1. 1 Функции и классификация промывочных жидкостей при бурении скважин
 Скачать 97.07 Kb.
|
|
10 способ бурения; 11 наличие источников водоснабжения, характер и степень минерализации воды, предназначенной для приготовления промывочной жидкости; 12 географическое местоположение скважины. Экологические соображения, требования к утилизации сточных вод и шлама; 13 доступность места расположения скважины, объем транспортировки материалов, транспортные расходы; 14атраты на бурение интервала. Тип бурового раствора и его параметры выбираем из условия обеспечения устойчивости стенок скважины и обеспечения необходимого противодавления на флюидонасыщенные пласты, которые определяются физико-химическими свойствами горных пород слагающих разрез скважины и пластовыми давлениями. При выборе растворов следует руководствоваться опытом, наклонным при бурении в проектном горизонте. При проектировании технологического процесса бурения колонковых, разведочных и эксплуатационных скважин на твердые, жидкие и газообразные полезные ископаемые особое внимание уделяется, определению состава и свойств буровых растворов (промывочных жидкостей) и газообразных агентов, находящихся в непрерывной и принудительной циркуляции. В связи с многообразием горно-геологических условий бурения скважин такие требования предъявляется к промывочной жидкости как: укрепление стенок скважины в рыхлых, неустойчивых породах; уравновешивание высоких пластовых давлений путем обеспечения соответствующего гидростатического давления; закупоривание трещин и зон с низкими пластовыми давлениями; предотвращение растворимости и набухания разбуриваемых пород; обеспечение хорошего выхода керна в рыхлых, слабосцементированных породах; удержание шлама во взвешенном состоянии в стволе скважины при прекращении циркуляции не могут быть удовлетворены какой-либо одной универсальной промывочной средой. Поэтому в практике бурения скважин применяются различные виды циркулирующих агентов. Тип и параметры циркулирующих агентов выбираются с учетом: ожидаемых геологических и гидрогеологических условий залегания пород, их литологического и химического составов; устойчивости пород под воздействием фильтрата бурового раствора; наличия проницаемых пластов, их мощности и пластовых давлений; давлений гидравлического разрыва; с учетом накопленного опыта в аналогичных условиях, а также наличия сырья для приготовления бурового раствора. В зависимости от перечисленных условий и глубины скважины циркулирующий агент иногда приходится выбирать не только для каждого района, участка или отдельно взятой скважины, но и для бурения различных интервалов в одной скважине. Тип и свойства циркулирующей среды в комплексе с технологическими мероприятиями и техническими средствами должны обеспечивать безаварийные условия бурения с высокими технико-экономическими показателями, а также качество вскрытия продуктивных горизонтов. При выборе газообразного агента необходимо учитывать не только экономическую сторону, но и безопасность проведения буровых работ. Данные о наиболее распространенных циркулирующих агентах используемых при бурении на твердые, жидкие и газообразные полезные ископаемые приводятся в табл. Пользуясь ими, можно ориентироваться в выборе типа циркулирующего агента. При разбуривании сцементированных песчаников, доломитов, известняков и других устойчивых пород не предъявляют специфические требования к выбору типа циркулирующего агента. Для этих целей наибольший экономический эффект будут давать такие агенты как техническая вода, пены, аэрированные жидкости и воздух. Особую сложность представляет выбор типа циркулирующего агента для разбуривания глинистых и хемогенных пород. Если в разрезе скважины глинистые породы представлены в небольшом количестве или отсутствуют, то требования к буровым растворам предъявляются в зависимости от их влияния на коллекторские свойства продуктивных горизонтов. Если мощность глинистых пород составляет десятки и сотни метров, то к буровому раствору выдвигается еще и требование сохранения устойчивости стенок скважины. Наибольшую сложность представляют интервалы сложенные чередующимися хемогенными, терригенными и гипсоангидритовыми породами. Здесь необходим научно обоснованный выбор типа бурового раствора, сохраняющего устойчивость стенок скважины. При выборе типа циркулирующего агента для бурения скважин с горизонтальными стволами следует учитывать наличие в разрезе скважины осыпающихся глинистых сланцев, стоимостные показатели, забойные температуру и давления, требования защиты окружающей среды. Наиболее подходящими считаются растворы на углеводородной основе, стабильные по составу и обладающие хорошими смазывающими свойствами. При выборе бурового раствора следует руководствоваться следующими правилами. Плотность бурового раствора —ρб.р Вязкость бурового раствора — T500 Статическоенапряжениесдвига—СНС Фильтрациябуровогораствора—Ф30 Содержаниепескавбуровомрастворенедолжнопревышать 1-2%. При рН >7 существенно интенсифицируется коррозия стальных труб, а при рН > 10 —трубиздюраля. При турбинном бурении к качеству бурового раствора предъявляются дополнительные требования: 1 максимальное снижение вязкости, что улучшает работу забойных двигателей, уменьшает гидродинамическое давление на пласты при спускоподъемных операциях (выполняя при этом основную функцию —сохранениеустойчивостиствола); 2 очистка от выбуренной породы и дегазация выходящего из скважины бурового раствора должны быть совершенными; 3 максимально возможное равенство давления на забой столба раствора и пластового давления. Таким образом, при выборе основных параметров раствора (ρб.р, T500, СНС и Ф30) стремятся приблизить их к минимально допустимому пределу, при котором еще можно вести процесс бурения без заметных осложнений. Значение водородного показателя рН определяется типом промывочной жидкости, видом химического реагента, используемого для регулирования параметров бурового раствора, характером и интенсивностью взаимодействия фильтрата промывочной жидкости с породами и флюидами продуктивных пластов и неустойчивыми породами в стенках скважины. При выборе значения рН необходимо учитывать возможность изменения интенсивности коррозии бурового оборудования и инструмента. При этом требования к щелочности промывочной жидкости противоположны для работы бурильных труб, изготовленных из стали и легкосплавных материалов. Лучшие тиксотропные свойства раствора наблюдаются при рН = 7÷10, минимальная стабильность —прирН = 2,7÷4,0, наиболеевысокаястабильность —рН = 10,5÷11,5, минимальнаявязкость—прирН = 8,5, минимальнаякоррозиястальныхбурильныхтруб—прирН > 7,0 аминимальнаякоррозиябурильныхтрубизалюминиевыхсплавов—прирН < 10. Исходяизэтого, оптимальнымзначениемследуетсчитать рН = 8,0÷8,5. Концепция выбора и обоснование типа бурового раствора. Основные этапы: 1 определение геолого-технических условий бурения скважин; 2формулирование требований к буровым растворам; 3 анализ имеющегося опыта бурения; 4 изучение конъюнктуры рынка; 5 аналитический подбор оптимальной рецептуры; 6 оценка экологической безопасности; 7 разработка нормативной документации (регламент, инструкции). Выбору типа, компонентного и долевого состава, а также рецептуры приготовления бурового раствора должны в обязательном порядке предшествовать лабораторные испытания оценки качества материалов, используемых для приготовления буровых растворов и самих растворов. 1.5Способы приготовления промывочных жидкостей Приготовление буровых промывочных жидкостей. Приготовление БПЖ-этотехнологияполучения промывочнойжидкостисопределеннымисвойствамиврезультатепереработки исходных материалов и взаимодействия компонентов. Задача процесса приготовления -обеспечение необходимых начальных свойств бурового раствора, от которых зависят его стабильность и реализация технологических функций. Основными показателями процесса приготовления буровых растворов являются: эффективность использования исходных материалов, производительность технологического процесса приготовления и качество получаемого бурового раствора, т.е. соответствие его технологических свойств заданным параметрам. С точки зрения эффективности использования исходных материалов нередко бывает полезно выдержать приготовленный раствор некоторое время перед применением, чтобы используемые компоненты и реагенты полностью прореагировали. Технология приготовления бурового раствора зависит от его рецептуры, состояния исходных материалов и технического оснащения. Буровые промывочные жидкости могут готовиться непосредственно на буровой с помощью специальных технических средств; в скважине при бурении на технической воде в отложениях глины или иных подходящих по составу породах; централизованно на глинозаводе. Буровые промывочные жидкости готовятся в специальных устройствах растворилиглиномешалкахмеханическогоилигидравлическогодействия. Механические растворы или глиномешалки подразделяются: по конструктивному исполнению -лопастные, роторные, шаровые; похарактерудействиянапрерывного (цикличного) инепрерывногодействия; порасположениюваловгоризонтальныеивертикальные. Лопастные растворы или глиномешалки делятся по числу валов на одно-и двухвальные. Механические глиномешалки используются для приготовления промывочных жидкостей из комовых и порошковых глин. Привод глиномешалок осуществляется от индивидуальных двигателей или через трансмиссию. Механическая лопастная глиномешалка с горизонтальным валом состоит из металлической емкости-корпуса, в которой вращается вал с укрепленными на нем поперечными лопастями для измельчения и перемешивания глины с водой. Лопасти расположены одна относительно другой под углом 90°. Между внутренней поверхностью корпуса и лопастями имеется просвет в 30-35 мм. Как правило, глиномешалка устанавливается на автономном основании. Механические лопастные раствора или глиномешалки отличаются простотой конструкции, но в то же время имеют и ряд существенных недостатков: сравнительно невысокую производительность; трудность доступа внутрь глиномешалки для выполнения ремонта и чистки; частые заклинивания и поломки лопастей при попадании в глину твердых включений большого размера; уменьшение рабочего объема глиномешалки при наращивании слоя глины на внутренних стенках. Разновидность механических глиномешалок фрезерно-струйныемельницы (ФСМ) дляприготовленияиутяжеленияпромывочных растворов. ФСМ машинынепрерывногодействия, используютсядляприготовленияпромывочныхжидкостейизкомовыхглиниглинопорошков. Фрезерно-струйнаямельницасостоитизследующихосновныхузлов: лопастного ротора, приемногобункера, предохранительной шарнирной плиты, диспергирующей рифленой плиты, ловушки и лотка для отвода готовой глинистой промывочной жидкостью. Принцип работы ФСМ заключается в следующем. Глина и вода, подаваемые в приемный бункер мельницы, захватываются лопастями ротора. При перемещении вдоль диспергирующей плиты происходит первичное измельчение глины. Дополнительное, более тонкое измельчение ее осуществляется при ударе струй, выбрасываемых лопастями ротора, о выходную решетку, а так же при последующем перемещении суспензии вдоль решетки и прохождении глинистой промывочной жидкости через ее отверстия. Частицы, не успевшие измельчиться в мельнице, вследствие циркуляции промывочной жидкости вновь попадают под лопасти ротора. Непрерывная работа ФСМ может быть обеспечена только при наличии механизированной загрузки исходных материалов. К преимуществам ФСМ относятся: высокая производительность как по комовым глинам, так и по глинопорошку; простота конструкции и небольшие габариты; высокая экономичность. Недостатком является низкое качество раствора, т. к. он содержит много нераспустившихся частиц глины. При разведочном бурении нефтяных и газовых скважин в условиях автономного расположения буровых подчиненное значение имеет гидравлический способ приготовления глинистых промывочных жидкостей, при котором для разрушения части твердой фазы используется только кинетическая энергия струи. Устройства для гидравлического способа приготовления глинистых промывочных жидкостей получили название гидравлических смесителей или гидромешалок. Различают гидромониторные и эжекторные гидросмесители. Разновидности гидромониторных глиномешалок (ГСТ, ГВФТ, Папировского, Резниченко и др.) используются при бурении глубоких скважин. Производительность таких гидромешалок 40-120 м3/ч, давление жидкости перед насадками гидромониторов 4-10 МПа. В процессе приготовления суспензия несколько раз циркулирует по замкнутому циклу буровой насос — смеситель—запаснойрезервуар—буровойнасосдополногодиспергирования твердой фазы, т. к. за один цикл нельзя получить высококачественную глинистую промывочную жидкость. Производительность гидромониторного смесителя ГСТ —40 м3/ч, объемрезервуара 14 м3, рабочеедавлениеприработеодногонасоса—4-5 МПа, двух насосов —7,5-9,5 МПа, масса—8390 кг. Мешалкигидравлическиеэжекторноготипа (гидроворонки) используютсядляприготовленияпромывочнойжидкостиизглинопорошка. Это—устройствонепрерывногодействия. Внастоящеевремянаибольшеераспространениеимеет гидравлическая мешалка МГ. Имея относительно небольшие массу и габариты, гидроворонки отличаются высокой производительностью. Так, производительность гидравлической мешалки эжекторного типа МГ составляет по готовой промывочной жидкости 80 м3/ч при объеме воронки 0,175 м3и объеме бака 1 м3. Масса гидроворонки 1120 кг. Качество глинистой промывочной жидкости, приготовленной в гидроворонках, довольно низкое. Несмотря на тонкий помол, частицы глинопорошка в процессе перемешивания с водой должны пройти дальнейшее диспергирование. Однако происходит оно недостаточно интенсивно. За счет броуновского движения происходит частичное диспергирование глины, но качество промывочной жидкости остается хуже, чем при приготовлении в лопастных глиномешалках. Качество промывочной жидкости может быть существенно улучшено за счет ее многократного пропуска через гидроворонку без добавления твердой фазы. Имеются глиномешалки иного принципа действия: вихревого типа (перемешивание осуществляется по принципу действия стиральной машины); комбинированного типа (совмещены процесс предварительной пластической деформации, измельчения глины и перемешивание ее с жидкостью) и др. В емкость заливают расчетное количество дисперсионной среды и с помощью насоса по нагнетательной линии с задвижкой подают ее через гидроэжекторный смеситель по замкнутому циклу. Мешок с порошкообразным материалом подают к воронке, откуда с помощью гидровакуума подается в камеру гидроэжекторного смесителя, где происходит смешивание. Суспензия сливается в емкость, где перемешивается перемешивателем. Круговая циркуляция прекращается тогда, когда смешано расчетное количество компонентов и раствор имеет требуемые параметры. Утяжеление наполнителями и обработка порошкообразными химическими реагентами бурового раствора осуществляется по той же схеме после приготовления порции исходной коллоидной системы. Недостаток данной технологии: слабая механизация работ, неравномерная подача компонентов, слабый контроль за процессом. Максимальная скорость приготовления раствора по этой технологии 40 м3/ч. В настоящее время широко используется технология приготовления бурового раствора с использованием блока приготовления бурового раствора (БПР), выносного гидроэжекторного смесителя, гидравлического диспергатора, емкости ЦС, механических и гидравлических перемешивателей , поршневого насоса. Наиболее широко применяется БПР Хадыженского машзавода . Блок включает два бункера с разгрузочными пневматическими устройствами, резинотканевыми гофрированными рукавами и воздушными фильтрами. В комплект БПР входит выносной гидроэжекторный смеситель, который монтируется непосредственно на емкости ЦС и соединяется с бункером при помощи гофрированного рукава. Бункера предназначены для приема, хранения и подачи порошкообразных материалов в камеру гидроэжекторного смесителя. |