Промывка скважин и буровые растворы

Показатели		Норма при вязкости 25 с по ПВ-5
		Сорт
		Высший		1	2	3	4
Плотность раствора,	103 кг/м3,	1,043		1,053	1,073	1,100	>1,100
не более
Выход раствора, м3/т,	не менее	15		12	9	6	< 6
Содержание песка, %,	не более	6		6	7	7	8

Примечения: 1. Высший и частично первый сорт получают модифицированием глин Na₂CO₃ и метасом (или М-14) при помоле. 2. Влажность 6— 10 %. 3. Остаток на сите по результатам ситового анализа суспензии с сеткой № 0,5 отсутствует, с сеткой № 0075 не более 10 %.

 

Требования к качеству бентонитовых порошков, регламентируемые стандартом АНИ, соответствуют получению 17,5 м³ суспензии (21 г бентонита в 350 см³ дистиллированной воды) с эффективной вязкостью 15-10^-3 Па-с (при градиенте скорости 1022 с^-1) из 1 т глинопорошка. Эти требования представлены ниже.

Предельное динамическое сопротивление  сдвигу, Па  1,47

Показатель фильтрации, см³  14

Остаток на сите № 200 (74,36-74,36 мкм), %  2,5

Содержание влаги после  отправки с места изготовления, %  12

Глины и глинопорошки применяют при бурении в качестве: коркооб- разующей и структурообразующей основы для приготовления буровых растворов различных типов; одного из компонентов для приготовления бы- стросхватывающихся смесей (БСС) и гельцементных паст для борьбы с поглощениями бурового раствора; для приготовления облегченных цементных растворов. В настоящее время комовые местные глины для приготовления буровых растворов используются ограниченно. Каолинитовые глины в чистом виде для этих целей вообще не применяются.

Глинопорошки  имеют следующие преимущества по сравнению с комовыми глинами:

диспергирование (набухание) мелких частиц происходит быстрее и полнее, чем крупных, в связи с чем на приготовление  бурового раствора из глинопорошка требуется  меньше времени и раствор получается более высокого качества;

транспортировка глинопорошков, особенно на большие  расстояния, обходится дешевле;

применение  глинопорошков позволяет механизировать и автоматизировать процесс приготовления раствора.

Технически  и экономически более выгодно использовать бентонитовые глинопорошки, дающие большой выход раствора из 1 т, так как они позволяют облегчить и ускорить приготовление бурового раствора, снизить затраты на транспортировку, приготовление и регулирование свойств раствора и получить растворы высокого качества с низким содержанием твердой фазы, обеспечивающие более высокие технико-экономические показатели бурения.

Глинопорошки  с низким выходом раствора обычно требуются, когда необходимо получить большую плотность и пренебречь вязкостью и кор- кообразующими свойствами раствора. Однако использование низкоколлоидных глинопорошков связано с высоким расходом как глинопорошка, так и химических реагентов и большими затратами времени на приготовление растворов. Из низкоколлоидных глинопорошков получаются растворы с недопустимо высоким содержанием твердой фазы. Область применения палыгорскитового порошка обусловлена способностью его одинаково хорошо диспергироваться как в пресной, так и в соленой (до насыщения) воде. Основное его назначение — структурообразующий компонент для соленасыщенных буровых растворов.

Для палыгорскитовой  глины характерна замедленная пептизация. Форсирование ее механическим диспергированием приводит к повреждению волокон. Поэтому более целесообразна предварительная гидратация палыгорскита в емкости с последующим диспергированием в воде путем предварительного перемешивания.

Нефть и нефтепродукты

Природные нефти и нефтепродукты из них  определенного состава используются преимущественно в качестве дисперсионной среды растворов на нефтяной основе и гидрофобных (инвертных) эмульсионных растворов. Наиболее широко для этих целей применяют дизельное топливо. Состояние асфальтенов (основного коллоидного компонента раствора на нефтяной основе), степень их ассоциации зависят от содержания в дисперсионной среде ароматических и парафиновых углеводородов. Первые пептизи- руют асфальтены, вторые вызывают их коагуляцию. Поэтому оптимальным для дизельного топлива считают содержание 10 — 20 % ароматических углеводородов и 30 — 50 % парафиновых. Этим требованиям отвечает дизельное топливо марок ДЛ и ДЗ.

Сырая нефть также используется для  приготовления растворов на нефтяной основе. Наиболее пригодны для этого  нефти с содержанием 3 — 5 % асфальтенов и 8—12 % смол. С целью повышения температуры вспышки нефти ее рекомендуется предварительно выветрить или прогреть до 80—100 °С, чтобы удалить растворенный газ и легкие нефтяные фракции.

Битум нефтяной используется в растворах  на нефтяной основе в качестве дисперсной фазы и является регулятором его структурно-механических и фильтрационных свойств. Состав и коллоидная активность битума зависят от природы сырья и условий его окисления. Битумы, получаемые окислением гудрон ов прямой гонки при температуре 270 — 290 °С, обладают хорошей структурообразующей способностью, если отношение содержания асфальтенов к смолам не менее 2,5:1. Битумы, получаемые из остатков парафиновых нефтей бескомпрессорным методом при температуре 250 °С, обладают структурообразующей способностью, если отношение содержания асфальтенов и смол к маслам более 1:4. Битум выпускается и поставляется в виде порошка в композиции с активным наполнителем — известью, затаренный в крафтмешки. В таком виде битум не слеживается при длительном хранении.

Реагенты  общего назначения

Реагенты  общего назначения используют для приготовления  базовых растворов с целью  достижения необходимых структурно-реологических  и фильтрационных свойств, показателя рН. К ним относятся:

1. основания (каустическая сода, известь) и соли (карбонат и бикарбонат натрия), способные изменять концентрацию водородных ионов в растворе;
2. структурообразующие полимеры (полисахариды, биополимеры, синтетические полимеры), усиливающие прочность структуры раствора;
3. понизители фильтрации — природные и синтетические высокомолекулярные полимеры (гуматы, лигносульфонаты, эфиры целлюлозы, акриловые полимеры);
4. разжижители — химические реагенты органической и неорганической природы, способные дефлокулировать, разрушать ассоциации коллоидных частиц (гуматы, лигносульфонаты, конденсированная сульфит- спиртовая барда, танины, комплексные фосфаты).

7.4.2. ПРИГОТОВЛЕНИЕ  БУРОВЫХ РАСТВОРОВ

В практике бурения  скважин используются разнообразные  технологические приемы для приготовления буровых растворов.

Приготовление раствора с использованием наиболее простой  технологической схемы (рис. 7.5) осуществляется следующим образом. В емкость для перемешивания компонентов бурового раствора 1, оснащенную механическими и гидравлическими перемешивателями 9, заливают расчетное количество дисперсионной среды (обычно 20 — 30 м³) и с помощью центробежного или поршневого насоса 2 (обычно один из подпорных насосов) по нагнетательной линии с задвижкой 3 подают ее через гидроэжекторный смеситель 4 по замкнутому циклу. Мешок 6 с порошкообразным материалом транспортируется передвижным подъемником или транспортером на площадку емкости, откуда при помощи двух рабочих его подают на площадку 7 и вручную перемещают к воронке 5. Ножи вспарывают мешок, и порошок высыпается в воронку, откуда с помощью гидровакуума подается в камеру гидроэжекторного смесителя, где и происходит его смешивание с дисперсионной средой. Суспензия сливается в емкость, где она тщательно перемешивается механическим или гидравлическим перемешивателем 9. Скорость подачи материала в камеру эжекторного смесителя регулируют шиберной заслонкой (затвором) 8, а величину вакуума в камере — сменными твердосплавными насадками.

Круговая циркуляция прекращается лишь тогда, когда смешано  расчетное количество компонентов и основные технологические показатели свойств раствора близки к расчетным. Если раствор приготавливают впрок, то его готовят порционно, а порции откачивают либо в другие емкости циркуляционной системы, либо в специальные запасные.

Утяжеление бурового раствора порошкообразным баритом  и обработку порошкообразными химическими реагентами осуществляют аналогично после приготовления порции исходной коллоидной системы (например, во- доглинистой).

Основной  недостаток описанной технологии —  слабая механизация работ, неравномерная  подача компонентов в зону смешения, слабый кон-

 

троль за процессом. По описанной схеме максимальная скорость приготовления раствора не превышает 40 м³/ч.

В настоящее  время в отечественной практике широко используют прогрессивную технологию приготовления и утяжеления буровых растворов из порошкообразных материалов. Технология основывается на применении серийно выпускаемого оборудования: блока приготовления раствора (БПР), выносного гидроэжекторного смесителя, гидравлического диспергатора, емкости ЦС, механических и гидравлических перемешивателей, поршневого насоса. Выпускается несколько типов БПР, различающихся вместимостью бункеров для хранения материалов.

Наиболее  широко применяется БПР-70, выпускаемый  Хадыженским машзаводом. Он представляет собой (рис. 7.6) два цельнометаллических  бункера 1, которые оборудованы разгрузочными  пневматическими устройствами 7, резинотканевыми гофрированными рукавами 3 и воздушными фильтрами 2. В комплект БПР входит выносной гидроэжекторный смеситель 4, который монтируется непосредственно на емкости ЦС и соединяется с бункером гофрированным рукавом.

Бункера предназначены для приема, хранения и подачи порошкообразных материалов в камеру гидроэжекторного смесителя. Они представляют собой цилиндрические резервуары с коническими днищами и крышей, которые установлены на четырех приваренных к раме 5 стойках 6. Порошкообразный материал подается в них из автоцементовозов по трубе, закрепленной на внешней поверхности цилиндрической части бункера.

К коническому  днищу прикреплено разгрузочное устройство, включающее аэратор, поворотную шиберную заслонку и воздушный эжектор. На крыше бункера установлен воздушный фильтр.

Выносной гидроэжекторный смеситель  состоит из корпуса с тремя  патрубками. К верхнему патрубку крепится прием для поступающего из

 

бункера или через  воронку порошкообразного материала. В левом патрубке установлены сменный твердосплавный штуцер и труба для подачи жидкости от насоса. К правому патрубку прикреплены диффузор и сливная труба.

При прохождении  подаваемой насосом жидкости через  штуцер в камере гидроэжекторного смесителя создается вакуум. В результате этого порошкообразный материал из бункера поступает по резинотканевому гофрированному рукаву в камеру.

Принцип действия блока БПР состоит в следующем (рис. 7.7). Порошкообразный материал (глина, барит и др.), привезенный на скважину автоцементовозом, загружается в силосы 1 пневмотранспортом при помощи компрессора. Поступая в силос, материал отделяется от воздуха, а воздух выходит в атмосферу через фильтр 2. При необходимости подачи порошкообразного материала в гидроэжекторный смеситель вначале аэрируют материал в силосе, чтобы исключить его зависание при опорожнении силоса, затем открывают шиберную заслонку, в результате чего обеспечивается доступ материалов в гофрированный шланг.

Жидкость, прокачиваемая насосом через  штуцер гидросмесителя, в камере последнего создает разрежение, а так как  в силосе поддерживается атмосферное  давление, то на концах гофрированного шланга возникает перепад давления, под действием которого порошкообразный материал перемещается в камеру гидросмесителя, где смешивается с прокачиваемой жидкостью. Воронка гидросмесителя служит для ввода материала в зону смешивания вручную. В обычном случае ее патрубок закрыт пробкой.

Блок БПР-70 оборудован гидравлическим измерителем массы порошкообразного материала ГИВ-М.

1 — силос; 2 — фильтр; 3 — загрузочная труба; 4 — разгрузочное устройство;

5. — система аэрирования;
6. — аэродорожка; 7 — подводящий шланг; 8 — гидросмеситель

Рис. 7.7. Схема работы блока  БПР:

 

Техническая характеристика БПР-70

Число силосов в одном блоке  2

Объем каждого силоса, м³  35

Способ  загрузки силосов  Пневматический

Смесительное  устройство  Гидравлическое

эжекторного типа

Производительность  блока при подаче порошкообразных  материалов в

гидросмесители  одновременно из двух силосов, кг/с  10

Габариты, мм  6200x3300x8000

На неподвижной  части силоса смонтировано разгрузочное устройство, включающее тарельчатый  питатель, пневматический эжектор и  гидравлический смеситель, который можно устанавливать как на площадке блока, так и на емкости циркуляционной системы буровой установки. В последнем случае вместо тарельчатого питателя применяется шиберный затвор с аэратором в верхней его части. Привод тарельчатого питателя осуществляется при помощи электродвигателя с редуктором. Так как тарелка питателя вращается с постоянной частотой, то подачу порошкообразного материала в зону смешивания регулируют, изменяя положение специального ножа, входящего в комплект питателя.

Для равномерного распределения компонентов  по всему объему бурового раствора применяют перемешивающие устройства. Отечественная промышленность выпускает гидравлические и механические перемешива- тели.