Raimondirus.ru

RAiMONDI
5 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Буровой раствор

Буровой раствор

Буровой раствор

При работе нефтяной или газовой скважины, ее разработке используется специальный буровой раствор, приготавливаемый непосредственно перед добычей полезных ископаемых. Его использование позволяет решить большой спектр задач, начиная от фильтрации и очистки забоя и стволового пространства и заканчивая основными требованиями техники безопасности, поэтому применение такого раствора является необходимым процессом в ходе разработки любого месторождения. Современные растворы могут иметь разный состав, вязкость, вес и другие характеристики, и приготовление осуществляется с учетом особенностей залежей, выбранных технологий, финансовых аспектов и других факторов.

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.

Как правило, при бурении используются составы на основе воды и углеводородных частиц (раствор битума и известняка, эмульсии инвертного типа). 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.

Предотвращение проявлений воды, нефти и газа при повышенном давлении осуществляется посредством увеличения плотности состава: для этого в раствор вводят утяжелитель (бармит, мел, гематит). В состав также может быть добавлен пенообразователь или произведено аэрирование. 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.

Буровой раствор для скважин

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. В случае необходимости улучшения свойств туда добавляют реагенты (они могут увеличить или уменьшить плотность, вязкость и другие качества). 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

Использование буровых растворов при ГНБ. Опыт Электис

использование буровых растворов при гнб опыт электис

Сегодня сложно представить горизонтальное направленное бурение без использования бурового раствора. От качества буровых жидкостей во многом зависят успех бурения, сохранность оборудования и нервов заказчика и подрядчика. Однако даже сейчас есть те, кто совсем не знает, зачем применяются буровые растворы при ГНБ, и какую роль выполняют буровые жидкости в процессе бурения.

Читайте так же:
Какие присадки для цемента

Незнание заказчика позволяет ему в некоторых случаях пренебречь такой “мелочью” как бентонит и полимеры, выбрать “что подешевле”, сократить количество расходных материалов, чтобы снизить сметную стоимость проекта, или отказаться от бентонита и полимеров совсем. Так делать нельзя! Сегодня мы расскажем вам почему, а так же покажем, какими полимерами и бентонитами вот уже 10 лет успешно пользуется Электис для бестраншейной прокладки коммуникаций.

Что такое буровой раствор?

что такое буровой раствор из сего он состоит

Буровой раствор — это сложная многокомпонентная, состоящая из нескольких несмешиваемых фаз система жидкостей (суспензий, эмульгаторов и аэрированных жидкостей). Буровой раствор применяют для промывки скважин в процессе бурения. Также буровая жидкость решает следующие задачи:

  • Сохраняет целостность окружающей среды
  • Оказывает противодавление поровому давлению
  • Облегчает пробой сложных и твердых пород
  • Защищает буровой инструмент от коррозии
  • Очищает скважины от бурового шлама
  • Уменьшает трение, охлаждает и смазывает буровой инструмент
  • Укрепляет стенки скважины, защищает от осыпей, обвалов и разрушений
  • Останавливает разбухание глины, уменьшает ее липкость
  • Передаёт гидравлическую энергию на забойный двигатель и долото
  • Предотвращает возможность возникновения осложнений при бурении (дифференциальный прихват, поглощения, нефтегазопроявления и т. п.)

Из чего состоит буровой раствор?

зачем использовать буровой раствор бентонит и полимеры при гнб

В зависимости от сложности прокола и вида грунта, в котором необходимо его сделать, в буровой раствор добавляют разные полимеры и химические реагенты. Каждый из компонентов промывочного раствора имеет свое значение.

Например, натриевый бентонит , в отличие от простой воды, не просачивается и не впитывается в почву. Он остается в скважине, и обеспечивает постоянное нахождение раствора в скважине, ведь постоянное нахождение в скважине буровой жидкости — это основа успешного бурения. Бентонит — обязательный компонент каждого бурового раствора.


Полимеры и химические реагенты позволяют увеличить вязкость раствора препятствуют формированию катышков, делая массу более эластичной и маслянистой в зависимости от характера грунта. Благодаря действию полимеров стабилизируются стенки скважины при сыпучих и неустойчивых грунтах, предотвращается налипание вязкой и глинистой массы на буровую лопатку, улучшаются скользящие и водонепроницаемые свойства раствора, снижается крутящий момент на рабочем инструменте. Добавляют полимеры и реагенты после соединения бентонита с водным кондиционером.

Почему обязательно необходимо использовать бентонит и полимеры при ГНБ?

залив бурового раствора

Буровые жидкости и полимеры — материал, без которого не обходится ни одно бурение ГНБ. Они созданы специально для того, чтобы облегчить прохождение бурового инструмента в земле, предостерегая его от перегрева, застреваний и, как следствие, износа и “дорогостоящих” поломок. Буровые жидкости и полимеры подготавливают почву, делают её более эластичной, мягкой и легко проходимой.

Пренебрегая буровыми растворами, компания ГНБ подвергает риску себя, свою технику и репутацию, а также ставит под удар заказчика, который ожидает качественных работ в соответствии с заявленными сроками.

“Я слышал, что одна буровая компания не использует бентонит и полимеры для ГНБ…”

бентонит и полимеры для гнб

На тематических форумах часто можно встретить рассказы бурильщиков, в которых они описывают свою работу “всухую”, “на воде” или в крайнем случае “на соленой воде”. Отметим, что чаще всего они говорят о несложных проколах у частных заказчиков или знакомых.

Любая уважающая себя крупная фирма ГНБ обязательно использует в своей работе качественные буровые растворы, а не не самодельные смеси и простую воду. В некоторых случаях, воды может быть и будет достаточно, но никто не застрахован от износа и поломок дорогостоящих элементов ГНБ машин. Для фирм ГНБ поломка техники — это серьезные денежные потери и суета в связи со срочной необходимостью покупки новых запчастей. Для заказчика это увеличение сроков работы и ненужное повреждение внешних и внутренних слоев почвы с возможными обвалами в перспективе.

Есть ли современные качественные альтернативы и заменители бентонита и полимеров?

гели вместо бентонита и полимеров гнб

В последнее время рынок буровых жидкостей, бентонита и полимеров расширяется, и на рынок выходят новые игроки. Например, совсем недавно в Европе появились специальные гели для бурения от компании ProAction Fluids , призванные заменить бентонит. Компания выпускает четыре вида геля для различных видов грунта, гели разного цвета, чтобы не перепутать.

До России новинка еще не дошла, а вот западные компании уже вовсю пользуются этими цветными гелями, и отмечают их высокую надежность и качество. В то же время цена на такие растворы пока остается достаточно высокой. Стоимость гелей для бурения в несколько раз превышает цены на бентонит и полимеры.

Какие полимеры и бентонит использует ЭлектИС в своей работе?

гнб электис буровые растворы

За 10 лет работы в области бестраншейной прокладки коммуникаций методом ГНБ ЭлектИС успел протестировать десятки материалов для буровых растворов от разных производителей. Мы даже писали статью , где сравнивали между собой бентониты различных марок. Сегодня мы пользуемся проверенным в работе отечественным бентонитом и полимерами фирмы “Горизонт”. Для проколов в песчаных грунтах бентонитами Bentolux Horizont PAC-HV, а для прохождения в глинистых почвах — Bentolux Horizont PHPA. Эти материалы показывают отличные результаты, при этом их соотношение цена/качество одно из самых оптимальных на рынке.

БЕНТОНИТ BENTOLUX HORIZONT UN

бентонит для гнб горизонт

Бентонит для ГНБ BENTOLUX HORIZONT UN произведен на основе бентонитовых глин российских месторождений. Помогает подготовить буровой раствор, отличающийся высокой структурной прочностью. Расход подбирается индивидуально для каждого геологического разреза с учетом рекомендуемой рецептуры буровых растворов. Концентрация определяется типом почвы. Для глинистой следует использовать 15–20 кг/м³, для песчаной – от 25 до 30 кг/м³, а для гравия и скальных пород – от 30 до 35 кг/м³.

Область применения:

Bentolux Horizont UN рекомендуется для приготовления бурового раствора при производстве работ методом ГНБ в нормальных и тяжелых условиях, а также при сооружении колодцев.

Преимущества:

  • Высокая скорость набора реологических характеристик.
  • Легкое удаление шлама.
  • Простота в применении.
  • Низкий коэффициент трения скольжения.
  • Низкое содержание песка
  • Образование тонкой герметичной пленки, снижающей просачивание воды сквозь стенки канала.
  • Устойчивость к воде затворения различных типов (водопроводной, артезианской).

BENTOLUX HORIZONT PAC-HV

Полианионная целлюлоза с высокой молекулярной массой, применяется для контроля водоотдачи и вязкости буровых растворов на водной основе.

Область применения:

Контроль фильтрации. Замедление набухания глинистых сланцев. Повышение вязкости в растворах на основе любой воды затворения

(соленой, морской, пресной, с повышенной кальциевой и магниевой агрессией). Создает синергетический эффект с другими химреагентами марки «HORIZONT». Уменьшение липкости и коэффициента трения, бурение в интервалах ММП (многолетне-мерзлых горных породах).

Преимущества :

  • Эффективна в буровых растворах на всех типах жидкости затворения (пресная, соленая, минерализованная вода).
  • Эффективна в растворах с умеренным и высоким значением рН.
  • Эффективна в малых концентрациях.
  • Устойчива при температуре до 1400С.
  • Не токсична.

BENTOLUX HORIZONT PHPA

полимеры горизонт гнбРеагент, оказывающий инкапсулирующее действие – заключает в оболочку вяжущие, склонные к разбуханию и склеиванию грунты. Предотвращает сужение канала скважины при бурении в глине, склонной к разбуханию и разрушению при других сложных формациях. Совместно с полимерами эффективно снижает липкость фильтрационной корки без добавления смазок.

Область применения:

Закупоривающий материал. Легкорастворимый сухой полимер, используется в качестве ингибитора в глине и сланце, уменьшает силу трения и повышает вязкость. Может применяться в водопроводной воде.

Читайте так же:
Марка цемента это гост

Преимущества :

  • Может быть использован для поднятия вязкости в безглинистых растворах и растворах с минимальным содержанием бентонита.
  • Помогает предупредить налипание породы на долото, стабилизирует и укрепляет стенки скважины, покрывая и смазывая твердые частицы.
  • Эффективный инкапсулянт выбуренной породы, ограничивающий ее дисперсию.
  • Способствует улучшению выноса выбуренной породы.
  • Высококонцентрированный продукт (>90% активного вещества) снижает затраты на транспортировку и хранение.
  • Улучшает стабилизацию глинистых сланцев.

электис за работой укладка труб методом гнб

Надеемся, эта статья была для вас полезной. Всегда обращайте внимание на материалы, которые использует ваша буровая компания или подрядчики. Правильный раствор для бурения — это уже половина успешного и качественно выполненного ГНБ! Экономьте с умом, и не вдавайтесь в крайности. Желаем вам только качественного бурения и опытных подрядчиков!

Хотите получить консультацию специалиста? Тогда звоните или пишите нам , мы с радостью ответим на все ваши вопросы и напишем новые интересные статьи!

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

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

Снижение размокаемости и диспергирования выбуренных шламов достигается в результате:

— ввода в суспензию электролита, содержащего поливалентный катион (гипс, хлорид кальция);

— добавки солей поливалентных металлов, переходящих в растворе в гидроокиси;

— обработки высокощелочными соединениями, увеличивающими глиноемкость буровых растворов;

— использования модифицированных лигносульфонатов;

— 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. При отсутствии каустической соды и наличии только ионов кальция буровой раствор превращается в разновидность кальциевого раствора. Вязкость БСК зависит от количества введенного бурового угля. Вследствие высокой щелочности раствор термостоек до 100 °С.

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).

Читайте так же:
Как правильно сделать замес цемента
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.

Буровой раствор

Буровой раствор — сложная многокомпонентная дисперсная система суспензионных, эмульсионных и аэрированных жидкостей, применяемых для промывки скважин в процессе бурения.

Использование буровых растворов для бурения скважин предложено впервые в 1833 году французским инженером Фовеллем, который, наблюдая операцию канатного бурения, при которой аппарат бурения наткнулся на воду, заметил, что фонтанирующая вода очень эффективно удаляет буровой шлам из скважины. Он изобрёл аппарат, в котором предполагалось закачивать воду под буровую штангу, откуда буровой шлам вымывался водой на поверхность между буровой штангой и стволом скважины. Принцип остался неизменным до сих пор.

·        Компенсирует пластовое давление;

·        формирует фильтрационную корку на стенках скважины, укрепляя таким образом неустойчивые отложения. Уменьшает воздействие фильтрата бурового раствора на породы разобщением разбуриваемых пластов и открытого ствола;

·        транспортирует выбуренную породу из скважины и удерживает её во взвешенном состоянии после прекращения циркуляции;

·        передаёт гидравлическую энергию на забойный двигатель и долото;

·        обеспечивает качественное вскрытие продуктивных пластов;

·        обеспечивает смазывающее и антикоррозионное действие на буровой инструмент;

·        предотвращает возможность возникновения осложнений при бурении (дифференциальный прихват, поглощения, нефтегазопроявления и т. п.);

·        обеспечивает информацией о геологическом разрезе.

Содержание

Состав буровых растворов [ править | править код ]

В практике бурения применяют буровые растворы на водной (техническая вода, растворы солей и гидрогеля, полимерные, полимер-глинистые и глинистые растворы), углеводородной (известково-битумный раствор, инвертная эмульсия) и аэрированных основах.

При бурении в хемогенных отложениях применяют соленасыщенные глинистые растворы, гидрогели, в случае возможного осыпания и оползней стенок скважины — ингибированные растворы, при воздействии высоких температур — термостойкие глинистые растворы и растворы на углеводородной основе, которые эффективны также при вскрытии продуктивных пластов и при разбуривании терригенных и хемогенных неустойчивых пород.

При бурении в условиях, характеризующихся аномально высокими давлениями, применяют утяжеленные буровые растворы, в неосложненных условиях — техническую воду, полимерные безглинистые и полимер-глинистые растворы с низким содержанием твердой фазы.

Свойства и их регулирование [ править | править код ]

Эффективность применения буровых растворов зависит от их свойств, к которым относятся плотность, вязкость, водоотдача, статическое напряжение сдвига, структурная однородность, содержание газов, песка; тиксотропия, содержание ионов Na, K, Mg.

Водоотдача бурового раствора характеризуется объёмом фильтрата (от 2 до 10 см³), отделившегося от раствора через стандартную фильтровальную поверхность при перепаде давления

100 кПа в течение 30 мин. Толщина осадка на фильтре (фильтрационная корка), которая образуется при определении водоотдачи, изменяется в пределах 1-5 мм.

Содержание твердой фазы в буровом растворе характеризует концентрацию глины (3-15 %) и утяжелителя (20-60 %). Для обеспечения эффективности бурения (в зависимости от конкретных геолого-технических условий) свойства бурового раствора регулируют изменением соотношения содержания дисперсной фазы и дисперсионной среды и введением в них специальных материалов и химических реагентов. Для предупреждения водонефтегазопроявлений при аномально высоких пластовых давлениях увеличивают плотность бурового раствора путём введения специальных утяжелителей (например, мелом до 1500 кг/м³, баритом и гематитом до 2500 кг/м³ и более) или уменьшают её до 1000 кг/м³ за счет аэрации бурового раствора или добавления к нему пенообразователей (сульфанола, лигносульфоната). Содержание твердой фазы бурового раствора регулируется трехступенчатой системой очистки на вибрационных ситах; газообразные агенты отделяют в дегазаторе. Кроме того, для регулирования содержания твердой фазы в раствор вводят селективные флокулянты.

Особый класс реагентов применяют при регулировании свойств растворов на углеводородной основе. К ним относятся эмульгаторы (мыла жирных кислот, эмультал и другие), гидрофобизаторы (сульфанол, четвертичные амины, кремнийорганические соединения), понизитель фильтрации (органогуматы).

Готовят буровые растворы непосредственно перед бурением и в его процессе.

Сырьё [ править | править код ]

Для приготовления буровых растворов используются тонкодисперсные, пластические глины с минимальным содержанием песка, способные образовывать с водой вязкую, долго не оседающую суспензию. Лучшие свойства имеют существенно щелочные (натрий) разновидности монтморилонитовых (бентонитовых глин), глинопорошки, которые применяются главным образом при бурении нефтяных и газовых скважин и для приготовления глинистых растворов с низкой плотностью.

Читайте так же:
Песок с цементом готовый раствор

Вредными примесями в глинах, ухудшающими стабильность глинистых растворов, являются гипс, растворимые соли, известняк.

Согласно техническим условиям (ТУ У 39-688-81 [1] ) основным показателем качества глинистого сырья и глинопорошков, предназначенных для приготовления буровых растворов, является выход раствора — количество кубометров раствора (взвеси) заданной вязкости, получаемого из 1 т глинистого сырья. Кроме того, регламентируются плотность раствора и содержание песка.

Обращение бурового раствора в скважине [ править | править код ]

Большинство буровых растворов при буровых операциях рециркулирует по следующему циклу:

  1. Буровой раствор замешивается и хранится в специальных ёмкостях.
  2. Буровой насос перекачивает буровой раствор из ёмкости через колонну бурильных труб в скважину.
  3. Буровой раствор по трубам доходит до забоя скважины, где буровое долото разбуривает породу.
  4. Затем буровой раствор начинает возвращаться на поверхность, вынося при этом частицы породы (шлам), которые были отделены долотом.
  5. Буровой раствор поднимается по затрубу — пространству между стенками скважины и бурильной трубой.
  6. На поверхности буровой раствор проходит через линию возврата — трубу, которая ведёт к вибрационному ситу.

Сито состоит из ряда вибрирующих металлических решеток, которые используются для отделения раствора от шлама. Раствор протекает через решетку и возвращается в отстойник.

Частицы шлама попадают в жёлоб для удаления. Перед выбросом они могут быть очищены, исходя из экологических и других соображений. Некоторые частицы шлама отбираются геологами для исследований состояния внутри скважины.

Разновидности [ править | править код ]

Раствор буровой лигнитовый щелочной — буровой раствор, в который вводят определенное количество лигнитов, имеющих щелочной характер.

Раствор известково-битумный — буровой раствор на нефтяной основе, дисперсионной средой которого является дизельное топливо или нефть, а дисперсной фазой — высокоокисленный битум, оксид кальция, барит и небольшое количество воды, необходимой для гашения извести.

Раствор облегченный — буровой раствор, уменьшенный в весе, облегченный, который имеет меньшую плотность. Т. о. применяется для бурения и глушения скважин в пластах с низким пластовым давлением.

Раствор полимерный — буровой раствор на водной основе, который содержит высокомолекулярные полимеры линейного строения; применяется обычно при бурении крепких пород.

Добавки для буровых растворов

ПЕРВЫЙ ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ НА ОСНОВЕ ФОРМИАТА КАЛИЯ В РОССИИ

Несмотря на значительные преимущества систем на углеводородной основе, применение таких растворов имеет ряд недостатков, в первую очередь связанных с экологическими ограничениями. В 2017 году компаниями «АКРОС» и «Газпром нефть» были проведены полномасштабные полевые испытания систем буровых растворов на основе формиата калия и натрия, позволившие проанализировать эффективность применения таких систем и определить основные особенности применения. По результатам проделанной работы определены выводы по особенностям применения таких систем и перспективы их применения в России.

В рамках внедрения буровых растворов на основе формиатов калия и натрия на месторождениях ПАО «Газпром нефть» были проведены полномасштабные лабораторные исследования. На основании лабораторных исследований определены к применению в полевых условиях рецептуры и разработаны алгоритмы поддержания свойств системы бурового раствора при бурении.

С применением рецептуры на основе формиата калия было пробурено два интервала на Южно-Приобском месторождении ООО «Газпромнефть-Хантос» и три интервала на Приразломном месторождении ООО «Газпром Нефть Шельф».

По результатам проведения полевых испытаний подтвердилась высокая эффективность применения систем буровых растворов на основе формиата калия:

— получены высокие технико-экономические показатели бурения

— получен опыт бурения горизонтальных скважины без применения смазочных добавок, при этом нагрузки и моменты сопоставимы или ниже, чем в системах, обработанных смазочной добавкой

— разработана методика поинтервальной обработки с применение раствора тяжелой плотности

— подтверждена возможность получения высокой плотности до 1.41 г/см 3 без применения баритового утяжелителя

— внедрена технология, позволяющая снизить экологические риски, связанные с применением буровых растворов

— реализовано бурение горизонтального участка и интервала под эксплуатационную колонну с применением одного типа бурового раствора вместо двух, за счет чего снижены объемы утилизации и приготовления на скважину.

Система на основе формиата калия подтвердила свою эффективность и имеет значительные перспективы по внедрению в России в качестве альтернативы растворам на углеводородной основе, в особенности в условиях бурения при АВПД. По результатам применения системы в полевых условиях выработаны полевые практики применения и оптимальные рекомендации по управлению свойствами раствора. Проведены сравнительные анализы по эффективности ингибирования, снижению коэффициента трения, обеспечению высоких ТЭП бурения.

Введение

Системы буровых растворов на основе формиатов широко известны, их применению посвящено большое количество публикаций [1,2,3,4,5,], в том числе отмечается ряд преимуществ таких систем по сравнению с другими типами буровых растворов на водной основе. На основании опубликованных данных можно выделить ряд специфических особенностей, присущих системам на основе формиатов и предопределяющих эффективность их применения:

— Соли формиата калия и натрия повышают термостабильность полимеров, применяемых для регулирования свойств буровых растворов на водной основе [1]

— возможность использования основы высокой плотности позволяет снизить концентрацию утяжелителей, что в свою очередь позволяет разрабатывать системы с минимальным содержанием твердой фазы [1,2,3]

— применение рецептур с минимальным содержанием твердой фазы создает предпосылки к повышению механических скоростей бурения и снижению загрязнения призабойной зоны продуктивного пласта [4]

— ряд публикаций отмечает высокую смазывающую способность систем на основе солей формиатов, что в свою очередь дает возможность рассматривать применение систем буровых растворов на основе формиатов для бурения скважины с большим отходом от вертикали и горизонтальных скважин [1,3]

— формиаты обладают меньшим негативным воздействием на окружающую среду в сравнении с хлоридом калия, натрия и кальция, традиционно применяемым для приготовления буровых растворов на водной основе [1]

— ряд публикаций отмечает, что применение насыщенных систем на основе формиатов создает предпосылки к повышению стабильности ствола скважины за счет осмотических процессов [1,2,8].

Обладая рядом значительных технических преимуществ, перечисленных выше, основным недостатком солей формиатов является сравнительно высокая стоимость по сравнению с другими солями, традиционно применяемыми при приготовлении буровых растворов. Таким образом, при решении вопроса о применении систем буровых растворов на основе формиатов, ключевым является выбор между высокой стоимостью, сопоставимой со стоимостью растворов на углеводородной основе, и ожидаемым технологическим эффектом от применения.

Несмотря на то, что системы на основе формиатов получили широкое распространение за пределами России, до 2017 года опыт использования таких систем был крайне ограничен, не было опубликовано статей, позволяющих объективно оценить возможности и потенциальные преимущества применения таких растворов. В период с октября 2016 года по июнь 2017 года компаниями «АКРОС» и «Газпром нефть» была реализована программа опытно-промышленного применения систем буровых растворов на основе формиата калия в России.

При подготовке к реализации проекта компаниями было подготовлено комплексное технико-экономическое обоснование применения бурового раствора на основе формиатов. В рамках технико-экономического обоснования были проведены расширенные лабораторные исследования.

На основании проведенных лабораторных исследований, включавших в себя замеры ингибирующей способности и смазывающей способности, было принято решение о реализации полномасштабных полевых испытаний на суше и на море.

Реализация опытно-промышленных работ по применению бурового раствора на основе формиата калия на суше

Для реализации опытно-промышленных работ на суше была выбрана горизонтальная скважина Южно-Приобского месторождения. Строительство горизонтальных скважин на Южно-Приобском месторождении осложнено рядом геологических особенностей, в том числе: для входа в продуктивный пласт под углом 85-90° и последующего спуска эксплуатационной колонны приходится прибегать к бурению интервалов со сложной пространственной интенсивностью в условиях повышенных геомеханических напряжений разбуриваемых пород, которое сочетается с проявлением пластовой агрессии (карбонатной/бикарбонатной), влияние которой негативным образом сказывается на управлении физико-химическими параметрами бурового раствора.

Читайте так же:
Как ускорить высыхание цемента

В результате вышеуказанных особенностей, процесс строительства горизонтальных скважин на Южно-Приобском месторождении в ряде случаев осложняется нестабильностью ствола, нарушением свойств буровых растворов, что приводит к увеличению сроков строительства относительно плановых. Для сокращения сроков строительства и минимизации геологических осложнений, на протяжении всего времени разбуривания месторождения применялись различные технологические решения и приемы, направленные на оптимизацию процесса бурения.

С учетом геологических особенностей проводки горизонтальных скважин на Южно-Приобском месторождении по результатам полевых испытаний планировалось определить, позволит ли применение системы на основе формиата калия снизить временные затраты и осложнения при бурении интервалов 220 и 154 мм под транспортный ствол и горизонтальный участок соответственно.

Для бурения интервала 220 мм было запланировано применение рецептуры, приведенной в Таблице 1. С использованием системы на основе формиата предполагалось пробурить интервал с последовательным увеличением удельного веса с 1,25 г/см 3 при выходе из-под башмака кондуктора до 1,41 г/см 3 на окончательном забое. С учетом необходимости поэтапного увеличения плотности бурового раствора при бурении под эксплуатационную колонну, обработка бурового раствора была рассчитана исходя из пополнения свежеприготовленным объемами с последовательным увеличением плотности основы. Для приготовления начального объема раствора использовали «зимний» бленд формиата калия плотностью 1,35 г/см 3 ,имеющего низкую температуру замерзания.

Таблица 1. Рецептура бурового раствора для применения на Южно-Приобском месторождении

Основа раствора, утяжелитель, ингибитор глин

Формирование фильтрационной корки

Предполагалось, что применение данного технологического приема позволит снизить концентрацию твердой фазы низкой плотности и обеспечит достижение высоких технико-экономических показателей бурения. По окончании бурения интервала 220 мм предполагалось разбавить оставшийся буровой раствор и продолжить бурение горизонтального участка в продуктивном пласте с плотностью 1,25 – 1,30 г/см 3 , снизив концентрацию выбуренной породы низкой плотности.

В процессе бурения интервала 220 мм проблем с движением инструмента при проведении плановых СПО не возникало. В целом процесс строительства интервала проходил в плановом режиме, параметры бурового раствора на основе формиата калия на всём протяжении бурения выдерживались в рамках программы. С глубины 1800 м в работу были запущены две центрифуги, которые позволяли эффективно контролировать выбуренную породу, а концентрация карбоната кальция в буровом растворе периодически восполнялась дополнительными обработками циркулирующего объёма. Показатель водоотдачи системы регулировался обработками полианионной целлюлозы низкой и высокой вязкости, позже применялись обработки полианионной целлюлозой низкой вязкости в сочетании с модифицированным крахмалом. Данное сочетание позволило эффективно снизить показатель фильтрации до минимальных значений, что позволяло эффективно управлять фильтрационным показателем и не выходить за регламентируемые значения. При проведении плановых шаблонировок ствола скважины были отмечены незначительные затяжки сверх собственного веса, что в последствии позволило полностью отказаться от окончательной сплошной проработки ствола скважины и спустить колонну 178 мм до проектного забоя. При бурении всего интервала не применялись обработки смазочной добавкой.

Основным ингибитором в системах на основе формиата калия является катион калия К+ в очень большой концентрации. Начальные значения данного показателя при бурении интервала транспортной колонны составили 250 000 мг/л. Обработки на пополнение позволяли поддерживать концентрацию ионов калия при бурении, интенсивность снижения концентрации напрямую соотносилась с бурением интервалов, сложенных глинистыми породами.

В таблицах 3 и 4 приведены параметры бурового раствора на основе формиата калия при бурении интервалов 220 и 154 мм.

Таблица 2. Параметры раствора при бурении интервала 220 мм

Содержание Cl — /К +

Содержание Cl — /К

Дельта от сред. знач,%

Температура пробы, оС

Плотность, г/см 3

Условная взякость, сек

ДНС, фнт/100 фт 2

СНС 10′, фнт/100 фт 2

СНС 10″, фнт/100 фт 2

Водоотдача, см 3 /30 мин

РЕЗУЛЬТАТЫ СРАВНИТЕЛЬНОГО АНАЛИЗА ГИДРАВЛИКИ ПРИ БУРЕНИИ

Производительность буровых насосов , л/сек

Расчетное давление на стояке, атм.

Фактическое давление на стояке, атм.

Расчетное ЭЦП долото, г/см 3

Потери давления в затрубном пространстве, атм.

Потери давления в трубах, атм.

По результатам бурения скважины с применением системы на основе формиата калия были проведен сравнительный анализ технико-экономических показателей бурения. На графике 2 приведены сравнительные сроки строительства по интервалу эксплуатационной колонны и коэффициент сложности профиля скважины. Соблюдение технологических режимов бурения и поддержание программных значений бурового раствора позволили безаварийно закончить бурением интервалы под эксплуатационную колонну и горизонтальный участок.

На графике выделена скважина, пробуренная с применением раствора на основе формиата калия. Хотя с применением системы пробурен не самый сложный профиль, достигнуты минимальные сроки строительства, составившие 10 дней. Средние сроки строительства интервала транспортной колонны на данной кустовой площадке площадке составляют 26 дней в подготовленной выборке скважин.

В дополнение к сокращению сроков строительства, при проводке скважины с применением системы на основе формиата калия, за счет применения одного типа бурового раствора для бурения двух интервалов, были получено снижение общего объема приготовления бурового раствора и сокращение объема отходов при бурении. На графике 3 приведены сравнительные данные по объемам приготовления раствора и объемам отходов по скважинам кустовой площадки, где проводились полевые испытания.

С применением системы на основе формиата калия на Южно-Приобском месторождении удалось на 32% снизить объем приготовления бурового раствора (см. график 3), при этом основные параметры раствора (содержание твердой фазы и концентрация коллоидной твердой фазы МВТ) были ниже, чем на других скважинах с применением стандартной рецептуры бурового раствора. Дополнительно получено снижение общего объема утилизации бурового раствора на 56% относительно среднего значения для соседних скважин. За счет гибкости системы бурового раствора на основе формиата калия, в конце бурения интервала под транспортный ствол он был конвертирован для бурения горизонтального участка, что позволило отказаться от чистки емкостей перед бурением интервала под хвостовик и утилизации отработанного объема бурового раствора.

Высокая устойчивость к цементной агрессии позволила провести разбурку цементного стакана без изменения физико-химических параметров бурового раствора. Бурение по продуктивному пласту было продолжено без каких-либо временных затрат и дополнительных сбросов и обработок.

Опытное применение раствора на основе формиата калия на Южно-Приобском месторождении подтвердило возможность получения сниженных реологических параметров, минимальной концентрации твердой фазы и, как следствие, снижение ЭЦП и давления на буровом насосе. Ниже в таблице 5 приведены результаты сводного анализа основных параметров бурового раствора относительно других скважин кустовой площадки. Как уже отмечалось выше, при бурении транспортного ствола не проводились обработки бурового раствора смазочной добавкой, при этом периодически проводились контрольные замеры коэффициента трения в сравнении с буровыми растворами с других кустовых площадок. Для проведения замеров использовался прибор E.P. Lubricity tester [10]. Данные замеров приведены на графике 4. Приведенные данные подтверждают, что системы на основе формиата калия обладают уникальной смазывающей способностью и позволяют снижать коэффициент трения без применения дополнительных смазочных добавок.

Таблица 5. Рецептура бурового раствора на основе формиатов калия и натрия

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector