Руководство для обучения инженеров по буровым растворам - часть 39

 

 

факторах,  чем  меньше  размер  частиц  глины,  тем  меньше  водоотдача.  Большая  часть 
частиц бентонита имеет размер, меньше размера любой другой глины. 

Ингибирующие  буровые  растворы  с  моновалентными  или  поливалентными 

катионами  (Nа



,  К



,  Са





  и  т.д.)  замедляют  гидратацию  бентонита,  значительно 

понижая его эффективность. Перед введением бентонита в такие системы его необходимо 
предварительно  растворить  в  пресной  воде.  Иногда  в  ингибирующий  буровой  раствор 
вводят  сухой  бентонит  с  целью  регулирования  водоотдачи;  однако  это  делается  прежде 
всего с целью улучшения гранулометрического состава частиц бурового раствора. 

Устройства  для  механической  очистки  буровых  растворов  (циклоны  или 

центрифуги),  если  их  использовать  только  для  регулирования  содержания  твердой  фазы 
установленных систем, могут затруднить регулирование водоотдачи. 

  Центрифуга обычно отделяет частицы размером 7 микрон, а частицы меньше этого 

размера  удаляются.  Суперциклон  обычно  отделяет  частицы  меньше  9  микрон,  а 
мелкодисперсные  частицы  также  удаляет.  Это  означает,  что  большая  часть  коллоидных 
частиц удаляется, особенно фракция бентонита. У бентонита большая часть частиц имёет 
размер один микрон и менее. С точки зрения регулирования содержания твёрдой фазы это 
хорошо.  С  точки  зрения  регулирования  водоотдачи  удаление  слишком  большого 
количества этих мелкодисперсных частиц нежелательно. 

Недостаточное  количество  ‚частиц  бентонита  в  буровом  растворе  приводит  к 

увеличению  водоотдачи,  особенно  в  условиях  высоких  температур  и  давлений. 
Рекомендуется  регулярно  проводить  обработку  бентонита  с  целью  обеспечения 
оптимального  гранулометрического  состава  частиц  при  использовании  механических 
средств  очистки  бурового  раствора.  Это  не  означает,  что  устройства  механической 
очистки не пригодны для регулирования свойств бурового раствора. Необходимо просто 
принимать  меры  предосторожности,  обеспечивающие  оптимальное  регулирование 
водоотдачи при их использовании. 

В  случае  применения  гидроциклонов  типа  пескоотделителей  и  илоотделителей, 

удаление  частиц  большего  размера  улучшит  регулирование  водоотдачи  неутяжеленных 
буровых растворов. 

 

Рис.6.  Большое  содержание  мелкодисперсных  частиц  вайомингского  бентонита 
обеспечивает  оптимальные  реологические  свойства,  катионнообменные  свойства  и 
регулирование водоотдачи. 

Крахмал. 

Если  для  понижения  водоотдачи  недостаточно  минеральных  коллоидов,  можно 

использовать  органические  коллоиды,  например,  крахмал.  Добавление  в  некоторые 
буровые растворы крахмала не только понижают водоотдачу; но также стабилизирует их. 
Большая  часть  крахмала,  применяющегося  в  нефтяной  промышленности  США 
изготавливается  из  кукурузы.  Отделяемые  от  кукурузы  частицы  крахмала  подвергаются 
специальной  обработке  с  тем,  чтобы  они  могли  быстро  и  эффективно  разбухать  и 
застудневать, 

обеспечивая 

максимальное 

понижение 

водоотдачи, 

Это 

должно 

происходить независимо от того, смешивается крахмал с холодной или горячей, пресной 

 

 

или соленой водой, а так - же независимо от уровня рН. Такие крахмалы широко известны 
в нефтяной промышленности как предварительно желатинированные крахмалы. Внешняя 
амилопектиновая  оболочка  под  действием  температуры  разрушается,  освобождая 
амилозу,  которая,  поглощая  воду,  разбухает  с  образованием  губчатообразных  подушек. 
Потеря свободной воды системы способствует понижению водоотдачи. Губчатообразные 
подушечки  также  заполняют  мельчайшие  пространства  в  глинистой  корке  и  понижают 
водоотдачу за счёт закупоривающего действия. 

 

MY-LO-JEL



 

MY-LO-JEL



 подвергается ферментации, если не выполняются следующие условия: 

(1) буровой раствор должен содержать 260000 ч/мин соли и более (2) уровень рН бурового 
раствора  должен  по  крайней  мере  составлять  11,5.  Если  одно  из  этих  условий  не 
выполняется,  необходимо  ввести  0,1-0,25  фунт/барр  антиферментативного  вещества 
BACBAN



III    и  поддерживать  его  концентрацию  на  этом  уровне.  Поэтому  в  некоторых 

типах  буровых  растворов  можно  применять  MY-LO-JEL



,  а  в  некоторых  нельзя 

(см.табл.2). Крахмал под действием температуры теряет свои свойства. При температуре, 
превышающей 250° F  происходит полная деструкция крахмала. 

POLY-SAL™  -  диспергирующийся  в  воде,  неионный  картофельный  крахмал, 

специально  предназначенный  для  первичного регулирования водоотдачи  практически  во 
всех  системах  буровых  растворов  на  водной  основе.  Реагент  регулирует  водоотдачу 
раствора  независимо  от  концентрации  содержащихся  в  нём  солей.  Он  особенно 
эффективен в насыщенных соляных растворах и растворах, содержащих кальций. 

При  температуре  250°F  POLY-SAL™    и  другие  аналогичные  полимеры  являются 

термостойкими.  Однако  при  повышении  температуры  до  275°F,    другие  аналогичные 
продукты  очень  быстро  разлагаются,  в  то  время,  как  POLY-SAL™  лишь  незначительно 
изменяется.  Скорость  его  разложения  относительно  небольшая  и  может  регулироваться. 
POLY-SAL™ 

может 

эффективно 

использоваться 

при 

забойной 

температуре 

циркулирующего бурового раствора от 250°F  до 275°F. 

POLY-SAL™    эффективен  в  качестве  стабилизатора  бурового  раствора  при 

разбуривании  эвапорошков  или  гидратирующихся  глинистых  сланцев.  Он  также  очень 
эффективен  для    стабилизации  и  регулирования  водоотдачи,  а  также  для  регулирования 
реологических  параметров  жидкостей  для  ремонта  скважин  с  высоким  содержанием 
электролита. 

Концентрация  POLY-SAL™  при  начальной  обработке  должна  составлять  2-7 

фунт/барр.  Для  поддержания  необходимой  концентрации  необходимо  проводить 
ежедневные  обработки.  Эти  обработки,  наряду  с  другими  ежедневными  обработками, 
зависят от  системы  бурового  раствора,  необходимых  параметров  и  введенных  добавок  к 
буровому раствору. 

 

Полимеры 

С  развитием  технологий  разработки  и  применения  буровых  растворов  и 

использования водорастворимых полимеров было разработано несколько систем буровых 
растворов  с  пониженной  водоотдачей.  Существует  несколько  типов  полимеров, 
понижающих  водоотдачу  буровых  растворов.  Эти  полимеры  классифицированы  в 
зависимости  от  их  воздействия  на  буровые  растворы.  Классификация  основана  либо  на 
адсорбции  полимеров  твёрдой  фазой,  либо  на  их  загущении  жидкой  фазы.  Наиболее 
широко  распространенные  полимеры-регуляторы  водоотдачи  загущают  жидкую  фазу, 
понижая  водоотдачу  данной  системы  бурового  раствора.  Это,  как  правило,  анионные 
полимеры, характеризующиеся меньшей чувствительностью к окружающей их среде. Они 
увеличивают  вязкость  раствора  в  жёсткой  и  соленой  воде.  Однако  при  высокой 
концентрации их эффективность снижается. При введении полимеров необходима особая 
осторожность ввиду возможного взаимодействия нескольких химреагентов, находящихся 

 

 

в  буровом  растворе.  На  промыслах  перед  введением  полимеров  в  циркуляционную 
систему необходимо провести тщательное пробное испытание. 

 

Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) 

КМЦ  -  это  органический  коллоид,  применяющийся  для  регулирования  водоотдачи. 

Структура  КМЦ  представляет  длинную  цепь  молекул,  которая  в  результате 
полимеризации может иметь различную длину. Выпускается три класса КМП, каждый из 
которых  обеспечивает  различную  степень  вязкости,  удерживающей  способности  и 
регулирования водоотдачи. Эти три класса обычно называются КМЦ высокой, средней и 
малой вязкости. Степень их чистоты также различна. 

Было  выдвинуто  четыре  теории,  объясняющие  механизм  понижения  водоотдачи 

КМЦ. 

1. Вклинивание или набивка длинных цепей в узкие зазоры между частицами. 
2. Закручивание этих длинных цепей в клубки, образующие пробки. 
З. Покрытие пленкой глинистых частиц. 
4. Загущение жидкой фазы. 
КМЦ-  эффективный  регулятор  водоотдачи  в  большинстве  буровых  растворов  на 

водной  основе,  особенно  в  образованных  кальцием  системах.  Она  также  стабилизирует 
содержащие кальций и натрий системы. КМЦ устойчива к бактериальному воздействию и 
эффективна  на  протяжении  всего  щелочного  диапазона  рН.  Эффективность  КМЦ  как 
регулятора  водоотдачи  понижается  при  концентрации  соли,  превышающей  50000  ч/млн. 
КМЦ подвергается полной деградации при температурах, превышающих 250°F. 

Выбор класса КМЦ зависит от того какие параметры бурового раствора необходимы. 

Когда  необходимо,  чтобы  буровой  раствор  обладал  малой  скоростью  водоотдачи  и 
хорошей  удерживающей  способностью,  следует  применять  КМЦ  либо  высокой,  либо 
средней  вязкости.  Когда  необходима  меньшая  вязкость  и  понижение  водоотдачи, 
применяют КМЦ малой вязкости. 

 

Полианионная целлюлоза (POLY-PAC



) 

POLY-PAC



- органический регулятор водоотдачи, предназначенный в основном для 

буровых растворов с высокой концентрацией солей и низким содержанием твёрдой фазы. 
Вещество  представляет  собой  полианионный  полимер  высокомолекулярный  с  длинной 
цепью  молекул.  POLY-PAC



  обеспечивает  регулирование  вязкости  и  водоотдачи  в 

буровых растворах на основе пресной или солёной воды. Для этого требуется небольшое 
количество POLY-PAC



 

POLY-PAC



  эффективен  для  приготовления  и  регулирования  свойств  бурового 

раствора  с  низким  содержанием  твёрдой  фазы.  Применение  POLY-PAC



  с  этой  целью 

подробно  рассмотрено  в  главе,  посвященной  буровым  растворам  с  низким  содержанием 
твёрдой фазы. 

 

Полиакрилонитрил натрия (SP-101



) 

SP-101



- 

высокомолекулярный  полимер  акрилонитрила,  который  иногда  называют 

полиакрилатом  натрия.  Считается,  что  длинноцепочечная  молекула 

SP-101



  может 

адсорбироваться на гранях глинистой частицах, присоединяя к себе  другие частиц, а так 
же загущать жидкую фазу. 

Обычно при использовании 

SP-101



 по меньшей мере 0,5 фунт/барр этого вещества 

быстро вводится в приёмную ёмкость бурового насоса, а затем периодически добавляется 
в  наземные  системы  бурового  раствора  со  скоростью,  достаточной  для  поддержания 
заданного  уровня.  Это  предупреждает  резкое  увеличение  вязкости  раствора  с  большим 
содержанием твердой фазы. 

 

 

SP-101



  нельзя  применять  в  буровых  растворах  с  высокой  концентрацией 

растворимых  солей  кальция.  К  этим  растворам  относятся  гипсовые  буровые  растворы  и 
растворы,  обработанные  известью.  В  процессе  бурения  в  раствор  могут  погасить  гипс, 
ангидриты,  селенит  или  другие  растворимые  соли  кальция,  В  этом  случае  следует 
обработать буровой раствор химреагентами, вызывающими выпадение кальция в осадок с 
целью повышения эффективности регулятора водоотдачи. 

Применяемый  в  настоящее  время  регулятор  водоотдачи 

SP-101



  не  зависит  от 

температурных  условий  и  успешно  применяется  в  глубоких  высокотемпературных 
скважинах с температурой, превышающей 400° F. 

 

Резинекс 

Резинекс  -  незагушающий  регулятор  водоотдачи  и  реологических  свойств, 

эффективный  в  условиях  высоких  температур  и  в  присутствии  больших  концентраций 
электролитов.  Это  регулятор  широкого  действия,  который  применяется  практически  во 
всех типах буровых растворов на водной основе. Он успешно применялся на промыслах в 
буровых растворах на основе пресной и солоноватой воды, морской воды, соленой воды, в 
растворах,  содержащих  известь,  гипс,  лигносульфонаты,  полимеры,  а  также  в 
недиспергированных и других системах, он также стабилизирует изначально увеличивает 
температурный  диапазон  растворов  на  водной  основе  до  400  и  выше.  Незагущаящаяся 
способность  Резинекса  является  дополнительным  преимуществом,  особенно  в  случае 
применения  буровых  растворов  высокой  плотности,  когда  повышение  вязкости  может 
привести к осложнениям. 

Как  правило,  Резинекс  вводится  в  систему  через  засыоную  воронку  из  расчёта 

минимум  2  фунта  на  баррель  раствора.  Концентрация  может  быть  увеличена  до  6 
фунт/барр  в  зависимости  от  того,  какие  параметры  раствора  необходимо  получить. 
Поэтому оптимальная концентрация Резинекса составляет 1 фунт/барр. 

Ниже  приведены  результаты  нескольких  испытаний  Резинекса  в  промысловых 

условиях: 

1.  Незагущющй.  Повышает  вязкость  воды  в  такой  же  степени,  как  эквивалентное 

количество  лигнита.  Т.к.  его  обычно  требуется  меньше,  чем  лигнита,  то  он  лишь 
незначительно  будет  повышать  вязкость  водной  фазы,  следовательно  он  не  будет 
понижать механическую скорость проходки. 

2.  Понизитель  проницаемости  глинистой  корки.  Большинство  регуляторов 

водоотдачи  либо  загущают  воду  или  же  повышают  эффективность  бентонита  как 
регулятора  водоотдачи  за  счёт  дефлокуляции  или  же  нейтрализации  жёсткости  воды. 
Резинекс самостоятельно понижает проницаемость глинистой корки, тем самым устраняя 
необходимость большого содержания твердой фазы, высокой вязкости фильтрата или же 
тщательного контроля за химическим составом воды. 

3. Понизитель структурообразования в условиях высоких температур стабилизирует 

реологические свойства любого бурового раствора на водной основе. 

4.  Устойчив  в  условия  высоких  температур.  Регулирует  водоотдачу  при 

температурах до 400° 

5.  Устойчив  к  минерализации    раствора.  В  растворах  с  минерализацией  до  110000 

ч/млн.  СI



.  понижает  проницаемость  глинистой  корки  до  значений,  приблизительно 

равных значениям в буровых растворах на основе пресной воды. Даже при более высокой 
минерализации в некоторой степени регулирует водоотдачу. 

6.  Устойчив  к  воздействию  кальция  и  магния.  Его  эффективность  как  регулятора 

водоотдачи  повышается  в  присутствии  кальция  концентрации  до  2000  ч/млн.  Это  делает 
Резинекс  идеальным  реагентом  для  буровых  растворов  на основе морской  воды,  а  также 
растворов, содержащих гипс и известь.