Руководство для обучения инженеров по буровым растворам - часть 46

 

 

 

 

Рис.3.  Влияние  кальций  на  изменение  вязкости  прегидратированных  щелочных  буровых 
растворов 

  Степень  повышения  вязкости  во  время  ингибирования  зависит  от  общего 

содержания  твёрдой  фазы,  содержания  бентонита  и  предыдущей  химической  обработки. 
На рис.4 показано увеличение (скачок) вязкости в различных  условиях: (1) при большом 
содержании  твердой  фазы  и  бентонита,  (2)  при  умеренном  содержании  твердой  фазы  и 
бентонита; (3) при низком содержании твердой фазы и тентонита. Очевидно, что вязкость 
уменьшается  при  уменьшении  содержания  твёрдой  фазы.  По  этой  причине  содержание 
твёрдой  фазы  следует  понижать    добавлением  воды  до  и  во  время  ингибирования.  Для  
облегчения  этого  процесса  амбары  должны  быть  тщательно  вымыты  перед  введением 
ингибиторов. 

Это исключит возможность повторной циркуляции осажденной твёрдой фазы. 

 

Рис.4.  Изменение  вязкости  в  результате  обработки  различных  буровых  растворов 

Каустиком—Квебрахо и известью. 

 

Влияние химической среды на гидратацию глин 

При  добавлении  в  дистиллированную    воду  различного  количества  бентонита 

происходит  очень  незначительное  изменение  вязкости  -  до  15  сПз;  последующее 
увеличение  содержания  твердой  фазы  приводят  к  быстрому  повышению  вязкости.  На 

 

 

рис.5  показано изменение  вязкости  через  2  и  72  часа.  При  разбуривании  гидратируемых 
глин и сланцев происходят то же самое. 

 Если  же    в  воде  содержится  хлорид  кальция,  происходит  совершенно 

противоположная реакция. На рис.6 показано резкое понижение вязкости при увеличении 
содержания кальция. Совершенно другой результат получается при добавлении такого же 
количества  бентонита  в  содержащую  известь  воду.  При  добавлении  6%  бентонита 
отмечается  мгновенное    резкое  повышение  вязкости  до  1/2  фунт/барр.  извести.  С 
некоторым запаздыванием максимального значения вязкости, равного 1 фунт/барр. спустя 
72 часа. Однако в обоих случаях отмечается резкое понижение вязкости при повышенном 
содержании извести. 

 

         Рис.5. Вязкость бентонита в                       Рис.6. Изменение вязкости при добавлении 
             дистиллированной воде                                 6% бентонита в воду, содержащую                       

                                                                                            известь и хлорид кальция. 
Различия  в  графиках  хлорида  кальция  и  извести  (гидроокиси  кальция)  объясняется 

наличием  гидроксильных  ионов  извести  и  более  низким  содержанием  растворимого 
кальция. 

При  добавлении  бентонита  в  воду,  содержащую  каустическую  соду  происходит 

резкое  повышение  вязкости  до  1  фунт/барр.  каустика  с  последующим  резким  её 
понижением до 3 фунт/барр. На рис.7 показано изменение вязкости спустя 2 и 72 часа. 

На  рис.8  показано  изменение  вязкости  при  добавлении  в  воду  только  Квебрахо,  а 

также 1 фунт/барр. Квебрахо с различным количеством извести. 

Кривая  А  характеризует  уменьшение  вязкости  при  увеличении  концентрации 

Квебрахо.  Далее  вязкость  понижается  при  одновременном  присутствии  Квебрахо  и 
извести, как на кривой «В». 

На рис.9 показано диспергирующее воздействие 1 фунт/барр. Квебрахо и различных 

концентраций  каустика.  Очевидно  увеличение  эффективности  Квебрахо  с  увеличением 
содержания  каустика  до  1  фунт/барр.  В  случае  применения  другого  диспергатора 
количество  каустика,  обеспечивающего  оптимальное  разжижение  раствора,  может  быть 
другим,  однако  в  обоих  случаях  их  эффективность  будет  максимальной  при  некотором 
оптимальном уровне рН или щёлочности. 

Выше  рассматривалось  лишь  воздействие  отдельных  химреагентов  на  поведение 

глин.  В известковых буровых растворах редко применяется какой-либо один химреагент, 
чаще  применяется  сочетание  химреагентов,  каустика  извести  и  Квебрахо.  В  результате 
такого комплексного воздействия происходит замедление гидратации (рис.10, кривая В). 

На  графике  дано  сравнение  с  вязкостью,  полученной  при  добавлении  глины  в 

дистиллированную воду (кривая А). 

 

 

Гипсовые и известковые буровые растворы применяются при различных уровнях рН,  

щелочности  и  фильтрата  кальция,  а  также  при  различных  концентрациях  химреагентов. 
Регулирование  вязкости  и  прочности  геля  обработанных  кальцием  буровых  растворов 
зависит  от  регулирования  содержания  твердой  фазы  и  диспергирования  твердой  фазы. 
Содержание  твёрдой  фазы  регулируется  разбавлением, заменой  бурового  раствора  и/или 
механической  очисткой.  Химреагенты,  применяемые  для  каждого  типа  кальциевых 
буровых растворов, различаются. Однако для всех систем кальциевых буровых растворов 
характерны  и  общие  положения.  Во  всех  системах  кальциевых  буровых  растворов 
необходимо  иметь  запас  раствора  кальция.  Очень  часто  в  таких  системах  может 
наблюдаться  чрезмерное  повышение  вязкости  и  прочности  геля  в  результате  аномально 
большого  количества  фильтрата  кальция.  Каустическая  сода  сдерживает  растворимость 
большинства  солей  кальция,  что  показано  на  рис.  11.  Линия  А  обозначает  зависимость 
растворимости фильтрата кальция от концентрации извести; линия В  - фильтрат кальция 
при  4  фунт/барр  извести  при  различной  концентрации  гидроокиси  натрия.  Чем  выше 
щелочность, тем меньше извести переходит в раствор. Кроме того, что каустическая сода 
сдерживает  растворимость  солей  кальция,  оно  также  обеспечивает  регулирование  рН  и 
щёлочности  раствора.  Для  того,  чтобы  иметь  полное  представление  о    кальциевых 
буровых растворах, каждый из них будет рассмотрен отдельно. Прежде всего рассмотрим 
известковые буровые растворы. 

 

 

 
Рис.7. Изменение вязкости при                                Рис.9. Вязкость бентонита в воде, 
добавлении 4% бентонита в                                           содержащей  1фунт/барр Квебрахо 
 воду, содержащую каустическую соду                     и различное количество каустической   

                                                                                                               соды 

 

 

 

  

 

                           Рис.8.                                  Рис.10. Зависимость вязкости от процентного 
                                                                                 содержания  глины в присутствии 
                                                                                 различных химреагентов.(А)Бентонит  
                                                                             в дистиллированной воде. (В) в воде,          
                                                                                содержащей 3 фунт/барр каустической 
                                                                                   соды, 2 фунт/барр Квебрахо, 4 фунт/барр  
                                                                                                              извести 

Преимущества кальциевых систем 

Кальциевые  буровые  растворы  обладают  несколькими  преимуществами  по 

сравнению с обычными буровыми растворами на основе пресной воды с низким уровнем 
рН: 

(1)  Эти  растворы,  обладающие  ингибирующими  свойствами,  могут  поддерживать 

низкую  вязкость  и  низкую  прочность  теля  при  высоком  содержании  твёрдой  фазы.  Это 
позволяет применять такие растворы в утяжеленных системах. При разбуривании пластов 
с  аномально  высокими  давлениями  применяют  буровые  растворы  максимальной 
плотности с небольшой вязкостью. 

(2)  Кальциевые  буровые  растворы  применяются  прежде  всего  при  разбуривании 

гидратируемых,  осыпающихся  глинистых  сланцев.  Ингибирующее  воздействие  на 
гидратируемые  сланцы  и  глины  замедляет  их  гидратацию.  Это  позволяет  сохранять 
устойчивость  стенок  скважины,  сложенных  глинистыми  сланцами.  Кроме  того 
уменьшается накапливание частиц твердой фазы повышенного удельного веса. 

(З) Кальциевые буровые растворы очень устойчивы к воздействию примесей, таких 

как соль, цемент и ангидрит. 

(4)  Приток  продуктивного  фильтрата  из  песчано-бентонитовых  коллекторов 

повышается  за  счёт  уменьшения  вспучивания  глин,  блокирующих  приток  фильтрата  в 
скважину. 

(5)  При  приготовлении  кальциевых  буровых  растворов  можно  использовать  любую 

воду затворения – пресную,  жёсткую, морскую, солоноватую.