Руководство для обучения инженеров по буровым растворам - часть 45

 

 

Несмотря  на  то,  что  вода  всё  ещё  адсорбируется,  степень  неустойчивости  и 

диспергирования  значительно  понижается,  особенно  по  сравнению  с  системами  не 
содержащими  полимер.  Стабилизация  сланцев  облегчается  до  мере  того,  как  полимер 
загущает  водную  фазу,  тем  самым  затрудняя  её  проникновение  в  трещины  глинистых 
сланцев. 

POLY-PLUS



-это 

высокомолекулярный 

полимер. 

РНРА-полимер, 

адсорбирующийся  на  концах  глинистых  частиц,    слагающих  стенки  скважины,  и 
увеличивающий  их  устойчивость.  Система  POLY-PLUS



  также  эффективно  понижает 

образование сальников на долоте и стабилизаторах, кроме того максимально понижается 
диспергирование глинистых сланцев в буровой раствор. 

 

Флокулянты общего действия 

На  площадях,  сложенных  крепкими  породами  и  слабо  уплотнёнными  сланцами,  в 

раствор  добавляют  полимеры  на выходе  его  из  скважины,  которые выполняют  функцию 
флокулянтов  общего  действия  Буровой  раствор  обычно  прокачивают  через  резервный 
амбар с целью осаждения твёрдой фазы, чтобы в скважину поступал сравнительно чистый 
буровой раствор. 

Флокуляция,  или  соединение  частиц  твёрдой  фазы  обычно  не  всегда  предшествует 

осаждению  твёрдой  фазы,  Очень  часто  для  того,  чтобы  соединившиеся  частицы  стали 
менее гидрофильными, добавляют соль или рассол. 

Флокулянты селективного действия 

Полимеры,  которые  применяются  для  повышения  вязкости  бентонита,  выступая  в 

роли реагентов, увеличивающих выход бурового раствора при одновременном осаждении 
флокулированных  частиц  твёрдой  фазы,  называются  флокулянтами  селективного 
действия. 

Эти  полимеры  выступают  в  роли  добавок  двойного  действия,  что  обеспечивает 

хорошую очистку ствола и регулирование содержания твёрдой фазы в тех случаях, когда 
нельзя применять чистую воду в качестве промывочной жидкости. Частицы твёрдой фазы 
повышают гидрофильности, например, бентонит, также флоккулируется, однако остаются 
во  взвешенном  состоянии,  в  то  время,  как  частицы  более  крупного  размера,  которые 
являются менее гидрофильными, такие флоккулируются, но осаждаются. 

 

Образование поперечных связей 

Сшивание полимера даёт как положительные, так и отрицательные результаты. 
Многовалентные катионы могут образовывать поперечные связи. Почти все сшитые 

полимеры 

образовались 

в 

результате 

противодействующих 

реакций, 

т.к. 

целенаправленное сшивание редко практикуется. Нежелательное образование поперечных 
связей  полимера  может  привести  к  частичной  или  полной  потере  гидратации,  вязкости, 
регулирования  водоотдачи  и  т.п.  Наиболее  часто  встречающиеся  последствия  сшивания 
полимеров  выражаются  в  осаждении  некоторых,  но  не  всех  полимеров    (крахмал,  КМЦ, 
СМS  ,  ХCD, 

SP-101

  и  т.д.)  в  растворе  с  высоким  уровнем  рН  и  повышенной 

концентрацией  кальция.  Сочетания:  низкая  концентрация  кальция/низкий  рН,  низкая 
концентрация кальция/высокий рН и высокая концентрация кальция/низкий уровень рН  - 
обычно  не  вызывают  осложнений.  Хорошо  приготовленный  буровой  раствор  на  основе 
извести  с  избыточным  содержанием  извести  попадает  в  категорию:  низкое  содержание 
кальция/высокий рН, т. к. высокий уровень рН подавляет известь или кальций в растворе.  

 

Смешивание 

При  смешивании  полимера  с  буровым  раствором  могут  образоваться  комки. 

Основной  причиной  образования  комков  могут  быть  слишком  быстрое  введение 
полимера, плохое оборудование для смешивания или обе причины одновременно. 

 

 

Большинство  применяемых  на  нефтяных  промыслах  полимеров  являются 

гидрофильными  веществами.  Эти  полимеры  настолько  любят  воду,  что  если  в  воду 
поместить  порошок  полимера,  то  внешний  слой  порошка  намокнет  и  разбухнет  так 
быстро, что вода не сможет проникнуть во внутренние слои полимера. В результате этого 
образуются  комки  «рыбий  глаз».  Поэтому  при  приготовлении  растворов  с  добавлением 
большого количества полимеров в течение короткого периода времени следует применять 
специальное диспергирующее оборудование. 

 

ГЛАВА 8. 

Ингибированные буровые растворы

. 

Ингибированный  буровой  раствор  -  это  раствор,  не  оказывающий  значительного 

влияния  на  состояние  вскрытого  бурением  пласта.  Это  значит,  что  такой  раствор 
сдерживает  размельчение  и  гидратацию  бурового  шлама,  промышленных  глин  и 
повышает устойчивость стенок скважины. 

 

В процессе гидратации глин или сланцев количество свободной воды, которую могла 

бы  поглотить  дополнительное  количество  твердой  фазы,  уменьшается.  Имея  это  в  виду, 
становится ясно, почему глинистые буровые растворы на основе пресной воды с низким 
рН, которые рассматривались ранее, имеют предельную плотность  ниже 12 фунт/галл. 

Регулирование  вязкости  и  прочности  геля  при  более  высоких  плотностях  было  бы 

затруднительно  и  экономически  не  выгодно.  По  той  же  причине  химический  состав 
глинистых  буровых  растворов  на  основе  пресной  воды  с  низким  уровнем  рН  не 
обеспечивает  устойчивости  ствола  стенок  скважины.  Проникающий  в  пласт  фильтрат  не 
обладает  ингибирующими  свойствами  и  вызывает  гидратацию  глин  и  сланцев,  что 
приводит  к  увеличению  диаметра  ствола  скважины.  Чтобы  избежать  такого  осложнения 
перед разбуриванием таких пород в раствор добавляют химические добавки-ингибиторы. 

Существует три способа приготовления ингибирующих буровых   растворов: 
(1) введение различных электролитов; 
(2) введение ингибирующих полимеров; 
(3) введение определенных разжижителей в количестве, достаточном для замедления 

гидратации. 

При  обсуждении  глин  отмечалось,  что  если  вода  затворения  содержит  большое 

количество  соли,  калия  или  кальция,  то  гидратация  глин  не  происходит.  Это  явление 
используется  в  приготовлении  ингибированных  буровых  растворов,  когда  в  раствор 
специально вводят соли натрия, калия или кальция. 

В 

полимерных 

буровых 

растворах 

ингибирование 

достигается 

за 

счёт 

обволакивающего  действия  полимеров.  В  ингибированных  буровых  растворах  на  основе 
соленой  воды  ингибирующий  эффект  обеспечивается  введением  хлористого  натрия.  В 
состав  калиевых  ингибированных  растворов  входит  гидроксид  калия,  хлорид  калия, 
лигниты  калия  и  другие  соединения  калия.  В  ингибированные  растворы,  содержащие 
кальций  обычно  добавляют  известь,  гипс  или  хлорид  кальция.  В  полимерных  растворах 
используется  обволакивающий  эффект  полимеров.  Ингибирование  также  достигается  за 
счёт введения больших концентраций разжижителей, таких, как сперсен и/или ХР-20. Эти 
растворы обычно называют лигносульфонатными  и CL/CLS системами. Начиная с 1960 г. 
системы CLS или CL/CLS  широко используются для ингибирования. 

Ингибированные  буровые  растворы  приобретают  особые  свойства  -  у  них  низкая 

вязкость,  низкая  прочность  геля,  они  устойчивы  к  примесям  и  увеличению  содержания 
твёрдой фазы. Они в основном применяются для вскрытия пород, сложенных глинами и 
сланцами, при одновременном утяжелении раствора. В результате замедления гидратации 
сланцев  и  глин  повышается  устойчивость  стенок  скважины.  Кроме  того,  ингибирование 
допускает  максимальную  плотность    раствора  при  минимально  возможной  вязкости. 
Такие  растворы применяются также на площадях, осложненных поступлением в раствор 
примесей.  Применение  ингибированных  буровых  растворов  позволяет  успешно  бурить 

 

 

скважину  даже  при  поступлении  в  раствор  большого  количества  соли,  цемента  и 
ангидрита. 

К  буровому  раствору,  независимо  от  глубины  скважины,  предъявляется  одно 

требование  -  он  должен  выполнять  своё  назначение.  При  бурении  верхнего  интервала 
скважины  единственным  практическим  методом  удаления  шлама  является  полное  его 
диспергирование в буровой раствор как можно быстрее. Это возможно лишь при условии 
использования  большого  количества  воды.  Применение  таких  диспергаторов,  как  SАРР 
или фосфаты облегчат диспергирование шлама, однако не следует ожидать что они  могут 
заменить  воду.  Это  значит,  что  буровой  раствор  будет  приготавливаться  без 
разбуриваемой  породы,  а  так  как  при  бурении  этого  интервала  скважины  свойства 
бурового  раствора  не  имеют  большого  значения,  то  это  довольно  хороший  и 
экономический способ очистки ствола. 
Если,  с  другой  стороны,  в  таких  условиях  применять  ингибированный  буровой  раствор, 
могут возникнуть благоприятные условия для налипания шлама на бурильный инструмент 
ввиду  большого  количества  шлама,  приходящегося  на  один  баррель  бурового  раствора. 
Предотвращение  измельчения  и  диспергирования  мягких  обломков  шлама  достигается 
добавлением ингибирующих  добавок, в результате чего вокруг долота и УБТ образуется 
вязкая  пластичная  масса,  которая  налипает    на  буровой  инструмент  и  которую  очень 
трудно  удалить  на  поверхность.  В  результате  буровой  раствор  быстро  выходит  из-под 
контроля,  не  реагирует  на  химические  обработки  и  становится  неэкономичным.  Кроме 
того, состояние ствола скважины и скорость проходки резко ухудшаются, что в конечном 
итоге приводит к потере циркуляции или прихвату бурильной колонны. 

Необходимую  вязкость  и  ингибирующие  свойства  буровому  раствору  может 

обеспечить  химическая  обработка. Чтобы  лучше  понять механизм  ингибирования  лучше 
всего  начать  с  рассмотрения  буровых  растворов,  обработанных  кальцием.  Поведение 
бентонита  в  присутствии  растворимого  кальция  имеет  большое  значение  для  понимания 
механизма воздействия на глинистую частицу. 

 

Теория буровых растворов, обработанных кальцием 

При  введении  кальция  в  бентонитовый  водный  раствор  происходит  замена 

натриевых  глин  на  кальциевые  глины.  Кальций  замещает  соединяющие  ионы  натрия 
вследствие  большей  энергии  соединения.  Вязкость  уменьшается  в  сторону  от  частичной 
дегидратации  глины.  На  рис.1.  показано  превращение  натриевой  глины  в  кальциевую 
глину,  частица  натриевой  глины  окружена  толстым  слоем  воды.  Эта  толщина 
уменьшается  при  замещении  натрия  кальцием.  С  потерей  некоторого  количества 
адсорбированной  воды  эффективный  размер  частицы  уменьшается  и  количество 
свободной воды увеличивается. Каждая частица окружена большим количеством воды, в 
которой она может перемещаться, и вязкость понижается. 

На рис.2 показана степень адсорбции кальция глинами. Количество кальция, которое 

может  быть  поглощено,  зависит  от:  (1)  типа  глины  и  её  способности  адсорбировать 
кальций  в  любых  условиях  и  (2)  количества  растворимого  кальция,  который  будет 
реагировать  с  глиной.  Количество  адсорбированного  кальция  будет  зависеть  от  его 
содержания в растворе. Фильтрат кальция уменьшается с увеличением количества глины 
при условии, что объём глины не увеличивается. 

Замена  натриевых  глин  на  кальциевые  наряду  с  другими  факторами  замедляет 

гидратацию разбуриваемых глин и сланцев. Повышается устойчивость стенок скважины и 
облегчается  контроль  вязкости  и  прочности  геля.  Для  полного  понимания  буровых 
растворов, обработанных  кальцием  необходимо  также  иметь  представление о  механизме 
влияния  химреагентов  на  эти  растворы.  Имеется  ввиду  воздействие  химреагента  на 
прегидратированную  глину,  а  также  процесс,  происходящий  при  помещении  глины  в 
среду химреагентов - оба механизма разные. 

 

 

  

Рис.1. Вода гидратации глины в натриевых и обработанных кальцием растворах 

 

 

Рис.2. Адсорбция кальция глинами 

 
 
 

Влияние химреагентов на прегидратированную глину 

Ингибированные кальцием буровые растворы чаще всего изготавливаются из слегка 

обработанного  раствора,  применяемого  при  бурении  верхней  скважины.  При 
ингибировании  бурового  раствора  вначале  вязкость  будет  увеличиваться,  а  затем  начнёт 
понижаться.  Такое  увеличение  с  последующим  уменьшением  вязкости  даёт  излом  на 
графике.  На  рис.3  показано  повышение  вязкости  в  результате  флокуляция  кальцием  с 
последующим понижением вязкости в результате катионообмена.