных недр.

Заказать реагенты для бурения

Наша компания «Спектропласт» работает в производственно-химической отрасли с 1991 г. Мы разрабатываем, производим и реализуем присадки для буровых растворов под требования системы Заказчика. За более подробной информацией обращайтесь по тел. +7 (495) 966-08-09 или по почте info@splast.ru

Источник: https://ingibitory.ru/production/burovye-rastvory/dlya-bureniya-neftyanykh-i-gazovykh-skvazhin/