Применение воды и естественных водных суспензий при бурении скважин.
Вода была первой промывочной жидкостью, используемой при бурении скважин для удаления шлама, благодаря своей легкодоступности и дешевизне во многих районах бурения. Обычно для целей промывки используется вода из ближайших источников: рек, озер, морей. Иногда воду берут из водоносных пластов, для чего бурят специальные скважины. Солевой состав применяемой в бурении воды колеблется в широких пределах
как по районам бурения, так и по различным скважинам, и по интервалам бурения каждой скважины. Если даже бурение начинается с промывкой пресной водой, то по мере углубления скважины в нее поступают минерализованные воды и соли из разбуриваемых пород и водоносных пластов. Наиболее распространены соли натрия (галит), калия (сильвин), магния (бишофит), кальция (гипс, ангидрит) и др. Особенностями технологических свойств воды как промывочной жидкости являются малая вязкость, отсутствие структуры в покое (СНС равно нулю), высокая охлаждающая и относительно низкая смазочная способности, относительно низкая плотность. Последняя с повышением минерализации растет и для рассолов магния, кальция и натрия достигает 1200
– 1300 кг/м3. Фильтрационная способность воды очень высокая. Вода обладает высокой поверхностной активностью по отношению к большинству горных пород, растворяющей способностью по отношению к хемогенным породам типа галит, бишофит, карналлит и др. Перечисленные свойства в основном и определяют преимущества и недостатки воды как промывочной жидкости.
|
|
|
К преимуществам воды относятся:
1) повышение показателей работы долот благодаря созданию на забой относительно низкого гидростатического и дифференциального давлений, высоким охлаждающей и фильтрационной способностям, поверхностной активности;
2) уменьшение потерь напора на преодоление гидравлических сопротивлений в циркуляционной системе благодаря низкой вязкости, отсутствия сопротивления сдвигу и, как следствие, достижение высокого коэффициента наполнения цилиндров и производительности буровых насосов, возможность подведения к забойному двигателю и долоту большей мощности;
3) удобство очистки от шлама, газа на поверхности благодаря отсутствию структурообразования, в связи с чем не требуется специальных очистных механизмов;
4) достаточно высокий уровень очистки забоя и ствола скважины от шлама в результате турбулентности течения, благодаря низкой вязкости, малому содержанию твердой фазы;
5) отсутствие прихватов бурильной колонны, вызванных липкостью фильтрационной корки;
6) облегчение условий работы буровой бригады;
7) дешевизна и недефицитность в большинстве районов бурения;
|
|
|
8) возможность повышения плотности, в случаях необходимости, до 1200 кг/м3 путем введения солей.
К недостаткам воды как промывочной жидкости относятся:
1) тяжелые осложнения при разбуривании неустойчивых, склонных к набуханию и обвалам горных пород. Вода сравнительно легко проникает в поры и трещины этих пород, ослабляет силы связи в них. В результате породы набухают, выпучиваются и обваливаются;
2) невозможность оперативного регулирования плотности, создания достаточного противодавления на горизонты с аномально высоким пластовым давлением;
3) неспособность удерживать шлам во взвешенном состоянии, в связи с чем опасны внезапные прекращения циркуляции, при которых шлам начинает оседать, что может привести к прихвату бурильной колонны, забиванию долота и забойного двигателя шламом, переливу воды из труб при наращивании, подъеме инструмента, затрудняя условия работы вахты;
4) легко растворяет хемогенные породы (соли), что увеличивает кавернообразование, повышает коррозионную активность;
5) невозможность применения при вскрытии продуктивных пластов из-за резкого снижения проницаемости приствольной зоны;
6) повышенный расход воды на бурение скважины: вода легко фильтуется в проницаемые пласты, и потребность в ней в несколько раз больше, чем в других растворах;
|
|
|
7) больший потребный расход ее для обеспечения более высоких скоростей восходящего потока и своевременного выноса шлама. Разность давлений в трубах и за ними при этом может быть настолько большой, что вследствие малой вязкости воды она может привести к утечкам через резьбовые соединения и размыву их. Учитывая все названные достоинства и недостатки воды, она применяется, главным образом, при разбуривании устойчивых пород непродуктивных горизонтов, а также для получения (наработки) в процессе бурения естественных растворов, твердая фаза которых образуется за счет перехода в раствор мелких фракций шлама. Особенно широкое распространение вода получила в районах Урало-Поволжья и при бурении верхней части разрезов в Западной Сибири. Особенностью бурения на воде является обязательная промывка скважины в течение 10 – 15 минут после прекращения механического бурения перед подъемом долота или наращиванием для предупреждения забивания долота, турбобура оседающим шламом.
Естественные водные суспензии. К естественным растворам относятся промывочные жидкости, дисперсной фазой которых является шлам разбуриваемых пород. К ним не от-
|
|
|
носят естественные глинистые растворы, поскольку регулирование их параметров ничем не отличается от обычных глинистых растворов. Естественные растворы, или промывочные жидкости на основе неглинистых пород, впервые были применены в 1939 – 1940 годах по инициативе П.А. Ребиндера, Л.А. Шрейнера, К.Ф. Жигача в Пермской области. Более широко естественные растворы стали применяться начиная с 1952 года под руководством С.Н. Ятрова. Дисперсная фаза естественных растворов представлена в основном карбонатами, сульфатами, аргиллитами, солями. В зависимости от преобладания тех или иных пород в разрезе бурящихся скважин различают следующие типы естественных растворов:
– карбонатные;
– сульфатные и сульфатно-галоидные;
– аргиллитовые.
Для образования естественных растворов в промывочную жидкость добавляют химические реагенты, способные создавать в ней структуру. В качестве таких реагентов используются крахмал, КМЦ, жидкое стекло, лигносульфонаты и др. Повышение коллоидно-химической активности дисперсной фазы достигается также добавками в естественные растворы коллоидальной фазы, например, бентонита. При этом в растворе возникает достаточно прочная сопряженная структура (глинисто-карбонатная, глинисто-аргиллитовая и т.д.), включающая в себя выбуренные частицы и обеспечивающая седиментационную устойчивость и тиксотропию. С целью экономии химреагентов для получения растворов с высокой плотностью применяют комбинированные системы, состоящие из смеси бентонитового и естественного растворов. Такие растворы находят применение в Волгоградской области, в Татарии и др. Одной из разновидностей естественных растворов являются меловые растворы. Основные преимущества естественных растворов следующие:
1. Большая подвижность и малая вязкость этих растворов способствуют повышению эффективности использования гидравлических машин и механизмов, обеспечивает получение больших скоростей проходки.
2. Благодаря низкой фильтрации, плотной и тонкой фильтрационной корке при достаточно высокой плотности уменьшаются обвалы стенок скважин, затяжки и прихваты бурового инструмента.
3. Хорошие структурно-механические параметры растворов дают возможность держать забой чистым и предохраняют от осложнений при неожиданных остановках бурения.
4. Обладают повышенной стойкостью при воздействии на них агрессивных пластовых вод.
5. Естественные карбонатные и сульфатные растворы в меньшей степени подвержены воздействию высоких температур и давлений.
6. Уменьшен или исключен расход глин, в связи с чем резко сокращаются затраты средств, рабочей силы и времени на добычу и транспортировку сырья и приготовление растворов.
7. Улучшается запуск турбобуров, облегчается очистка раствора от шлама.
Недостатком естественных растворов является повышенное содержание в них твердой фазы.
57. Облегченные промывочные жидкости: пены, АПЖ, микропузырьковые системы.
К ГЖС относятся:
· пены;
· аэрированные промывочные жидкости (АПЖ).
Аэрацией называется процесс насыщения жидкости воздухом, реже другими газами. При этом газообразная фаза рассматривается как дисперсная, а жидкая – как непрерывная дисперсионная среда.
Объемное соотношение газообразной VГ и жидкой VЖ фаз называется степенью аэрации a = VГ / VЖ.
Для АПЖ a < 60, для пен a = 60…300.
Способы приготовления АПЖ и пен:
Механический способ обеспечивает аэрацию жидкости с помощью компрессорных установок и специальных устройств - аэраторов (пеногенераторов).
Эжекционный способ. При этом способе жидкость аэрируется путем засасывания воздуха из атмосферы с помощью специальных эжекторных смесителей.
Химический способ обеспечивает вспенивание (аэрацию) жидкости при обработке ее ПАВ – пенообразователями и перемешивании.
Комбинированный способ сочетает механический (эжекционный) и химический способы аэрации.
Комбинированный способ аэрации является самым распространенным и эффективным, так как в присутствии ПАВ-пенообразователей существенно улучшаются условия диспергирования газа и повышается стабильность (устойчивость) всей дисперсной системы.
Наиболее высокую пенообразующую способность имеют анионоактивные ПАВ, в частности, сульфонол, прогресс.
Оптимальные добавки ПАВ-пенообразователей составляют 0,1…0,4 % к объему жидкой фазы.
С экологических позиций необходимо использовать биологически нестойкие ПАВ, быстро разлагающиеся под воздействием солнца и бактерий (сульфонол НП-3, хлористыйсульфонол и др.).
Основным отличительным свойством АПЖ и пен является их низкая плотность. При атмосферном давлении плотность АПЖ может составлять 100…1000 кг/м3, пен – 50…100 кг/м3.
Низкая плотность АПЖ и пен обусловливает целый ряд преимуществ их перед буровыми растворами:
· вследствие снижения давления на забой скважины увеличиваются механическая скорость бурения и проходка на долото;
· появляется возможность бурения в зонах АНПД (Ка = 0,3..0,8 для АПЖ; Ка < 0,3 для пен), поглощающих буровой раствор;
· уменьшается вредное воздействие на продуктивные горизонты с низким пластовым давлением
Другими отличительными особенностями, присущими, главным образом, пенам, являются:
· Улучшение условий очистки забоя скважины от шлама в результате флотационного эффекта, заключающегося в способности частиц выбуренной породы прилипать к воздушным пузырькам и выноситься ими в затрубное пространство.
· Высокая несущая способность потока, которая у пен в 7- 8 раз выше, чем у воды.
· Низкая теплопроводность, что весьма важно при бурении скважин в ММП (слой пены, контактирующий с ММП, быстро замерзает и препятствует обрушению стенок скважин).
· Возможность регулирования функциональных свойств в широком диапазоне путем изменения степени аэрации и состава пен.
Недостатками АПЖ и пен являются:
· Сложность приготовления (требуется дополнительное оборудование: компрессор, аэратор - пеногенератор, дозатор ПАВ, обратный клапан в ведущей трубе, специальная обвязка и др.).
· Сложность закачивания в скважину, так как ГЖС плотностью менее 500 кг/м3 могут подаваться в скважину только при одновременной работе насоса и компрессора с установкой на нагнетательных клапанах бурового насоса дожимного устройства (бустера).
· Сложность очистки от шлама на поверхности, так как для этого пену необходимо разрушить.
· Повышенный коррозионный износ бурильных труб и другого оборудования вследствие окислительного действия газообразной среды.
· В последние годы за рубежом начато широкое внедрение уникальной микропузырьковой системы под названием «Афроникс» для бурения и заканчивания скважин в условиях АНПД /6/ без использования компрессорного оборудования. Данная система разработана фирмой «М-IDrillingFluids» компанией «Smith/Schlumberger» (США). Она содержит так называемые афроны — микроскопические пузырьки воздуха, защищенные многослойной оболочкой из полимеров и ПАВ. Благодаря уникальным свойствам афронов, данная жидкость создает упругий непроницаемый барьер в призабойной зоне продуктивного или поглощающего пласта, что позволяет бурить скважину при коэффициенте аномальности пластового давления до 0,2 и при репрессии 30МПа, с высоким качеством вскрытия продуктивного пласта. Основные отличия афронов от пен: ‒ двухслойная оболочка из ПАВ с промежуточным слоем загущенной полимером воды, в то время, как оболочка пузырька обычной пены состоит из одного мономолекулярного слоя ПАВ; ‒ газовое ядро афрона находится под давлением; ‒ малые размеры и высокая прочность афронов обуславливает несжимаемость системы в отличие от аэрированных и пенных систем. Таким образом, существующие технологии «легких» технологических жидкостей для условий низкого пластового давления ограничены тремя способами уменьшения плотности рабочей жидкости: ‒ дисперсные системы, предусматривающие ввод в жидкую среду газообразных компонентов или поверхностно-активных веществ и получение пенных растворов; ‒ дисперсные системы на углеводородной основе, в которых в качестве дисперсионной среды используют нефть или нефтепродукты (дизельное топливо, соляровое масло и др.); ‒ дисперсные системы «Афроникс». Современное состояние проблемы глушения скважин с АНПД на поздней стадии разработки показывает, что эффективность глушения скважин при их капитальном ремонте может быть повышена при комплексном подходе к решению проблемы в содружестве специалистов науки и производства.
Пожалуйста, не забудьте правильно оформить цитату:
Аманов М. А., Ишангулыев Г. А. Применение облегченных технологических жидкостей для глушения и капитального ремонта скважин в условиях аномально низких пластовых давлений (АНПД) // Молодой ученый. — 2016. — №10. — С. 117-123.
Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 936; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!