Руководство для обучения инженеров по буровым растворам - часть 59

 

393 

 

 

394 

 

Свойства 

Реология и твёрдые вещества 

Точные  пределы  пластической  вязкости,  пределе  текучести  и  предельного 

статического  напряжения  сдвига  определить  трудно.,  Эти  величины  зависят  от  нес 
переменных температуры, типа, размера, концентрации твёрдых веществ, нефте-водяного 
фактора,  концентрации  рассола  и  общей  стабильности  бурового  раствора.  Определение 
проходящих  свойств  данного  веса  раствора  зависит  от  требований,  предъявляемых  к 
жидкости, для условий скважины. Например, для несущей способности скважин большого 
диаметра требуется повышенный предел текучести и предельное статическое напряжение 
сдвига, однако, эти же свойства быть пригодными для бурения небольших скважин даже с 
тем же весом раствора. 

Ниже  приводятся  некоторые  основные  правила  для  регулирования  реологических 

свойств и содержания твердых веществ в циркуляционных системах. 

1.  Пластическая  вязкость  должна  поддерживаться  на  минимальном  уровне  для 

оптимизации  скорости  проходки.  Тенденция  к  увеличению  пластической  вязкости  в 
период  проверки  бурового  раствора  при  одинаковом  весе  указывает    на  увеличение 

 

395 

твёрдых веществ в результате добавок агентов контроля водоотдачи или низкого уд. веса 
разбуриваемых твёрдых веществ или образования сверх мелких твёрдых веществ. 

2. Предел текучести и напряжение сдвига управляются двумя факторами. Во-первых, 

сохранением  устойчивости  нексотропий  (структуры  геля)  для  удержания  во  взвешенном 
состоянии  утяжелителя  и  обеспечения  достаточной    несущей  способности.  Во-вторых, 
снижаем  до  минимума  потери  давления  в  кольцевом  пространстве,  оптимизацией  
гидравлической  характеристики  долота  и  снижением  до  минимума  эквивалентных 
плотностей циркуляции. 

3.  Содержание  твёрдых  веществ  для  данного  веса  бурового  раствора  изменяется  в 

зависимости  от  требований  к  системе.  Как  правило,  твёрдые  вещества  должны 
поддерживаться  на  минимуме,  но  это  не  всегда  возможно,  если  используются  добавки 
контроля  за  водоотдачей,  гелеобразующие  агенты  и  другие  твёрдые  вещества.  Поэтому 
следует  установить  экономический  минимум  разбуриваемых  твёрдых  веществ  для 
оптимизации поведения бурового раствора. 

Щелочность Роm  

Щелочность  (Р

om

)

  раствора  на нефтяной основе является  мерой избытка  извести  в 

нем.  В  нормальной  системе  уровень  Р

om

  должен  быть  2,5  см?    по  0.1N  серной  кислоты 

или выше, Если Р

om

 ниже этого значения в течение длительного времени эмульсия может 

стать  нестабильной.  Избыток  извести  не  необходим  в  релаксированных  системах  для 
поддержания стабильной эмульсии. В них Р

om

 составляет обычно 1-2 см?  от 0.1N серной 

кислоты для создания буфера кислым газом. 

Примечание

:  основания  буровых  растворов  М-I  являются  рекомендациями 

относительно обработок щелочности по методу 

Роm

 АНИ. По желанию оператора авторы 

определят 

Роm

  по  методу  АНИ  и  «обратного  нитрования»,    но  все  обработки 

основываются на прямом методе 

Роm

 АНИ. 

 

Содержание 

СаСI

2

 

Содержание  (СаСI

2

)    проверяется  титрованием  и  сравнивается  с  Аw  во  время 

регулирования активности раствора. Детали в главе «Регулировка Активности Воды». 

 

Регулируемая активность 

Термин 

«активность» 

используется 

для  определения 

единицы  измерения 

химического  потенциала  воды  в  растворе  или  сланцев.  Исследования  подтвердили,  что 
глино-содержащие  породы  адсорбируют  воду  и  изменяются.  Сюда  относятся  иллиты  и 
другие,  ранее  считавшиеся  инертными  к  поглощению  водой.  Сланцы  адсорбируют  воду 
из-за разницы химического потенциала (активность или Аw ) вод, содержащихся в глинах 
и  обнаруживаемых  в  растворе.  Если  химические  потенциалы  глин  и  раствора  равны, 
адсорбция  воды  в  глины  теоретически  сводится  к  нулю.  Такое  состояние  обычно 
уменьшает опасность осыпания в результате водочувствительной природы глин. 

Контроль за глинами с помощью приводимой методики ограничивается растворами 

на нефтяной основе, т.е. не применима к растворам на водяной основе, хотя при наличии в 
них  электролита,  деструкция  глин  уменьшается  по  сравнению  с  пресной  водой,  но 
механизм достижения этого отличается от теории: «Регулируемой  активности». 

Системы  VERSADRIL



  или   VERSACLEAN



  - регулируемая активность раствора, 

в  которой  она  уравновешивается  с  активностью  разбуриваемых    глин.  Для  получения 
активности  от  1  до  0,40  в  систему  добавляется  СаСI

2

.  Хлористый  натрий  создает 

активность от 1,0 до 0,75 (насыщенный NaСI). 

Системы  VERSADRIL



 и VERSACLEAN



 могут быть приготовлены с внутренней 

фазой NaСI. Самая низкая активность, которую можно получить, 0,75 при насыщении. Во 
многих случаях контроля за глинами может потребоваться ещё меньшая активность. Если 

 

396 

активность,  требуемая  в  любое  время  действия  скважины  должна  быть  0,75, желательно 
начать  с  СаСI

2

.  Буровой  раствор  нельзя  насытiтть  NaСI  до  активности,    а  затем  до 

нижней  Аw  с  помощью  СаСI

2

.  Величины  активности  каждого  раствора  не  являются 

добавками.  Объясняется  это  разной  растворимостью  двух  солей.  Добавка  СаСI

2

  в 

раствор NaСI -внутреннюю фазу - вызывает осаждение NaСI. 

 

Водоотдача при высоких температуре и давлении 

Водоотдача  при  300°F  и  500  psi    для  нормальных  растворов  обычно  ниже  10см?. 

Низкая  водоотдача  -  положительный  аспект  при  бурении  высокопроницаемых  песков, 
склонных к избирательному прилипанию. 

Системы  с  релаксированной  водоотдачей  обычно  не  требуют  применения 

VERSATROL



  или  VERSALIG



.  Релаксированные  системы  могут  содержать  воду  при 

водоотдаче  высоких  температуре  и  давлении.  Скорость    проходки  доводятся  до 
максимума в этих системах. 

 

Электрическая стабильность 

Электрическая стабильность - это мера эмульгирования в дисперсионной фазе нефти. 

Нефть  не  проводит  электрический  ток.  Поток  электричества  устанавливается  между 
полюсами  зонда,  когда  соединяются(  слипаются)  капельки  воды  для  образования 
непрерывного  моста  или  контура.  Чем  сильнее  эмульсия,  тем  больше  требуется 
напряжение для разбивания эмульсии или слипания для заканчивания цикла. 

Величина электрической стабильности зависит от нескольких факторов. 
1.  Концентрация  электролита  —  электропроводность  воды  повышается  с 

увеличением  концентрации  электролита.  Следовательно,  увеличение  электролита  может 
иметь временный эффект снижения электрической стабильности. 

2.  Содержание    воды  По  мере  увеличения  объёма  диспергированной  воды 

уменьшается  среднее  расстояние  между  каплями  воды,  облегчая  завершение  цикла  с 
помощью слипания в результате снижения электрической стабильности. 

3.  Водо-смачиваемые  твёрдые  вещества.  Условия  водосмачиваемости  твёрдых 

веществ  вредно  воздействует  на  полученную  величину  стабильности  эмульсии. 
Достаточно смоченные твёрдые вещества могут действовать как капли воды относительно 
электропроводности.  Поскольку  соединение  водосмоченных  твёрдых  веществ  создают 
эффект большой водяной капли, происходит снижение электрической стабильности. 

4. Эмульсия. Размер капель воды, который обычно больше в новых и нестабильных 

циркуляционных  системах,  значительно  влияет  на  величину  стабильности  эмульсии. 
Размер капель и концентрация эмульгатора изменяют стабильность эмульсии. 

5. Температура, при которой производится замер стабильности. 
Величина  стабильности  эмульсии  -  очень  важный  параметр.  Величины  не  должны 

быть  абсолютными.  Каждая  система  имеет  собственный  набор  условий,  определяющих 
электрическую  стабильность.  Например,  две  системы  VERSADRIL



  действует 

одновременно  в  равных  условиях.  В  одной  системе  5%  по  объему  H

2

O  и  2000v  

стабильность, а в другой - 15% по объёму воды и 800v стабильность. Разнипа в 1200v не 
влияет  на  относительную  плотность  в  каждой  системе  (объём  H

2

O  создает  разность 

стабильности).  Поэтому  величины  относительны  для  той  системы,  из  которой  они 
зарегистрированы.  Замеры  должны  проводиться  регулярно  и  наноситься  на  график  для 
определения  направления.  Увеличение  или  уменьшение  указывает  на  изменения  в 
системе. Источник изменений определяется анализом раствора. 

 

Регулирование активности воды Аw VERSADRIL



/VERSACLEAN



 

Снижение  (увеличение  содержания  солей)  активности  бурового  раствора 

осуществляется  порошком  СаСI

2

  т.к.  хлопьевидный  материал  не  легко  растворяется  в