4.09.04 Очистные агенты, оборудование для приготовления и очистки промывочных жидкостей.

По мере совершенствования методики бурения скважин изменя­лось назначение промывки и ее качество. На начальных этапах развития бурения применяли воду, позднее наряду с водой стали широко применять глинистый раствор, в зависимости от конкретных условий обработанный теми или иными химическими реагентами.

Промывка глинистым раствором выполняет ряд весьма важных функций: крепление стенок скважины в слабоустойчивых породах, временная изоляция одного горизонта от другого, смазка забойного инструмента, ускорение разрушения пород (гидромониторными доло­тами), поддержание шлама во взвешенном состоянии при прекраще­нии циркуляции. При ликвидации сложных аварий для промывки применяют нефть и слабый раствор соляной кислоты. В последние годы наряду с использованием для промывки жидкостей начали применять продувку скважин сжатым воздухом или газом.

По способу подачи на забой различают прямую, обратную и призабойную промывку.

При прямой промывке промывочная жидкость насосом подается в бурильные трубы и, омывая забой, поднимается в кольцевой зазор между стенками скважины и бурильными трубами. При обратной промывке промывочная жидкость подается в кольцевой зазор, а поднимается внутри бурильной колонны.

В практике чаще применяют прямую промывку, хотя у обратной промывки имеется ряд существенных достоинств: в значительной степени устраняется самозаклинка керна, быстрее удаляется шлам из-под коронки, благодаря чему увеличивается скорость бурения, быстрее выносится шлам на поверхность, что обеспечивает лучшую отбивку контакта пород по шламу, и т. д. Во всех случаях требуется, чтобы скорость восходящего потока, транспортирующего частицы разбуренной породы, была больше скорости падения частиц в жид­кости (воздухе), иначе шлам не будет выноситься с забоя.

В настоящее время в зависимости от условий работы применяют несколько видов промывочных жидкостей и воздух.

При бурении скважин в устойчивых породах применяют чистую воду, так как она обеспечивает более высокую скорость углубки. При проходке слабоустойчивых пород используют глинистый раствор; при бурении пород с большим пластовым давлением — глинистый раствор, обработанный утяжелителями (порошком гематита или барита); при бурении пучащихся пород для восстановления цир­куляции — глинистый раствор, обработанный химическими реаген­тами.

При разведке соляных месторождений во избежание растворения керна и стенок скважины для промывки применяют растворы соответствующих солей. При бурении пород с отрицательной температурой в промывочную жидкость добавляют поваренную соль с целью предупреждения замерзания жидкости в скважине.

Сжатый воздух применяют при катастрофической потере про­мывочной жидкости и при бурении сухих скважин.

Свойства глинистых растворов и определение их качества. При­менение глинистых растворов связано с внедрением в практику бурения на нефть вращательного способа вместо малопроизводитель­ного ударно-механического.

С помощью химических реагентов можно изменять свойства гли­нистого раствора в больших диапазонах. Рассмотрим кратко физико-химические свойства глинистых растворов.

Глинистый раствор — это смесь глинистых частиц с водой. В зави­симости от дисперсности (тонкости измельчения твердого вещества) различают:

истинные растворы, получаемые при измельчении твердого вещества до зерен, состоящих из одной молекулы (эти растворы прозрачны);

коллоидные растворы, получаемые при крупности частиц твердой фазы до 0,2 мк в диаметре (такие частицы из раствора не .выпадают);

суспензии, получаемые при крупности частиц твердого вещества более 0,2 мк в диаметре (в спокойном состоянии твердые частицы выпадают из раствора).

По крупности частиц глинистые растворы следовало бы относить к суспензиям, однако они обладают качествами коллоидных рас­творов.

При выборе глины для приготовления раствора следует обра­щать внимание на ее дисперсность. Коллоидальность глинистого раствора — наиболее важное его качество.

Крепление стенок скважины в слабоустойчивых породах глини­стым раствором происходит вследствие их глинизации и большей, чем у воды, плотности раствора. Глинизация проявляется в про­никновении (фильтрации) раствора в поры породы и в отложении на стенках скважины глинистой корки, более плотной, чем порода. В дальнейшем глинистая корка изолирует раствор от взаимодействия с проходимыми породами и устраняет уход его в породы.

Глинистая корка должна быть тонкой (1—1,5 мм), плотной и эла­стичной. Толстая рыхлая корка сужает сечение скважины, что приводит к затяжке бурового снаряда, и не устраняет утечку воды в породы. Необходимая толщина корки достигается обработкой раствора соответствующими химическими реагентами.

Плотность глинистого раствора с помощью утяжелителей (порошки барита или гематита) может быть доведена до 2,2. Такой раствор, создавая значительное гидростатическое давление столба жидкости в скважине, с одной стороны, также предохраняет ее стенки от обвалов, а с другой — преодолевает давление в водо- газо-нефтеносном пласте, чем устраняет выбросы (фонтанирование) жидкости (газа) из скважины.

Однако при бурении водопоглощающих горизонтов большая плот­ность глинистого раствора способствует потере циркуляции промы­вочной жидкости вследствие полного ухода в проходимые породы. В этом случае плотность раствора снижают до 0,6—0,7 обработкой пенящими реагентами.

Водоотдача глинистого раствора имеет большое значение, поэтому ниже описывается способ ее определения.

При бурении встречаются породы гидрофильные, жадно впиты­вающие воду из раствора, вследствие чего их объем увеличивается. Увеличение объема пород приводит к сужению сечения скважины, а затем и к обвалам ее стенок. Все это вызывает большие осложнения. Во избежание осложнений при бурении гидрофильных (чаще гли­нистых) пород необходимо применять глинистые растворы с мини­мальной водоотдачей глинистый раствор, как более дорогой, используют повторно, жид­кость циркулирует в замкнутой системе: приемный чан — насос–колонна бурильных труб скважина — отстойная система – приемный чан.

Очистные устройства. Во время бурения глинистый раствор засоряется породным шламом. Наличие большого количества шлама в промывочной жидкости нежелательно, так как это способствует быстрому износу насоса, зашламованию скважины и в конечном итоге – прихвату колонкового снаряда шламом.

Очистку промывочной жидкости от шлама осуще­ствляют с помощью отстой­ных систем, вибрацион­ных сит и гидроциклонов.

Наилучшие результаты по очистке глинистого раствора от шлама получаются при использовании гидроциклона.

При проходке мерзлых пород температура промывочной жидкости должна быть такой, чтобы она не отепляла мерзлые породы и не замерзала и скважине при случайной остановке насоса, так как первое приводит к обрушению стенок скважины в мягких льдистых породах, а второе – к примерзанию бурового инструмента и к аварии. Таким образом, при промывке необходимо соблюдать определенный тепловой режим.

Для обеспечения нормальной работы применяют промывочную жидкость с отрицательной температурой (при выходе из скважины) в пределах 0–2,5°. Летом промывочную жидкость охлаждают в специальных шурфах, вырытых в мерзлых породах и надежно закрытых от солнца. Чтобы предохранить промывочную жидкость от замерзания, к ней добав­ляют поваренную соль NaCl в относительно небольшом количестве, так как при значительном содержании NaCl (более 8%) в растворе лед, связывающий зерна слабоустойчивых пород, превращается в воду.