Руководство для обучения инженеров по буровым растворам - часть 50

 

 

образования  нерастворимых  осадков.  Это  достигается  применением  извести  или 
каустической  соды,  в  результате  чего  образуется  гидроокись  магния  или  кальция. 
Добавление каустической соды, например, подавляет растворимость кальция или магния в 
соответствии с приведенной ниже реакцией: 

2NаОН + Са





 

   или  Мg





 Mg(OH)

2

 

или   Са(ОН)

 

2

+ 

 2Nа



 

каустик + кальций или магний 

  гидроокись магния  или  кальция + натрий. 

Кальцинированная  сода  или  бикарбонат  натрия  не  оказывают  существенного 

влияния  на  понижение  общей  жесткости  морской  воды.  Жёсткость  морской  воды,  как 
правило, вызывается содержанием в ней магния. Карбонат магния является сравнительно 
растворимым.  Однако,  кальций  удаляется  в  вице  нерастворимого  карбоната  кальция. 
Именно по этой причине предпочтение отдаётся  щелочам, а  не кальцинированной соде 
или бикарбонат  натрия.  

 

Приготовление и конденсирование. 

При  бурении  верхнего  интервала  скважины  вязкость  обеспечивается  природными, 

разбуриваемыми  глинами,  либо  добавлением  коммерческих  глин.  Обработку  раствора 
проводят  традиционными  способами,  добавляя  небольшое  количество  SPERSENE



,  ХР-

20



, каустической соды  и прегидратированного М-I-GEL



. 

С  увеличением  глубины  бурения  в  буровой  раствор  добавляют  3  №3-фунт/барр 

щелочи,  (2  фунт/барр  каустика  и  1  1/2  фунт/барр  ,  SPERSENE



и  ХР-20



в  соответствии 

2:1  в  течение  одного  или  двух  циклов  циркуляции  с  последующим  введением  2-4 
фунт/барр  М-I-GEL



с  целью  поддержания  на  определенном  уровне  вязкости  и 

стабилизации  водоотдачи.  В  случае  применения  нефти  можно  добавлять  с  целью 
обеспечения 

эмульгирования 

нефти. 

Большинство 

эмульгаторов 

теряют 

свою 

эффективность  при  высокой  концентрации  соли,  и  SALINEX  специально  предназначен 
для  применения  в  солёных  буровых  растворах.  Он  очень  эффективно  стабилизирует 
реологические  свойства  и  понижает  водоотдачу  АНИ  и  водоотдачу  в  условиях  высоких 
температур  и  давлений.  Кроме  того  SALINEX  значительно  уменьшает  измельчение  и 
дисперсию  шлама,  предупреждая  чрезмерное  повышение  содержания  твёрдой  фазы  в 
буровом растворе и сокращая объемы применяемого барита. 

Степень  необходимой  химической  обработки  определяется  общим  объёмом 

бурового  раствора,  типом  разбуриваемых  пород,  механической  скоростью  проходки,  а 
также необходимыми значениями параметров раствора. Необходимо, независимо от типа 
бурового  раствора,  поддерживать  необходимый  уровень  содержания  твёрдой  фазы  в 
соответствии с заданной плотностью раствора. 

На  рис.14  показан  оптимальный  уровень  содержания  твёрдой  фазы  в  буровых 

растворах  на  основе  морской  воды.  Добавление  воды  должно  производиться  в 
соответствии  с  механической  скоростью  проходки:  воду  следует  добавлять  перед 
поступлением раствора на вибросито после его выхода с вибросита, а не непосредственно 
в вибросито. 

 

 

 

Рис.14.  Примерное  содержание  твёрдой  фазы  в  буровых  растворах  на  основе 

морской воды (в объёмных процентах) 

Очень важно поддерживать значение Р

1

  на уровне 1,2-1,5 см? а Р

2

 - от 3,0 до 3,3 см? 

добавлением  щёлочи.  Иногда  при  бурении  очень  вязких  пород  или  глин  гумбо  эти 
значения  должны  быть  несколько  выше.  В  процессе  всего  бурения  соотношение 
SPERSENE



/ХР-20



поддерживается на уровне 2:1, т.е. на каждые 2 мешка  SPERSENE



 

требуется один мешок ХР-20



. 

Для регулирования Р

1

 и рН добавляют каустическую соду, а известь используют для 

осаждения магния. 

Регулирование  водоотдачи  производят  систематически  добавляя  бентонит.  Обычно 

требуется  6-10  мешков  М-I-GEL



  за  сутки.  Твёрдая  фаза,  образующаяся  за  счёт 

разбуриваемых  пород  обычно  не  обеспечивает  заданных  свойств.  Для  регулирования 
водоотдачи в раствор добавляют RESINEX



, 

ТНЕRМРАС



 UL   и POLY-PAC



. 

 

Буровые растворы на основе насыщенных рассолов 

Буровые  растворы  на  основе  насыщенных  рассолов  чаще  всего  применяются  в 

качестве жидкостей для ремонта скважин или же при бурении соляных отложений. Если 
соляные  породы  находятся  сравнительно  недалеко  от  устья,  соленасыщенный  буровой 
раствор можно приготовить в наземных системах и использовать в качестве раствора для 
забуривания  скважины.  Если  же  соляные  породы  залегают  на  относительно  больших 
глубинах  предпочтительно  использовать  буровой  раствор  на  основе  пресной  воды  до 
глубины залегания соляных пород и лишь затем переходить на соленасыщенный буровой 
раствор. 

Если  соленасыщенный  буровой  раствор  приготавливается  на  поверхности,  его 

готовят  из  промышленного  насыщенного  рассола  или  же  добавляют  соль  в  воду 
затворения  или  в  буровой  раствор,  В  пресную  воду  необходимо  добавить  около  1,25 
фунт/барр  соли  до  насыщения,  а  после  насыщения  в  рассоле  будет  содержаться 
приблизительно  315000  мг/л    соли  и  плотность  его  будет  равняться  около  10  фунт/галл. 
Если  в  качестве  воды  затворения  используется  морская  вода,  то  соли  потребуется 
несколько меньше. 

Иногда насыщение солью бурового раствора на основе пресной воды производят за 

счёт разбуриваемых  солевых отложений. Это позволяет экономить промышленную соль, 
однако  может  привести  к  значительному  увеличению  диаметра  скважины,  а 
следовательно    потребует  большего  количества  цемента  при  цементировании  обсадных 
колонн,  кроме  того  это  может  вызвать  поломку  бурильных  труб  из-за  вибрации  в 
скважине большего диаметра. Кроме того, при проведении ловильных работ очень трудно 
определить верхнюю часть упущенного в скважину предмета. 

Пресноводные  глины,  такие,  как  М-I-GEL



  не  пригодны  для  повышения  вязкости 

растворов при высоких концентрациях соли. Для. этой цели используется SALT GEL



. 

SALT  GEL



позволяет  повышать  вязкость  в  солёной  воде,  однако  не  обеспечивает 

надлежащего  регулирования  водоотдачи.  Для  регулирования  водоотдачи  необходимо 
использовать органические регуляторы водоотдачи. 

Для  приготовления  бурового  раствора  вязкостью  15-25  сПз,  и  условной  вязкостью 

35-45 сек/кварту потребуется приблизительно 20-25 фунт/барр SALT GEL



. Необходимо 

тщательное перемешивание SALT GEL



для обеспечения необходимой вязкости. Вместе с 

SALT  GEL



  в  раствор  можно  добавлять  пресноводные  глины  с  целью  улучшения 

регулирования водоотдачи и понижения вспенивания раствора. 

Буровые  растворы  на  основе  насыщенных  рассолов  можно  приготовить  из 

пресноводных  глин  путём  введения  соли  в  систему  бурового  раствора.  При  добавлении 
соли может произойти значительное загущение бурового раствора, и могут потребоваться 
большие объёмы  воды для того, чтобы восстановить прокачиваемость бурового раствора. 

 

 

Твёрдая фазе пресноводных буровых растворов обеспечивает необходимую вязкость 

и  плотность  бурового  раствора,  следовательно  экономится  максимальное  количество 
пресноводных  буровых  растворов.  Как  правило:  (1)  около  1/3-1/2  объёма  пресноводных 
буровых растворов выбрасывается; (2) добавляют соль в пресноводные буровые растворы 
для  достижения  степени  насыщения;  (3)  одновременно  добавляют  воду  для  обеспечения 
прокачиваемости бурового раствора. 

Осаждение  и  дегидратация  частиц  часто  приводит  к  уменьшению  вязкости  после 

добавления  соли,  что  требует  добавления  SALT  GEL



  для  восстановления  заданного 

уровня вязкости. Для регулирования водоотдачи в раствор вводят регуляторы водоотдачи. 

 

Регулирование свойств буровых растворов на основе насыщенных рассолов 

Увеличение объёма бурового раствора в процессе бурения осложнено в том случае, 

если  необходимо  предотвращать  растворение  содержащейся  в  породе  соли  и  если 
солёную  воду  нельзя  смешивать  с  амбаре  для  бурового  раствора,  не  связанном  с 
циркуляционной  системой.  Существует  несколько  способов: один  из   них  заключается  в 
использовании  бочки  с  солью,  объемом  55  галлон,  верхняя  часть  которой  открыта,  а  к 
нижней  части  приварена  1  1/2  или  2  дюймовая  труба  длиной  около  3  футов,  идущая 
вертикально вверх, так что верхний конец трубы находится несколько ниже верхней части 
бочки.  К  нижней  части  бочки  такжё  приварена  труба,  по  которой  подаётся  вода.  Бочку 
подвешивают  над  амбаром  с  буровым  раствором.  Бочка  заполняется  солью,  а  по 
трубопроводу  в  бочку  медленно  подаётся  вода.  Вода  будет    насыщаться  солью  по  мере 
того,  как  она  будет  подниматься  в  бочке  и  выходить  через  трубу.  При  необходимости 
увеличение объёма в раствор следует добавить дополнительное количество SALT GEL



 с 

целью регулирования вязкости. 

Другой способ увеличения объёма бурового  раствора или уменьшения вязкости при 

разбуривании  соленосных  пород  заключается  в  том,  что  в  выходящий  из  скважины 
раствор тонкой струёй добавляют воду. Вода будет насыщаться солью путем растворения 
содержащейся  в  буровом  шламе  соли.  Если  один  способ  заключается  в  том,  что  воду 
прокачивают  через  буровой  шлам,  содержащий  соль,  под  виброситом  и  затем  в  амбар  с 
буровым  раствором.  Иногда  оператор  направляет  выходящий  из  скважины  раствор  со 
шламом, минуя вибросита в амбары с целью накопления соли. После этого воду медленно 
подают  в  амбары,  а  осажденный  шлам  перемешивают  гидросмесителями  с  целью  его 
растворения. Такой метод приемлем в тех случаях, когда в амбар не поступают глинистые 
сланцы  или  скальная  порода,  которые  могут  попасть  в  циркуляционную  систему.  В 
циркулирующий  раствор  необходимо  добавлять  избыточное  количество  соли  с  целью 
понижения растворимости соли при повышенных температурах. Для обеспечения бурения 
скважины  номинального  диаметра  достаточно  ввести  в  буровой  раствор  4-6  фунт/барр 
дополнительного количества соли. 

Лучше всего иметь отдельный амбар с насыщенной солью водой для разбавления. 
Таким  способом  можно  точно определить  количество  добавляемой  в  раствор  воды, 

что облегчает дозировку вводимых химреагентов. 

Буровые  растворы  на  основе  насыщенной  солёной  воды  обладают  сильными 

ингибирующими 

свойствами, 

поэтому 

разбуриваемые 

глинистые 

сланцы 

не 

диспергируются очень быстро и не увеличивают вязкость раствора. Хорошие результаты 
получаются  при  поддержании  значений  Р-фильтрата  на  уровне  21  см?  или  больше. 
Преимущества, связанные с регулированием щёлочности, заключаются в следующем: (1) 
понижение  коррозии;  (2)  подавление  или  удаление  свободного  кальция,  что  облегчает 
регулирование водоотдачи; (3) повышение устойчивости свойств бурового раствора и (4) 
понижение вспенивания бурового раствора. 

При  возникновении  аномально—высоких  значений  вязкости  и/или  прочности  геля 

необходимо  добавить  в  раствор  насыщенную  солью  воду.  Несмотря  на  то,  что 
органические  разжижители  теряют  свою  эффективность  в  насыщенной  солью  воде, 

 

 

добавление  SALT  GEL



облегчит  разжижение  раствора.  Органические  разжижители 

необходимо  предварительно  растворить  в  пресной  воде  перед  добавлением  в  буровой 
раствор.  Необходимо,  чтобы  добавляемое  в  раствор  количество  соли  было  достаточным 
для насыщения воды, растворяющей разжижитель. 

При  определении  объёмных  процентов  твёрдой  фазы  в  соленасыщенный  буровых 

растворах  необходимо  учитывать  объём  соли.  Это можно  сделать,  используя  следующее 
уравнение:  

Содержание твёрдой фазы (фактическое) = 100- (1,13 Vw + Vо) 

где         Vw  = объём воды, содержащейся в неподвижном буровом растворе, см? 

     Vo   = объём нефти, содержащейся в неподвижном буровом растворе, см? 
Поступление  в  раствор  на  основе  соленасыщенной  воды  незначительных  объёмов 

соленой  воды,  соли,  гипса  и  ангидрита  не  оказывают  значительного  влияния  на  его 
свойства.  Большое  количество  магния  и/или  кальция  может  ухудшить  регулирование 
водоотдачи. Введение дополнительных объёмов крахмала с целью понижения водоотдачи 
может  оказаться  бесполезным,  если  предварительно  не  удалять  из  раствора  примеси. 
Введение  бикарбоната  натрия,  кальцинированной  соды,  каустика  или  извести  облегчает 
регулирование  содержания  в  растворе  кальция.  Повышение  уровня  рН  добавлением 
каустика или извести позволит регулировать содержание магния. 

Регулирование водоотдачи производят введением в раствор MY-LO-JEL



, 

SP-101



, 

 

ТНЕRМРАС



 UL или POLY-PAC



. Если для регулирования водоотдачи применяют MY-

LO-JEL



-  концентрацию  соли  необходимо  поддерживать  на  уровне,  превышающем 

260000  ч/млн.  или  же  рН  выше  11,5  во  избежание  ферментации  раствора,  В  других 
случаях  для  предупреждения  ферментации  применяют  BACBAN



III,    его  обычно 

добавляют  в  количестве  1  Jug/барр. 

SP-101



не  следует  применять  в  буровом  растворе, 

содержащем более 200 ч/млн. растворимого кальция. 

Вспенивание  буровых  растворов  на  основе  соленасыщенной  воды  -  довольно 

распространённое  явление,  для  понижения  степени  вспенивания  таких  растворов  часто 
достаточно  увеличить  Р-фильтрацию.  Если  же  вспенивание  не  уменьшается,  применяют 
пеногасители  –  например,  DEFOAM-X



  (1-2  галл/100  барр.  бурового  раствора).  Если 

после первоначального введения пеногасителя вспенивание не уменьшилось, необходимо 
дополнительно ввести ещё одну порцию пеногасителя. 

 

Калиевые системы буровых растворов 

Из всех химических элементов калий 

является 

наиболее 

эффективным 

ингибитором гидратации сланцев и глин. Ингибирующее воздействие калия обусловлено 
заменой  ионов  натрия  и/или  кальция  ионами  калия  в  глинистых  частицах  и  фиксацией 
ионов калия  на кристаллической решетке разбухающих глин. 

Катионообмен  происходит  в  том  случае,  когда  калий  замешает  ионы  натрия  или 

кальция в глинистых частицах. Разбухающие глины обладают селективным действием  и 
поглощают  ионы  калия  более  активно,  чем  ионы  натрия.  Это  значит,  что  катионообмен 
происходит при условии, если соотношение содержащихся в буровом растворе калия 

и 

натрия  превышает  1:3.  Низкая  энергия  гидратации  ионов  калия  увеличивает 
ингибирование гидратации глины. 

Фиксация ионов калия происходит в глинистых частицах с превышающим среднюю 

величину  отрицательным  зарядом  вследствие  замещения  кремния  алюминием  в 
кристаллической  решетке  глинистых  частиц.  Это  характерно  для  некоторых  глин, 
содержащихся в породах третичной системы, а также в породах более позднего периода в 
прибрежных  и  шельфовых  площадях.  Фиксация  ионов  происходит  потому,  что  диаметр 
иона  калия,  равный  2,66  А°,  сильно  приближается,  но  несколько  меньше  свободного 
пространства в кристаллической решетке глинистой частицы, равного 2,8 А°,  что создает 
идеальные  условия  для  сжатия  кристаллической  решетки.  Низкая  энергия  гидратации 
ионов  калия  так  -  же  способствует  межслойной  дегидратации,  в  результате  чего