Руководство для обучения инженеров по буровым растворам - часть 47

 

 

 

Рис.11. (А) Зависимость количества растворимого кальция от концентрации извести. 

     (В)  Зависимость  количества  растворимого  кальция  в  растворе,  содержащем  4 

фунт/барр извести от концентрации каустиком. 

 

Недостатки 

(1)  Загущение  бурового  раствора  в  процессе  ингибирования  может  привести  к 

осложнениям 

(2)  Перед  проведением  ингибирования  содержание  твёрдой  фазы  должно  быть 

низким.  Это  ограничивает  ингибирование  буровых  растворов  высокой  плотности  в  том 
случае, если ингибирование не проводится поэтапно. 

(3 Повышение температуры свыше 300°F  может вызвать сильное загущение или 

даже цементацию раствора, вызванное высокой щёлочностью, растворённым кальцием и 
большим  содержанием  твёрдой  фазы,  приводящим  к образованию  алюмино-силикатного 
цемента. 
 

  

Известковые буровые растворы. 

Известковые  буровые  растворы  -  это  обработанные  кальцием  буровые  растворы, 

использующие  известь  в  качестве  источника  растворимого  в  фильтрате  кальция.  Они 
состоят  в  основном  из  каустической  соды,  органических  диспергаторов,  извести  и 
регулятора-водоотдачи.  Химический  состав  их  может  быть  различным  при  щелочности 
фильтрата  от  1  до  15  см?,    содержании  извести  от  1  до  15  фунт/барр.  Концентрация 
кальция фильтрата - от 75 до 200 частей на миллион. 

 

 

Было  разработано  три  типа  известковых  буровых  растворов:  (1)  раствор  с  низким 

содержанием  извести  и  низкой  щелочностью.  (2)  обычные  известковые;  и  (З)  раствор  с 
высоким  содержанием  извести  и  высокой  щелочностью.  Все  эти  растворы  аналогичны  и 
отличаются только по уровню щёлочности и содержанию извести. Второй и третий типы 
растворов  часто  применяются  при  наличии  примесей  и/или  при  вскрытии  пород, 
диспергирующихся  в  утяжеленных  буровых  растворах.  С  другой  стороны  буровые 
растворы  с  низким  содержанием  извести  часто  используются  в  тех  случаях,  когда 
воздействие высоких температур на обычные известковые растворы и растворы с высоким 
содержанием из вести приводят к нарушению устойчивого состояния ствола скважины. 

 

Способы получения ингибированных известковых буровых растворов 

Проще всего ингибируются так называемые природные буровые растворы с низким 

рН,  низким  содержанием  твёрдой  фазы  и  условной  вязкостью  от  30  по  40  сек/кварту.  В 
случае  высокого  содержания  твердой  фазы  в  раствор  добавляют  воду  во  избежание 
чрезмерного  загустевания  в  процессе  ингибирования.  Как  правило,  ингибирование 
производят  в  течение  одного  цикла  циркуляции,  одновременно  вводя  в  раствор 
каустическую  соду,  диспергатор  и  известь.  Регулятор  водоотдачи  всегда  вводится 
отдельно, после введения ингибиторов. 

Бывают  случаи,  когда  приготовление  ингибированного  бурового  раствора 

осуществляется  в  течение  двух-трех  циклон  циркуляции.  Это  может  происходить  при 
ингибировании  утяжеленных  буровых  растворов,  когда  плотность  раствора  нельзя 
понижать.  Может  потребоваться  несколько  циклов  циркуляции  при  ограниченных 
возможностях  оборудования  буровой  установки,  когда  весь  материал  нельзя  ввести  в 
течение одной циркуляции. Если ингибирование проводится в течение нескольких циклов 
циркуляции, то вначале вводят каустическую соду и диспергатор, а во  время следующего 
цикла  вводят  известь.  В  качестве  диспергаторов  могут  применяться  Квебрахо,  Сперсен, 
ХР-20 и Таннатин. 

Обычно  ингибирование  проводят,  не  прекращая  бурение.  Количество  вводимых  в 

раствор каустической соды, диспергатора и извести могут быть различными, однако очень 
часто они применяются в следующих количествах: 

каустическая сода 

- 2-3 фунт/барр, 

диспергатор 

            - 2-З фунт/барр, 

известь 

                        - 4-8 фунт/барр. 

Типичный процесс ингибирования выглядит так: 
1.  При  необходимости  проводят  пробные  испытания  для  определения  процентного 

содержания  воды  для  разбавления  и  концентрации  химреагентов,  необходимых  для 
ингибирования. При возможности воду следует добавлять перед введением химреагентов, 
однако ее можно добавлять и в процессе ингибирования. Температура и давление на забое 
значительно  ускоряют  ингибирование,  поэтому  фактически  ингибирование  происходит 
лучше в забойных условиях, чем при проведении  пробных испытаний. 

2.  После  определения  необходимого  для  ингибирования  количества  каустика, 

диспергатора, извести, отключите все гидросмесители   за исключением установленных  у 
приемной ёмкости насоса. Это предупреждает флокулирование раствора в других амбарах 
и обеспечивает  свободный переток раствора из одного амбара в другой. 

3.  Добавьте  каустическую  соду,  диспергатор  и  известь  одновременно  в  буровой 

раствор.  Скорость  ввода  химреагентов  определяется  временем  циркуляции.  Весь  объём 
каустика,  большая  часть  диспергатора  и  максимально  возможное  количество  извести 
вводятся в течение одного цикла циркуляции. Каустическая соде, если она расфасована в 
канистрах,  вводится  непосредственно  в  приёмную  ёмкость  насоса.  Расфасованная  в 
мешки  сода  должна  вводиться  из  химической бочки.  Нельзя  вводить  каустическую  соду 
через  глиномешалку.  Диспергатор  и  известь  вводят  через  глиномешалку  без  добавления 

 

 

бентонита.  Временно  раствор  будет  становиться  очень  вязким,  но  регулируя  скорость 
ввода химреагентов и воды, можно получить раствор необходимой вязкости. 

4.  При  выходе  ингибированного  бурового  раствора  из  выкидной  линии  произойдет 

флокуляция бурового раствора в тех амбарах, в которых гидросмесители не включены. В 
это  время  включают  гидросмесители    и  раствор  в  амбарах  перемешивают.  Добавление 
каустической  соды  и  диспергатора  в  соотношении  1:  1  из  химической  бочки  помогает 
понизить вязкость флоккулированного раствора. 

5.  После  введения  всего  объема  извести  в  буровой  раствор  добавляют  регулятор 

водоотдачи  MY-LO-JEL



,    можно  также  использовать  POLY-PAC



  или  ТНЕRМРАС



 

UL.  Эти  реагенты  не  только  понижают  водоотдачу,  но  также  стабилизируют  буровой 
раствор.  RESINEX



  также  понижает  водоотдачу  и  стабилизирует  свойства  бурового 

раствора.  Количество  вводимого  материала  определяется  необходимой  скоростью 
фильтрации. 

Ингибирование  раствора  может  также  происходить  при  разбуривании  цемента  или 

ангидрита  в  больших  количествах  при  одновременной  обработке  большим  количеством 
каустической  соды  и  разжижающего  реагента.  В  результате  такой  обработки  получается 
известковый буровой раствор. Добавление крахмала,  POLY-PAC



 или ТНЕRМРАС



 UL 

необходимо для регулирования водоотдачи и стабилизации свойств бурового раствора. 

 

Регулирование свойств известковых буровых растворов 

Состояние  известковых  буровых  растворов  считается  хорошим,  если  они  обладают 

хрупкой структурой геля, имеют прозрачный фильтрат, содержат избыточное количество 
извести и если посменное добавление извести не приводит к повышению прочности геля. 

Практика  показала,  что  регулирование  свойств  известковых  буровых  растворов 

достигается  регулированием  содержания  твёрдой  фазы,  диспергирования  твёрдой  фазы, 
щёлочности  фильтрата  (Р-фильтрата)  и  щёлочности  бурового  раствора.  Оба  последних 
пара метра являются мерой концентрация гидроксильных ионов (ОН

1



) и необходимы для 

про  ведения  расчетов  с  целью  определения  избыточного  количества  содержащейся  в 
растворе  извести.  Р-фильтрат  (Р

1

)  является  показателем  гидроксильных  ионов, 

диссоциированных  из  каустической  соды  и  извести  фильтрата,  плюс  те  гидроксилы, 
которые  представляют  нерастворенную  известь  в  буровом  растворе.  Вся  каустическая 
сода, но только часть извести являются растворимыми. 

Содержание извести определяется по следующей формуле: 

0,26(Р

1

1

1

) W

W

P

m



 

где            W- содержание воды в буровом растворе. 

Оптимальные свойстве бурового раствора получают в том случае, если щелочность 

фильтрата (Р

1

) и избыточное содержание извести имеют примерно одинаковые значения. 

Например, Р

1

 = 5 см?  и 5-7 фунт/барр. извести. 

Высокая концентрация извести при низкой щелочности или высокая щелочность при 

низкой концентрации извести часто приводят к дисбалансу химического состава бурового 
раствора  и  нежелательному  увеличению  вязкости  в  прочности  геля.  Для  увеличения  Р

1

 

обычно вводят каустическую соду вместе с диспергатором, а для увеличения Р добавляют 
известь. 

Недостаток  извести  в  буровом  растворе  может  привести  к  увеличению  вязкости  и/ 

или  прочности  геля.  Добавление  извести  при  проведении  пробных  испытаний  может 
привести  к  загущению  бурового  раствора,  однако  это  не  должно  препятствовать 
использованию  извести,  т.к.  температура  и  давление  на  забое  приведут  к  разжижению  
раствора  в  скважине.    Как  правило,  известковый  буровой  раствор,  не  принимающий 
известь,  нуждается  в  извести  при  условии,  что  содержание  твёрдой  фазы  и  другие 
химические  свойства  находятся  на  оптимальном  уровне.  Необходимое  для  поддержания 
заданных  свойств  раствора  количество  извести  зависит  от  диаметра  и  глубины  ствола, 

 

 

типа  разбуриваемых  пород  и  объёма  циркуляционной  системы.  Количество  извести, 
добавляемой  за  смену,  может  составлять  100-1500  фунтов.  Количество  диспергатора  с 
теми  же  факторами  и,  кроме  того,  типом  диспергатора  и  щелочным  диапазоном.  Те  же 
хим.расчеты,    что  применяются  для  ингибирования,  прилагаются  и  для  обработки 
раствора.  Нет  определенных  правил,  определяющих  необходимое  для  данного  раствора 
количество  диспергатора,  однако  это  количество  должно  обеспечивать  относительно 
низкие значения предельного динамического напряжения сдвига и прочности геля. 

Необходимый  уровень  водоотдачи  поддерживается  введением  М-I  GEL



  наряду  с 

MY-LO-JEL  или POLY-PAC



, или ТНЕRМРАС



 UL  . 

 

Гипсовые буровые растворы 

В  гипсовых  растворах    в  качестве  электросита,  обеспечивающего  ингибирование 

бурового  раствора,  применяют  сульфат  кальция.  Каустическая  сода,  гипс,  SPERSENE



, 

POLY-PAC



  и    ТНЕRМРАС



  UL    являются  основными  реагентами,  применяющимися 

для  химической  обработки  буровых  растворов.  Они  характеризуются  нормальным 
уровнем  рН  от  9,5  до  10,5  и  содержат  от  600  до  1200  ч/млн.  кальция  в  фильтрате. 
Гипсовые  буровые  растворы  применяются  при  бурении  глинистых  сланцев  и  особенно 
при вскрытии мощных ангидридных пластов. 

 

Приготовление гипсовых буровых растворов 

Буровой  раствор  с  низким  рН  можно    превратить  в  гипсовый  буровой  раствор 

давлением следующих материалов: 

1.  Воду  добавляют  до  или  в  процессе  ингибирования  во  избежанье  чрезмерного 

загущения растворов. Количество необходимой воды определяется пробным испытанием. 

2.  Для  ингибирования  применяют  1-2  фунт/барр.  каустической  соды,  3-5  фунт/барр 

Сперсена  и  4-6  фунт/барр  гипса.  Все  три  материала  вводятся  одновременно  в  течение 
одного  или  двух  циклов  циркуляции  в  зависимости  от  имеющегося  оборудования 
приготовления буровых растворов. 

3.  После  введения  всех,  указанных  в  пункте  2  химреагентов,  добавляют  регулятор 

водоотдачи. Обычно для регулирования водоотдачи вводят от одного до полутора фунтов 
на баррель POLY-PAC



  или ТНЕRМРАС UL.  Можно также применять MY-LO-JEL , но 

лишь в сочетании с антикоагулятором. 

Преобразование  бурового  раствора  с  высоким  рН  или  известкового  раствора  в 

гипсовый  раствор  потребует  разбавления  большим  количеством  воды,  для  понижения 
щелочности  и  рН  потребуется  большее  количество  гипса  и  разжижителя.  Добавление 
каустической соды не обязательно. 

 

Регулирование свойств гипсовых буровых растворов 

Регулирования  свойств  гипсовых  буровых  растворов  производится  посменной 

обработкой  каустической  содой,  гипсом,  Сперсеном  и  регулятором  водоотдачи. 
Добавление  гипса  необходимо  для  поддержания  избыточного  количества  гипса.  Это 
пробное испытание описано в главе 1. «Не вступившие в реакцию сульфаты кальция». Нет 
необходимости  проводить  такое  испытание  во  время  каждой  проверки  параметров 
бурового  раствора,  однако  они  должны  проводиться  регулярно,  а  также  в  случае 
необходимости.  Основным  показателем  при  испытании  является  фильтрат  кальция.  Его 
уровень должен находиться диапазоне от 600 до 1200 ч/млн. 

Уровень рН поддерживается добавлением каустика или извести в диапазоне  от 9,5 

до  10,5.  Количество  разжижителя  определяется  необходимым  уровнем  вязкости  и 
прочности геля. Лигниты и лигносульфонаты должны быть предварительно растворены  в 
пресной воде перед введением в раствор.  

Наличие  примесей  соли  или  цемента  не  оказывает  значительного  влияния  на 

свойства    вязкости  и  прочности  геля,    интенсивная  химическая  обработка  восстановит