Буровые растворы. Назначения и условия применения.

Функции подразделяются на:

1. Гидродинамические – т.е. выполняется за счет циркуляции, включающей в себя вынос выбуренной породы, гидромониторный эффект (размыв породы на забое сильной направленной струей), перенос энергии;

2. Гидростатические – создание противодавления на пласт, удержание частиц выбуренной породы во взвешенном состоянии, уменьшение нагрузки на талевую систему;

3. Физико-химические – сохранение связанности горных пород, предотвращение их размывания и растворения, снижение трения и износа БК, предохранение от коррозии, сохранения проницаемости продуктивного горизонта при его вскрытии;

4. Термодинамическая – способность сохранения теплового режима в многолетних мерзлых породах или охлаждение долот.

В качестве растворов применяют технические воды и минерализованные растворы на водной основе, растворы на нефтяной основе. Применяют аэрированные растворы (газ, воздух). Применяются эмульсионные растворы.

При смешивании твердых и жидких веществ можно получить три различных агрегатных системы:

1. Истинный раствор – однородная среда, в которой частицы твердого тела равномерно распределены в жидкой фазе.

2. Коллоидный раствор – частицы вещества располагаются в виде отдельных ионных групп маленького размера и образуют коллоидный раствор.

3. Суспензии (взвеси) – тип раствора, который очень быстро оседает на забой под действием сил тяжести.

Свойства 2 и 3 пунктов зависят от их поверхностных свойств. Гидрофильные растворы – хорошее смачивание и силы сцепления. Гидрофобные – плохое смешивание, образуются крупные отдельные частицы, как воды, так и бурового раствора.

При соприкосновении частицы могут прилипать – коагулировать, могут не прилипать, а осаждаться – седиментация.

Для воздействия на коагулированный раствор применяют пиптизаторы – вещества, возвращающие ему первоначальные свойства. В процессе движения раствор приобретает заряд от статического электричества, что тоже может привести к его слипанию – коагуляции.

При длительном нахождении в состоянии покоя частицы, ориентируясь согласно полученным зарядам слипаются, жидкая фаза находится внутри ячеек и самостоятельно передвигаться не может, начинается процесс структурообразования (получение каркасной сетки-структуры). При сильном перемешивании структура исчезает – тиксотропия.

Для получения устойчивых коллоидных растворов в основном используются глины. Это водные растворы алюмосиликатов с небольшим количеством катионов металлов (Na, K, Fe, Mg и др.). Находясь в одном растворе, алюмосиликаты разбухают, катионы металлов переходят в раствор. Частицы глины получают отрицательный заряд. Снаружи получается гидратная нейтральная оболочка. Для буровых растворов определяют следующие параметры: плотность, вязкость, влагоотдача, pH, содержание песка, газа, СНС.

Регулирование свойств буровых растворов

Для конкретных геолого-технических условий растворы должны иметь определенные свойства. Поэтому их обрабатывают веществами – химическими реагентами: каустическая, кальцинированная сода, УЩР, ТЩР, ГМФН, хлористый натрий, крахмал, жидкое стекло, графит и др.

По влиянию на структуру и вязкость все хим. реагенты делятся на 3 группы: стабилизирующие, структурообразующие, пиптизирующие.

Плотность является универсальным параметром, его проще всего регулировать и контролировать. Для утяжеления раствора используют утяжелители (баритовая глина).

В процессе бурения в раствор поступает разбуренная порода, пластовая жидкость (если давление раствора меньше пластового давления), поэтому параметры раствора меняются. Применяют два способа обработки его хим. реагентами:

1. Классический – разбавляют водой для снижения вязкости и СНС. Но увеличивается водоотдача и толщина глинистой корки => необходимо применять понизители водоотдачи, добавляют утяжелители.

2. Удаляют шлам механическим способом (вибросито). Второй способ дешевле и не ведет к увеличению объема раствора.

Классификация буровых растворов

1. По степени дисперсности:

1. Безглинистые – техническая вода

2. Малоглинистые (глинопорошка до 10%)

3. Глинистые (>10 %).

В качестве дисперсной среды могут использоваться известняки, гидрогель Mg и др.

1. По исходной жидкой фазе:

1. Водная основа ВО

2. Нефтяная основа НО

1. По величине жидкой фазы:

1. Слабоминерализованная

2. Среднеминерализованная (до 10 % морской воды)

3. Высокоминерализованная (рассолы)

1. По составу минерализации:

1. Хлор-натриевые

2. Гипсо-ангидритовые

3. Хлор-кальциевые

4. Хлор-магниевые

5. Хлор-калиевые

6. Сульфатно-магниевые.

1. По виду утяжелителя:

1. утяжеленные

2. не утяжеленные

VI. По содержанию газа:

1. обычные

2. аэрированные

3. газ может использоваться вместо жидкости

Типы буровых растворов

1. Техническая вода – может различаться по степени минерализации, в процессе бурения может менять свою плотность и превращаться в раствор.

2. Нефтяные растворы – для стабилизации растворов применяют эмульгаторы, стабилизирующие растворы. Необходимо соблюдать меры пожарной безопасности, следить за сохранностью интересующих пластов. Растворы не дают возможность образовываться сальникам и уменьшают вероятность прихватов. РНО отрицательно влияет на все резинотехнические детали.

3. Неводный буровой раствор – нефть и нефтепродукты. Применяют для вскрытия продуктивных горизонтов. Для дисперсной фазы применяют окисленный битум.

4. Аэрированный – для бурения сильно пористых трещиноватых пород, имеющих очень низкое пластовое давление.