Буровой раствор

При работе нефтяной или газовой скважины, ее разработке используется специальный буровой раствор, приготавливаемый непосредственно перед добычей полезных ископаемых. Его использование позволяет решить большой спектр задач, начиная от фильтрации и очистки забоя и стволового пространства и заканчивая основными требованиями техники безопасности, поэтому применение такого раствора является необходимым процессом в ходе разработки любого месторождения. Современные растворы могут иметь разный состав, вязкость, вес и другие характеристики, и приготовление осуществляется с учетом особенностей залежей, выбранных технологий, финансовых аспектов и других факторов.

Что такое буровой раствор?

Буровым раствором называют сложную дисперсионную систему жидкостей эмульсионного, аэрационного и суспензионного типа, которые служат для промывки стволов в ходе бурения скважин. Циркулируя внутри, раствор чистит стенки от наслоений, вымывает остатки пробуренных пород, выводя их на поверхность, стимулирует разрушение слоев инструментом, позволяет провести качественное вскрытие горизонта и решить массу иных задач.

Как правило, при бурении используются составы на основе воды и углеводородных частиц (раствор битума и известняка, эмульсии инвертного типа). Для бурения в отложениях хемогенного вида обычно используется приготовление буровых растворов на основе соленасыщенных глинистых элементов, гидрогелей, при высоком риске обвалов применяют растворы-ингибиторы, а в случае повышенной температуры создаются термостойкие составы на глинистой основе. Если же разработка осуществляется на месторождениях с повышенными показателями давления, то необходимо использовать растворы утяжеленного типа.

Свойства буровых растворов

Продуктивность работы с использованием раствора зависит от качества последнего. Особенно важными являются такие свойства, как плотность, водоотдача, вязкость, напряжение сдвига. Плотность измеряется при помощи ареометра, ее показатель варьируется в пределах 1000-2500 кг на кубометр, а вязкость условного типа определяется временем, за которое раствор в определенном объеме протекает из классической воронки. Существует также эффективная вязкость, которую измеряют вискозиметром, и она отображает соотношение напряжений в общем потоке и скоростного градиента.

Что касается напряжения сдвига, то его также измеряют вискозиметром; стандартное значение колеблется в пределах 0-20 Па. Для измерения водоотдачи нужно знать объем фильтрата, который выделяется через очистное оборудование при перепаде давления за полчаса на 100 и более кПа.

Чтобы обеспечить максимальную продуктивность бурения, свойства растворов контролируют посредством ввода специальных реагентов и материалов для улучшения качества. Так, при необходимости уменьшения водоотдачи буровой раствор могут обработать реагентами на углещелочной основе, сульфитно-спиртовым составом, целлюлозными добавками, крахмалом модифицированного типа. Реологические качества достигаются посредством ввода в буровые растворы понизителей вязкости: к ним относится, например, нитролигнин, полифенолы, фосфат и другие вещества.

Предотвращение проявлений воды, нефти и газа при повышенном давлении осуществляется посредством увеличения плотности состава: для этого в раствор вводят утяжелитель (бармит, мел, гематит). В состав также может быть добавлен пенообразователь или произведено аэрирование. Антифрикционные качества растворов улучшаются посредством добавления смазок (графит, нефть, гудрон и пр.), а для сохранения нужных свойств при высоких температурах во время эксплуатации буровые растворы обогащают хроматами кальция, натрия, антиоксидантами. Для пеногашения состав может быть дополнен резиновой крошкой, спиртовыми частицами или кислотами.

Состав буровых растворов

Приготовление буровых растворов требует использования тонкодисперсионных глиняных веществ с высокой степенью пластичности и невысоким процентом песчаных частиц: они могут создавать вязкую суспензию в контакте с водой, которая не будет давать осадка в течение долгого времени. Наилучшими свойствами обладают разновидности глиняных порошков на основе щелочных составов, и они дают растворы с невысоким показателем плотности.

При создании бурового раствора важно следить, чтобы туда не попали вредные примеси, к которым относится гипс, частицы известняка, а также соли, способные растворяться в воде. По техническим требованиям, главным показателем качества сырья в виде порошка или глины считается выход раствора, т.е. число кубометров нужной вязкости, которые получаются из тонны сырья. Важными показателями также считаются такие параметры, как плотность и число песка в составе.

Назначение буровых растворов

Приготовление буровых растворов преследует ряд важных целей:

• Охлаждение поверхностей долот и их смазывание. Поскольку работа такого оборудования сопровождается возникновением большого трения, основным назначением состава является смазывание и уменьшение температуры, что повышает износостойкость техники.
• Очистка забоя. Большинство типов растворов позволяет эффективно вымыть из скважины выбуренную породу, а также вынести ее на поверхность. Качество и степень очистки определяется физико-химическими свойствами составов, а также геологическими особенностями, поэтому в приготовлении нужно учесть и состав пород месторождения.
• Создание очистного слоя на стенках ствола. Формируемая корка имеет невысокую проницаемость, поэтому она обеспечивает устойчивость песков в верхней зоне разреза и разделяет скважину и проницаемые слои.
• Предупреждение проявлений нефти, газа и пластовой воды.
• Защита от обвалов стенок, которые могут произойти в случае наличия в составе пород неустойчивой глины.
• Еще одно назначение – обеспечение высокого качества вскрытия горизонтов: большинство видов современных растворов позволяет не допустить их загрязнения в процессе бурения, а также избежать полного закупоривания, делающего разработку очень трудной.
• Снижение затрат на фиксацию при помощи колонн.
• Получение данных для анализа при работе разведывательных скважин является одним из вспомогательных назначений раствора; предметом изучения является шлам и выносимые части породы.
• Повышение устойчивости труб и оборудования к коррозии.
• Последнее назначение – обеспечение техники безопасности в процессе разработки и минимизация вреда для окружающей среды и экологической обстановки района.

Виды и типы буровых растворов

Современная классификация включает следующие виды жидкостей для промывки:

1. Растворы на основе воды. В эту категорию выделяют безглинистые составы (техническая вода, растворы, суспензии и средства на основе полимеров), глинистые вещества (на основе пресной, минерально воде, гипсовые, глиняные и хлорные растворы).
2. Растворы на неводной основе: составы с углеводородами, нефтепродуктами с минимальным содержанием газа.
3. Жидкости аэрированного типа, пены.
4. Газообразные реагенты.

Приготовление буровых растворов

Если в скважине есть залежи глины коллоидного типа, то жидкость для промывки образуется там при бурении ствола. Когда вода попадает в ствол, она диспергирует глиняный состав, частицы которого выбуриваются инструментом, и создается раствор на основе глины; его качество зависит от объема воды и может быть улучшено посредством добавления химических элементов. Такой способ является наименее затратным по средствам и силам.

Также раствор может приготавливаться в мешалках, где глину соединяют с водой и активно перемешивают. В случае необходимости улучшения свойств туда добавляют реагенты (они могут увеличить или уменьшить плотность, вязкость и другие качества). После приготовления проводится очистка жидкости, для чего в стволе формируется специальный желоб с перегородками: по нему жидкость проводится до устья и фильтруется от примесей.

Компания СНК осуществляет сервис буровых растворов, который включает согласование технических особенностей, обследование оборудования, доставку материалов с приготовлением растворов нужного типа, анализ, контроль качества и многое другое. Подробности можно узнать на официальном сайте организации..

Карамовское месторождение: мультибур

Источник

Как приготовить раствор для бурения

Приготовление бурового раствора — это получение промывочной жидкости с необходимыми свойствами в результате переработки исходных материалов и взаимодействия компонентов.

Организация работ и технология приготовления бурового раствора зависят от его рецептуры, состояния исходных материалов и технического оснащения. Рассмотрим их на примере приготовления глинистого раствора.

Такой раствор приготовляют либо централизованно на глинозаводе, либо непосредственно на буровой. Централизованное обеспечение буровым раствором целесообразно при длительном разбуривании крупных месторождений и близком расположении буровых, когда для проводки скважин требуются растворы с одинаковыми или близкими параметрами. В этом случае более полно и экономично используются исходные материалы, требуются меньшие энергетические затраты по сравнению с приготовлением раствора на буровых, ниже себестоимость раствора, персонал буровой освобождается от тяжелой и трудоемкой работы.

Наиболее экономично централизованное приготовление бурового раствора гидромониторным способом непосредственно в глинокарьере, расположенном вблизи от большой группы буровых. Если таких условий нет, то глинозавод размещают в центре разбуриваемой площади, а комовую глину доставляют с карьера автомобильным, железнодорожным или водным транспортом. На глинозаводах в гидромешалках объемом 20. 60 м 3 приготовляют 400. 1000 м 3 глинистого раствора в сутки. Доставляют его на буровые по трубопроводу, в автоцистернах или на специальных судах.

При большой разбросанности буровых, сложности доставки готового раствора на них (болотистая или сильнопересеченная местность, зимние условия и т.д.), потребности в растворах с различными параметрами целесообразно готовить глинистые растворы непосредственно на буровой. Для этого в настоящее время буровые оснащают блоком приготовления бурового раствора из порошкообразных материалов.

Глинопорошки готовят на специальных заводах из качественных глин путем их сушки и последующего помола в шаровых мельницах. При этом влажность комовых глин не снижают ниже 6 %, а также не допускают спекания глинистых частиц. Заводы глинопорошков строят на месторождениях высококачественных глин или непосредственно в местах потребления.

Блок приготовления бурового раствора из порошкообразных материалов состоит из двух бункеров общим объемом 42 м 3 системы подачи глинопорошка и гидравлического смесителя (рис. 25). При подаче воды с большой скоростью через патрубок 10 в смесительной камере 2 создается разряжение и в нее из воронки 1 гидросмесителя поступает глинопорошок. Образовавшаяся смесь поступает в емкость 6, откуда направляется в запасные или приемные емкости для окончательной доводки раствора. Производительность гидросмесителей достигает 80 м 3 раствора в час.

Рис. 25. Гидравлический смеситель МГ:

1 — конический бункер (воронка); 2 — смесительная камера; 3 — люк;
4 — крышка емкости; 5 — сливной патрубок; 6 — емкость;
7 — сварная рама (сани); 8 — отбойник (башмак);
9 — штуцер; 10 — патрубок для подвода жидкости

Источник

Приготовление бурового раствора

В практике бурения скважин используются разнообразные технологические приемы для приготовления буровых растворов.

Часть циркуляционной системы обеспечивающая приготовление раствора называется блоком приготовления раствора (БПР).

Наиболее простая технологическая схема включает емкость для перемешивания компонентов бурового раствора, оснащенную механическими и гидравлическими перемешивателями, гидроэжекторный смеситель, оснащенный загрузочной воронкой, насос и трубопроводы.

В емкость заливается расчетное количество дисперсионной среды и насосом перекачивается через нагнетательную линию через гидроэжекторный смеситель по замкнутому циклу.

Компоненты будущего бурового раствора подаются как правило в мешках с помощью кранов или манипуляторов, возможна подача россыпью посредством транспортеров.

В загрузочную воронку компонент загружается вручную, откуда с помощью гидровакуума подается в камеру гидроэжекторного смесителя, где и происходит его смешивание с дисперсионной средой.

Суспензия сливается в емкость, где она тщательно перемешивается механическими или гидравлическими перемешивателями.

Скорость подачи материала в камеру эжекторного смесителя регулируются шиберной заслонкой, а значение вакуума в камере — сменными твердосплавными насадками.

Если раствор необходим впрок, его готовят порционно, а порции откачивают в другие емкости циркуляционной системы либо в специальные запасные емкости.

Источник

Расчеты при приготовлении буровых растворов

Количество глины для приготовления бурового раствора зависит от ее качества, которое определяется показателем выход раствора (в м3):

(7.8)

где m г — масса глины, m г = 1000кг; ρ г — плотность глины, ρ г =2300÷2600кг/м3; ρ в — плотность воды, ρ в = 1000кг/м3; ρ б.р — плотность бурового раствора. кг/м3.

Глинопорошки для бурения должны отвечать показателям, приведенным в табл. 7.1

Выход бурового раствора из 1000 кг глинопорошка, м

Применительно к комовым глинам основной показатель, по которому оценивают качество глиноматериала, — это коллоидальность, характеризующая количество глины, необходимое для приготовления единицы объема глинистого раствора с условной вязкостью 25-30с. В табл. 7.2 приводятся показатели, характеризующие качество глины плотностью 2500 кг/м3.

Степень
коллоидности
глины

Плотность
глинистого
раствора, кг/м3

Объем глины
для получения
1 м3 раствора, м3

Масса глины,
требуемой для
приготовления 1 м3
раствора, кг

Выход глинистого
раствора из
1000 кг глины,м

Масса глины без учета влажности, необходимая для приготовления требуемого количества глинистого раствора (в кг), определяется по формуле

(7.9)

де V б.р — объем бурового раствора.

Масса глины без учета влажности, необходимая для приготовления 1 м3 бурового раствора (в кг), определяется по формуле (7.9) при V б.р =1м3.

Масса воды (в кг), необходимая для приготовления 1 м3 бурового раствора.

(7.10)

Концентрация глины (содержание глины) в буровом растворе (в %) с учетом плотности исходных материалов

(7.11)

Масса глины (в кг), необходимая для внесения в буровой раствор с целью увеличения его концентрации,

(7.12)

где Кт — требуемая концентрация раствора.

Плотность приготовленного глинистого раствора заданной концентрации (в кг/м3)

Необходимый объем глины (в м3)

(7.14)

Объем воды (в м3)

Наиболее низкая плотность глинистого раствора обеспечивается при использовании бентонитовых глин (ρ б.р =1050÷1080кг/м3). Плотность растворов, приготовляемых из обычных глин, составляет 1150-1250 кг/м3. Для снижения плотности готовят растворы на углеводородной основе или добавляют воду. Объем жидкости, требуемой для снижения плотности раствора ρ б.р до ρ’ б.р рассчитывают из выражения

(7.16)

где V 0 — начальный объем бурового раствора, м3; ρ’ б.р — требуемая плотность раствора.

Еще большее снижение плотности обеспечивается аэрированием раствора — вводом в качестве дисперсной фазы воздуха.

Основное средство повышения плотности глинистого раствора свыше 1400кг/м3 — применение утяжелителей — инертных порошкообразных материалов.

Пример 7.2 . Определить массу глины (без учета и с учетом влажности W=0,1) и воды, которые потребуются для приготовления V б.р =1м3 глинистого раствора плотностью ρ=1240 кг/м3, если плотность глины ρ г =2100 кг/м3.
Решение . По формуле (7.9) определяем массу глины для приготовления V б.р =1м3 глинистого раствора:

С учетом влажности по формуле (7.15)

Из выражения (7.10)

Пример 7.3 . Найти содержание глины (в %) в глинистом растворе, если известно, что его плотность 1260 кг/м3.
Решение . По формуле (7.11)

Пример 7.4 . Плотность глинистого раствора 20%-ной концентрации ρ б.р =1180кг/м3. Какое количество глины требуется внести в глинистый раствор, чтобы увеличить его концентрацию до 30%, если объем бурового раствора V б.р =1,3·10-3м3 .
Решение . Масса глинистого раствора m р =1180·1,3·10·1,53 кг. По формуле (7.12)

Пример 7.5 . Необходимо приготовить V б.р =1·10-3м3 глинистого раствора для лабораторных целей из бентонитовой глины и пресной воды. Определить плотность раствора и необходимое количество каждого компонента, если содержание глины плотностью ρ г =2500 кг/м3 в растворе К г = 15%.
Решение . По формуле (7.13) определяем плотность приготовленного раствора:

ρ б.р = 0.15(2500-1000)+1000 = 1225кг/м3.

Объем глины по формуле (7.14)

что составляет m г =15·10-5·2500 = 0375кг.

Объем воды по формуле (7.15)

V в =1·10-3 -15·10-5 = 85·10-5м3

Пример 7.6 . Требуется снизить плотность раствора от ρ б.р =1500кг/м3 до ρ’ б.р =1300кг/м3, чтобы предотвратить поглощение. Рассчитать объемы воды и нефти, необходимые для снижения плотности бурового раствора, если начальный объем раствора V 0 =80м3, а плотность нефти ρ н =850кг/м3.
Решение . Из уравнения (7.16) объем воды

Содержание нефти в буровом растворе К н =35.5 /(80 + 35.5) = 30,73%.

Источник