Структура и химический состав буровых растворов
2 буровых раствора не могут быть одинаковыми. Даже если в начале растворы похожи, то различного рода пластовые субстанции и особое техническое обслуживание приводят к существенным различиям между ними. Однако вполне возможно создать четкую классификацию буррастворов.
Существование многочисленного семейства буровых растворов очевидно. Правильно подобранным для скважины считается тот, который является наиболее экономичным в свете безопасности, цен на бурильные операции и возможной добычи. (Низкая начальная цена на бурраствор может стать слишком высокой для оператора, если возникнут проблемы с буровыми операциями или добычей). Заранее оговариваю, что факторы не могут представлять одинаковую важность для каждой скважины. Местные условия значительно влияют на определение самого экономичного бурраствора для конкретной скважины.
Термин “среда” подразумевает собой жидкости и газы. Буровая среда, обладающая наибольшей текучестью, называется бурраствором. Воздух, газ и пена – это составляющие газовой рабочей среды.
Жидкостью в буррастворе может быть вода, нефть или устойчивая смесь того и другого. Эмульсией называется смесь, в которой одна жидкость взвешена в другой в мелких каплях. Взвешенная жидкость называется дисперсной фазой. Взвешиваемая жидкость называется сплошной фазой или непрерывной фазой. Буровой раствор на углеводородной основе – это раствор, жидкую часть которого составляет нефть, хотя чаще всего её составляет обратная эмульсия. Если часть сплошной фазы составляет вода или сплошная эмульсия, то такой раствор называется водным.
Водные буррастворы считаются самым простыми. Они могут быть естественными буррастворами, растворами с легкой обработкой, растворам с тяжелой обработкой, задерживающими водными растворами.
Ингибиторные растворы уменьшают, или препятствуют взаимодействию между бурраствором и определенными пробуриваемыми пластами. Буррастворы на углеводородной основе сами по себе являются ингибиторными. Водный раствор может быть ингибиторным, если в нем в достаточных количествах содержатся катионы или капсулирующие реактивы (может содержаться и то и другое).
Большое разнообразие буррастворов усложняет любое всестороннее исследование их структуры. Здесь наш основной подход будет основан на понятиях непрерывной и дисперсной фазы раствора. После того как структура будет разобрана, мы обсудим изменения, вызываемые химическими субстанциями, попадающими в раствор. Однако перед началом основного исследования, давайте вкрадце обсудим составляющие бурраствора, а имено их происхождение и функции.
Вода, нефть и то и другое, необходимые для создания объёма раствора, добавляются на поверхности. (Из-за затрат на перекачку по трубопроводу, растворы, используемые для этой цели, должны быть всегда легко доступными в околоскважинном пространстве). Вторым важным источником субстанций в буррастворе являются пробуриваемые пласты. Мелкие твердые частицы выбуренных обвалившихся пород могут стать частью раствора. Часто во время бурения пористых пластов в раствор попадают жидкости и газы. Если пласт проницаем, то они могут просачиваться или даже затекать в раствор. Обычно в пластовых водах присутствуют ионизированные соли. Соль попадает в раствор во время бурения солевых пропластков.
Для изменения характеристик растворов в них добавляются различные добавки. Утяжелители бурраствора (барит, карбонат кальция, растворимые соли) увеличивают плотность растворов, тем самым помогая контролировать подземное давление и поддерживать стенки ствола скважины. Сгущающие глины, полимеры и превращенные в эмульсию жидкости эффективно сгущают растворы, и тем самым повышают их способность перемешивать и удерживать шлам и твердые частицы. С другой стороны, диспергаторы могут использовать, чтобы разжижать растворы и таким образом уменьшать проблемы, связанные с пульсацией, поршневанием и давлением циркуляции. Глины, полимеры, крахмалы и битумный материал используются для снижения просачивания раствора через стенки ствола скважины. Этим уменьшается вред подземным пластам, сводятся к минимуму избыточные проблемы с прихватом колонны и проблемы, связанные с расшифровкой каротажной диаграммы. Иногда для защиты подземных пластов или для снижения чувствительности раствора к будущему загрязнению в растворы добавляется соль. Соль также добавляется и для повышения плотности раствора. Другие используемые добавки включают в себя смазочные вещества, ингибиторы коррозии, химикаты, препятствущие загрязнению ионам кальция, флокулянты, помогающие в удалении шлама на поверхность, а также огромное количество других материалов.
Часто в растворы добавляют акустическую соду, чтобы та повысила водородный показатель, и таким образом улучшила бы работу диспергаторов и свела бы к минимуму коррозию. Антиферментаторы, бактерициды, эмульгаторы и увеличивающие температуру реагенты тоже принадлежат к категории добавок, чья основная функция заключается в повышении эффективности других добавок.
ФАЗЫ БУРРАСТВОРОВ
Бурраствор – это типичная суспензия тверды веществ (возможно и жидкостей или газов, находящихся в жидкости). Взвешиваемая жидкость называется непрерывной фазой раствора. Взвешенные частицы твердых веществ или глобулы текучей среды образуют прерывистую фазу раствора, К примеру, вода – это непрерывная фаза, а глина – это прерывистая фаза в глиняно-водяном растворе. Обратной эмульсии раствора нефть – это непрерывная фаза, а глобулы воды – прерывистая фаза.
Непрерывная фаза бурраствора всегда жидкая. Тверды вещества, жидкости и газы могут присутствовать в прерывистой фазе.