Буровые растворы
Буровой раствор – это система жидкостей (суспензионных, эмульсионных и аэрированных), которые применяются для промывки скважины при бурении.
Буровой раствор является активной частью химико-технологической системы процесса бурения. При бурении горные породы в области забоя разрушаются и удаляются. Чаще всего применяют гидравлический способ удаления продуктов за счет принудительной циркуляции в скважине. Несмотря на распространенность метода, универсальный буровой раствор так и не разработан, поскольку во многом его состав зависит от геологических особенностей и строения массива. Но при этом роль бурового раствора не ограничивается только удалением разработанных горных пород, она также включает:
- определение механической скорости бурения;
- компенсацию пластового давления;
- предупреждение осыпания и обвала;
- охлаждение механизмов;
- определение ресурса работы оборудования и инструментов;
- обеспечение качества вскрытия пластов;
- обеспечение качества геофизической информации и т. п.
Рисунок 1. Схема циркуляции бурового раствора. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Таким образом буровой раствор является одним из ресурсов повышения качества эффективности всех буровых работ.
Раствор при бурении циркулирует по технологическому кругу. Его сначала замешивают, затем перекачивают из емкости в скважину, по трубам он спускается к забою, где находится буровое долото. Затем он постепенно возвращается на поверхность, вынося шлам. Раствор перемещается по затрубу между буром и скважиной, на поверхности он проходит через трубу, ведущую к вибрационному ситу, откуда возвращается в отстойник. Частицы шлама, поднятые вместе с раствором, могут изучаться геологами или же вывозиться за пределы площадки.
Оптимизация состава раствора
Бурение скважин экономически затратный процесс, поэтому все возможности оптимизации этого процесса являются актуальными.
Эффективность бурового раствора определяется его свойствами, к которым относятся:
- вязкость;
- плотность;
- водоотдача;
- структурная однородность;
- содержание газов;
- содержание ионов;
- статическое напряжение сдвига.
Чтобы приготовить раствор применяют глины, которые могут образовывать тонкодисперсную суспензию. К вредным примесям относятся гипсы, соли и известняк, они ухудшают стабильность раствора из глины.
По составу растворы делятся на лигнитовый щелочной, известково-битумный, облегченный и полимерный.
Буровые растворы изменяют за счет химических реагентов, чтобы оптимизировать процесс бурения, для этого важно знать условия работы. К примеру пластичные породы под воздействием раствора могут набухать, попадать в сам раствор и ухудшать его свойства. В рыхлых породах смачивание приводит к оползаниям и осыпаниям.
В мировой практике фиксируется увеличение глубины бурения скважин, поэтому буровые растворы должны обеспечивать безопасность от возможных осложнений, связанных с эксплуатацией горных пород.
Управлением свойствами бурового раствора сегодня решается целый комплекс взаимосвязанных задач. На основе полученных экспериментальным путем данных сложно прогнозировать условия деформирования раствора внутри скважины, эти результаты не позволяют достоверно оценить физико-химические процессы. Задача может быть решена лишь с использованием информационного массива, в котором приводились бы структурно-реологические свойства буровых растворов. Стоит также иметь в виду, что задачи, решаемые при бурении, могут быть различным, в частности, необходимо оценить устойчивость стенок при глинистых отложениях, соблюсти минимум гидравлических сопротивлений в затрубе.
Поэтому вопросы управления качеством раствора могут решаться при технологически обоснованных ограничениях, наличии режимных параметров технологии промывки, обеспечении максимально возможной устойчивости стенок, создании математической модели, которая бы учитывала состав рецептуры и свойства составов, наличии методики приготовления раствора с заданным составом, наличии методики восстановления состава по мере бурения.
Таким образом от качества раствора зависит минимизация осложнений, эффективность вскрытия пластов, эффективность механической проходки и каждый из этих параметров можно менять, управляя качеством бурового раствора.
