Буровые растворы

Плотность – масса  единицы объема бурового раствора –  выражается в г/см³ и

обозначается  ρ. Зная плотность бурового раствора, можно определить давление, которое 

оказывает буровой  раствор на пласты, залегающие на различных  глубинах. Это давление (в 

МПа) называется гидростатическим и в любой точке  скважины определяется из уравнения:

Р_пл = ρН/100,

Где ρ – плотность  бурового раствора, г/см³; Н – расстояние от уровня бурового раствора

в скважине до рассматриваемой  точки по вертикали, м; 100 – расчётный  коэффициент для 

перевода в  МПа.

Следовательно, изменяя  плотность, можно регулировать давление бурового раствора на

пласт. При измерении  плотности следует иметь в  виду, что выходящий из скважины

буровой раствор  может содержать газ, поэтому  плотность такого раствора называют

кажущейся, а плотность  раствора, не содержащего газ, - истинной плотностью. Плотность 

определяют взвешиванием определённого объёма бурового раствора на рычажных весах или 

ареометром АГ-3ПП и др.

    Зная  плотность находящегося в скважине . бурового раствора, можно определить  давление, которое оказывает раствор  на разбуриваемый пласт. Изменяя плотность, можно

регулировать  давление бурового раствора на пласт. При измерении плотности следует 

иметь в виду, что выходящий из скважины буровой  раствор может содержать газ, поэтому

 плотность  такого раствора считается кажущейся. Истинная плотность устанавливается

на основании  измерения кажущейся и содержания газа. Плотность определяют

взвешиванием  известного объема раствора на рычажных весах или ареометрами АГ-ЗПП  и др.

Измерение плотности ареометром АГ-3ПП

     Ареометр  АГ-3ПП состоит из мерного стакана,  который крепится к поплавку  при помощи штифтов. На стержне  имеются две шкалы: для измерения  плотности от 0,9 до 1,7 г/см³ на мерный стакан навинчивается грузик, а от 1,6 до 2,4 г/см³ грузик снимается. Прибор поставляется в комплекте с ведёрком для воды.

    Для  измерения плотности бурового  раствора освобождают мерный  стакан и, держа его в

вертикальном  положении, заполняют доверху буровым  раствором. Не меняя положения,

соединяют стакан снаружи, помещают в ведёрко с  водой и делают отсчёт по шкале. Если

ареометр весь погрузился в воду, то отвинчивают  грузик и вновь погружают его  в ведёрко,

отсчитывая показания  погружения по шкале для большей  плотности.

     6. МЕТОДЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ СВОЙСТВ  ПРОМЫВОЧНОЙ ЖИДКОСТИ В ПРОЦЕССЕ  БУРЕНИЯ

        СКВАЖИН.

В процессе бурения  раствор как можно более длительное время должен сохранять предусмотренные  проектом технологические свойства. В противном случае он перестанет выполнять необходимые функции, что может привести, с одной  стороны, к возникновению осложнений и аварий, а с другой, к необходимости  дополнительной его обработки химическими  реагентами, что вызывает увеличение стоимости буровых работ.

Химические реагенты характеризуются по различным признакам или назначению.

По растворимости  в воде: растворимые и нерастворимые (во- до- и щелочерастворимые), растворимые  в органических жидкостях, например в дизельном топливе или керосине.

По устойчивости к слоям: несолестойкие, ограниченно  солестойкие, солестойкие.

По устойчивости к температуре: нетермостойкие, термостойкие.

По назначению: понизители показателя фильтрации; понизители вязкости; структурообразователи; peareHjbi, связывающие катионы кальция, магния и других поливалентных металлов; пе- ногасители и пенообразователи; эмульгаторы и деэмульгаторы; смазывающие добавки; ингибиторы коррозии; антиоксиданты и другие вспомогательные реагенты.

Каждая из этих групп реагентов делится на классы и виды, например понизители показателя фильтрации на 5 классов: гума- ты, крахмальные  реагенты, водорастворимые эфиры  целлюлозы, лигносульфонаты, акриловые  полимеры;' реагенты-понизители вязкости на 3 класса: полифенолы, лигнинные и модифицированные лигносульфонаты.

КЛАССИФИКАЦИЯ ХИМИЧЕСКИХ РЕАГЕНТОВ,  ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ ОБРАБОТКИ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ

Все классификации  химических реагентов носят условный характер. Так, реагенты-шонизители показателя фильтрации при определенных условиях разжижают буровые растворы, реагенты- понизители вязкости в неминерализованных буровых растворах эффективно снижают показатель фильтрации, антиоксиданты термоокислительной деструкции карбоксиметилцеллюлозы являются эффективными ингибиторами коррозии, особенно легкосплавных труб.

7. ЦЕЛИ  И ЗАДАЧИ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ  ПРОМЫВОЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ В ПРОЦЕССЕ    БУРЕНИЯ.

В зависимости  от геолого-технических условий  проходки скважин к буровым растворам  предъявляются различные требования, предусматриваемые геолого-техническим  нарядом. В связи с этим в процессе промывки скважин необходимо поддерживать определённые показатели буровых растворов. Для оценки их используются различные  способы и приборы. Определён  комплекс обязательных измерений, необходимых  при бурении любых скважин. Он включает измерение плотности, условной вязкости, водоотдачи при нормальной температуре, предельного статического напряжения сдвига и концентрации водородных ионов (рН).

 

 

       При бурении скважин в осложнённых  условиях (высокие забойные температуры,  сильная минерализация вследствие  поступления пластовой воды или  растворения в буровом растворе  пластовой соли, аномальные пластовые  давления и т.д.) необходимы специальные  измерения, к которым относятся:  измерения водоотдачи при повышенных  температурах, содержания газа, нефти,  песка, определение состава соли  в фильтрате и содержания твёрдой  фазы в растворе.

       Существует также группа факультативных  измерений, которые делают, как  правило, в исследовательских  лабораториях при разработке  новых видов растворов. К ним  относятся, например, определение  эффективной пластической вязкости, предельного динамического напряжения  сдвига и др.

       Состояние бурового раствора  в процессе бурения контролируют  путём измерения непосредственно  на скважине проб, отобранных  при циркуляции. Пробу раствора  следует отбирать вблизи устья  скважины, здесь же необходимо  измерять температуру выходящего  раствора. Сразу же после отбора  пробы измеряют плотность и  условную вязкость раствора. Остальные  показатели измеряют в специально  отведённом для этого помещении  – лаборатории.

       Для обеспечения достаточно полного  контроля показателей бурового  раствора в процессе бурения  и своевременного предубеждения возникающих осложнений необходимо соблюдать определенную частоту измерений.

            8. СПОСОБЫ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПРОМЫВОЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ.

   Существуют два принципиально противоположных способа приготовления дисперсных                                                                              

систем.

Первый  диспергирование основан на измельчении  крупных тел до получения 

систем, содержащих частицы требуемых размеров.

Второй  конденсация основан на увеличении размера частиц от молекулярных величин  до образования новой дисперсной фазы.

В подавляющем  большинстве случаев в технике  промывочных жидкостей для приготовления  дисперсных систем используют первый способ диспергирование. Он заключается  в сочетании сильного перемешивания, при котором измельчаемые тела соударяются  друг с другом, с ударами о твердую  поверхность, например лопасти мешалок  или специальные отражательные  поверхности. При диспергировании  нерастворимых тел в отличие  от диспергирования, называемого растворением, не достигается молекулярной степени  измельчения. Это объясняется двумя  причинами. Усилие, разрушающее тело, определяется моментом силы произведением  величины силы на ее плечо. При разрушении, диспергировании частицы, плечо  равно размеру частицы. Чем мельче она, тем меньше и плечо. Поэтому  величина разрушающей силы должна быстро возрастать по мере диспергирования. Но величина силы в измельчающих устройствах  может увеличиваться только до определенных пределов, поэтому и измельчение  должно быть ограниченным. Вторая причина  заключается в том, что с ростом удельной поверхности усиливается  влияние свободной межфазной  поверхностной энергии. Силы притяжения между частицами быстро увеличиваются  по мере измельчения. Вследствие этого  усиливается притяжение частиц друг к другу: частицы сливаются вместе и укрупняются. Этот процесс укрупнения вызывает увеличение размера частиц дисперсной фазы.

Одновременно  с диспергированием частиц начинается и их рост конденсация частиц. Чем  частицы меньше, тем интенсивнее  конденсация. Диспергирование прекращается, когда рост степени дисперсности, вызываемый разрушением частиц, сравняется с увеличением их, вызываемым конденсацией.

Процесс диспергирования можно ускорить, вводя в систему вещества, способные  адсорбироваться на поверхности  частиц, (стабилизаторы) и загораживать (экранировать) частицы, препятствуя  конденсации. Этот процесс называют пептизацией. В процессе диспергирования  используют и адсорбционное понижение  прочности (эффект Ребиндера).                                          Наконец, увеличение концентрации частиц усиливает прочность дисперсной системы; при этом возрастают и силы, действующие на частицы. Поэтому  часто наибольшего диспергирования  достигают увеличением концентрации частиц дисперсной фазы.

9. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ  ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПРОМЫВОЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ.

       Для защиты окружающей среды  от выбуренной породы, избыточного  глинистого раствора и многократно  обработанной механической воды выбуренную породу и избыточный глинистый раствор отводят или вывозят в специально отведенные для утилизации и захоронения места, согласованные с районной санэпидстанцией. Шлам и лесок с вибросит и пескоотделителя по проемам и направляющим желобам отводят в амбар. Раствор, теряемый вместе со шламом, излишний буровой раствор, образующийся при цементировании скважин, отводя в амбар с последующим захоронением. По специальной методике рассчитывают объемы выбуренной породы, утерянного вместе со шламом на виброситах бурового раствора, и отдельно объем излишнего раствора при цементировании скважин.

Охрану окружающей среды  при бурении скважин на нефть  и газ осуществляют в виде разноплановых  мероприятий.

      Для предупреждения  нефтегазопроявления и открытых  выбросов применяют промывочные жидкости с параметрами, соответствующими геолого-техническому наряду (ГТН).

Промывочную жидкость по удельному весу и вязкости контролируют:

- в емкостях  не реже 1 раза в неделю;

- при разбуривании  газоопасных горизонтов через  каждые 30 мин.

        При  необходимости промывочный раствор  дегазируют вакуумным дегазатором ДВС-2. Перед вскрытием горизонта на буровой установке создают запас химических реагентов, утяжелителя, обсадных труб и др. Для герметизации устья при нефтегазопроявлениях, скважину оборудуют превенторной установкой (требование ЕТП), обвязку которой выполняют по утвержденной схеме и согласованной с органами Госгортехнадзора и Военизированной частью по предупреждению и ликвидации нефтяных и газовых фонтанов. При вскрытых продуктивных и водонапорных горизонтах в случае вынужденного простоя устье скважины герметизируют превентором при спущенном бурильном инструменте для периодических промывок с целью выравнивания параметров глинистого раствора.

        Для  защиты окружающей среды от  химических реагентов, цемента  и глинистого порошка все химические  вещества (УЩР, КССБ, КМЦ, Смрад,  кальцинированная сода и др.) доставляют  на буровые в заводской упаковке, полиэтиленовых мешках или резинокордовых контейнерах и хранят в специальных помещениях. После растворения в воде химические реагенты вводят в раствор без потерь и остатков. Бумажную и другую тару от цемента, барита, графита, мела и т. п., полиэтиленовые мешки от химических, реагентов вывозят в специальных контейнерах на пункты утилизации.

         Вместе с буровым раствором  в сточных водах содержатся  реагенты УЩР, КССБ, ПФЛХ, гипан, литропилнин, хромкан, ВЖС, КМЦ, ПАВ (образует пену, затрудняет самоочищение водоема) и другие токсичные вещества. Биохромная окисляемость сточных вод составляет от 7,3-10³ до 5,2-10⁵ мг Ог/м³ и окисляемость — от 9,4-10⁴ до 5,2-10⁶ мг0₂/м³. Буровые сточные воды, попадая в водоемы или поглощающие скважины, опасно загрязняют подземные пресные воды, другие водоемы и почву и убивают все живое, обитающее в этих средах. Причины опасного загрязнения растворами водоемов (особенно при наличии земляных амбаров) связаны с переливами и выбросами бурящихся   скважин, избыточного раствора, образующегося  при разбуривании глинистых пород, сбросом  растворов в овраги и водоемы, перетоками их по поглощающим горизонтам (пластам), «выдавливании» перемычки между траншеями (глубиной до 5 м) и отбором и др. При этом не вытекающий густой осадок остается в земляном амбаре и при затвердевании засыпается землей.

Более современным  является способ удаления буровых растворов на поля орошения, где для захоронения используют  бетонированные (облицованные) амбары вместимостью 15—20 тыс. м³.           Жидкие остатки в них отстаиваются в течение 2-х и более лет.

Потери бурового раствора минимальны, при очистке  его с помощью вибросита. Более эффективна трехступенчатая система - вибросито — пескоотделитель — илоотделитель. Объем удаляемого  шлама в этом случае в 4 раза меньше объема раствора, нарабатываемого без механической очистки. Использование илоотделителя в третьей ступени в 3,5 раза уменьшает избыточный объем раствора. Потери бурового раствора в этом случае Почти в 5 раз меньше объема раствора, «нарабатываемого» при отсутствии такой очистки. При этом улучшаются технико-экономические показатели буровых работ.

             10. МЕТОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ  ПРОЦЕССА ПРОМЫВКИ СКВАЖИНЫ

       Основным  условием экологически безопасного  бурения является обезвреживание  отходов бурения. Это избытки  бурового раствора, буровой шлам  и буровая сточная вода. Соответственно  и оборудование для этого: блок  коагуляции и флокуляции БКФ,  блок обезвреживания шлама БОШ  и блок очистки буровых сточных  вод БОБСВ.