Состав бурового раствора
БУРОВОЙ РАСТВОР КАК НДС
Буровой раствор – сложная полидисперсная система, обладающая тиксотропной структурой, особенности которой обуславливают его технологические свойства, главные из которых – структурно-механические и фильтрационные. Управление этими свойствами в основном сводится к изменению физико-химического состояния бурового раствора.
Буровой раствор – важнейший элемент технологии бурения, в значительной мере определяющий стоимость, технико-экономические показатели и качество строительства скважин
Буровой раствор должен выполнять следующие основные функции:
1) быть экологически безопасным, устойчивым к воздействию электролитов, кислых газов, высокой температуры и давления; иметь стабильные во времени свойства; противостоять переходу выбуренной породы ( растворение, диспергирование ) в его состав и удерживать во взвешенном состоянии породу;
2) предупреждать осложнения в необсаженном стволе скважины;
3) обеспечить качественное вскрытие продуктивных пластов;
4) создавать благоприятные условия для разрушения забоя долотом;
5) выносить шлам на поверхность, освобождаясь от него на очистных устройствах;
6) передавать гидравлическую мощность забойным двигателям;
7) облегчать спуско-подъемные операции;
8) обеспечить возможность проведения геофизических исследований.
Свойствами буровых растворов, исходя из коллоидно-химических представлений, можно управлять, изменяя:
-Концентрацию, дисперсность и фракционный состав дисперсной фазы
(глина, утяжелитель, наполнитель, нефтепродукты );
-Энергию взаимодействия частиц дисперсной фазы с дисперсионной средой;
-Энергию взаимодействия (тип контактных взаимодействий) частиц дисперсной фазы, образующих пространственную решетку коагуляционно-тиксотропных структур );
-Тип сопряженной пространственной коагуляционно-тиксотропной структуры.
Структурно-механические и фильтрационные свойства буровых растворов – не только главные характеристики их технологического качества, но и отражают коллоидно-химическое состояние этих дисперсий. Показатели этих свойств являются интегральными характеристиками происходящих в них коллоидно-химических процессов. На их регулирование ( исключая затраты на утяжелитель ) используют основную массу реагентов и материалов.
По П.А.Рединберу, факторы устойчивости диперсий, препятствующие сближению частиц, в порядке возрастания эффективности следующие:
1) наличие двойного электрического слоя;
2) возникновение на поверхности частиц стабилизирующей адсорбционной пленки ПАВ, являющейся структурно-механическим барьером между частицами (характерно для буровых растворов ).
К числу основных факторов, определяющих состояние бурового раствора и практически влияющих на его технологические свойства, следует отнести содержание и характеристики глин и утяжелителей.
Глина – основной структуро- и коркообразующий компонент бурового раствора. Суспензия глины может рассматриваться как буровой раствор для неосложненного бурения или как основа приготовления более сложных систем.
ФУНКЦИИ БУРОВОГО РАСТВОРА
Независимо от производимых работ у бурового раствора около 10 функций. Бурраствор должен выполнять следующие функции:
1) создавать на стенки скважины противодавление;
2) предотвращать обвал стенок скважины;
3) создавать на стенках скважины тонкую, плотную корку;
4) очистить забой от выбуренных частиц породы;
5) удерживать выбуренные частицы во взвешенном состоянии при остановке промывки;
6) выносить выбуренную породу на поверхность;
7) охлаждение и смазка долота и бурильной колонны;
8) снижать риск кольматации продуктивного пласта;
9) позволять производить оценку параметров продуктивного пласта;
10) снижать коррозию бурильной колонны.
При каротаже во время бурения бурраствор должен позволять делать оценку возраста горных пород.
КОНТРОЛЬ ПЛАСТОВОГО ДАВЛЕНИЯ
Он обычно осуществляется с помощи плотности раствора (обычно называемой весом бурраствора).
Вес бурраствора может быть увеличен двумя способами:
а) растворением в нем солей;
б) увеличением содержания твердой фазы.
Если в бурраствор попадают дополнительные твердые частицы, он должен обладать достаточной вязкостью, чтобы частицы не осаждались.
Плотность бурового раствора должна быть достаточной для удерживания нефти, воды или газа в пласте.
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПЛАСТА
В проницаемых пластах жидкая часть бурраствора (фильтрат) проникает в пласт. Твердые частицы остаются в виде глинистой корки.
Загрязнение пласта зависит главным образом от фильтрационных характеристик раствора. Глинистая корка может повлиять на проницаемость продуктивного пласта. Фильтрат тоже может проникать в пласт, создавая зону непроницаемую для пластового флюида.
СОСТАВ БУРОВОГО РАСТВОРА
Бурраствор состоит из смеси жидкостей, твердых частиц и, иногда, газов. Давайте посмотрим на некоторые фазы:
1) Газообразная фаза (Gaseous Phase)
Это может быть непрерывной фазой при бурении с очисткой забоя воздухом или прерывистой фазой при бурении с промывкой пенообразным материалом. В этом случае газ, чаще всего воздух, содержится в пене в виде пузырьков.
2) Жидкая фаза (Liquid Phase)
Так же, как и газообразная, жидкая фаза может быть непрерывной или прерывистой. В любом случае, жидкая фаза достигается следующим образом:
а) Основная жидкость
Напр. Вода
Сырая нефть
Диз.топливо
Нефть с парафином
б) продукты, растворенные в основной жидкости.
Это могут быть продукты бурраствора, добавленную в основную жидкость для изменения ее качеств. Например:
Соли для плотности
Соли для ингбирования
Химикаты для щелочности
Битум для вязкости
Также, в бурраствор могут попасть растворимые породы в результате взаимодействия бурраствора и пласта.
Соли из соляных разрезов
Ионы от взаимодействия с глиной
Все растворимые твердые частицы тем или иным образом изменяют свойства бурраствора.
3) Твердая фаза (Solids Phase)
В отличии от двух предыдущих фаз, твердая фаза всегда прерывистая. Она состоит из:
а) Продукты бурраствора, добавленных в раствор. Это могут быть активные частицы, реагирующие с основной жидкостью для придания определенных свойств бурраствору (например предварительно гидратированный бентонит для придания вязкости). Могут быть инертные частицы, не вступающие в реакцию.
б) Выбуренные твердые частицы из пласта. Так же, как и продукты бурраствора, выбуренные частицы могут быть активными и инертными, т.к. некоторые пласты реагируют с бурраствором, а некоторые нет.