Содержание:
Буровой раствор представляет собой промывочную жидкость, использующуюся при разработке скважин. Он обеспечивает благоприятную для бурения среду, создает условия, оптимальные как для работы оборудования, так и для выведения наружу шлама разбуренной горной породы. Однако при подборе промывочного состава для конкретного месторождения часто приходится корректировать его физико-химические свойства под геологические особенности участка. С этой целью используются специальные добавки для буровых растворов. Об основных группах этих соединений и их свойствах пойдет речь ниже.
Требования к буровой жидкости
Буровой раствор (БР) – это сложная многокомпонентная система, предназначенная для промывания скважин. К его основным функциям относятся:
- очищение стенок ствола от загрязнений;
- элюирование оставшихся пробуренных пластов;
- интенсификация работы бура и других инструментов.
Эти и другие особенности бурового состава обеспечивают корректное вскрытие горизонта и хорошее выполнение других сопутствующих задач. Продуктивность работы скважины во многом зависит от БР. Очень важно в процессе всего бурения контролировать все свойства промывочного состава, особенно:
- удельную массу, которая должна находиться в пределах 1000–2500 кг/м³ (для обеспечения качества бурения);
- водоотдачу – объем фильтрата, выделяющегося из очистительной техники в течение определенного времени;
- условную и эффективную вязкость (первая вычисляется временными единицами, вторая определяется вискозиметром);
- напряжение сдвига, которое не должно превышать 20 Па.
Особенности использования буровых добавок
Параметры бурового раствора не остаются постоянными в течение всего процесса бурения. По мере углубления скважины они изменяются. Для восстановления исходных характеристик необходимо добавить определенные полимеры или неорганические вещества. Если вводятся те же добавки, что при исходном приготовлении, такая обработка называется первичной. Если же вводятся новые соединения, чтобы усилить определенные показатели, то она считается вторичной. Добавляемые химреагенты имеют различную удельную массу, состав и классифицируются по нескольким параметрам:
- по растворимости в воде – на растворимые и нерастворимые;
- по устойчивости к высоким температурам – на термостойкие и нетермостойкие;
- по устойчивости к солям – солестойкие (полностью или ограничено) и несолестойкие.
Чаще всего добавки классифицируются по назначению. Такая классификация позволяет легко подобрать нужный реагент под конкретную задачу.
Виды добавок в буровой раствор
По своему функциональному назначению вся химия для буровых скважин делится на несколько групп: утяжелители, коагулянты, структурообразователи, ингибиторы глин, регуляторы жесткости, водоотдачи, вязкости и т. д. В качестве добавок используются растворы солей, суспензии, эмульсии, полимеры и другие составы.
Утяжелители
Чаще всего с этой целью применяется барит (сульфат бария). Его можно использовать в буровых составах на водной и органической (нефтяной) основе. Барит отличается высокой удельной массой (4,3–4,6 г/см³) и химической инертностью. К его дополнительным плюсам относится низкая твердость (низкие абразивные свойства) и способность поглощать рентгеновские лучи. В буровых растворах на водной основе в качестве утяжеляющего агента с меньшей массой применяются также хлористый натрий (поваренная соль) и карбонат кальция (известняк).
Регуляторы вязкости
Для регулировки реологических свойств бурового раствора чаще всего используется бентонит. Это природная глина, в которой содержится не менее 70 % алюмосиликатов (монтмориллонита). Бентонит не только регулирует вязкость раствора, но и понижает его водоотдачу. Благодаря его внесению буровая жидкость образует на поверхности ствола малопроницаемую фильтрационную корку. Тем самым сохраняется устойчивость скважины при ее бурении в слабосцементированных горных породах. Бентонит используется также как структурообразующее вещество.
Структурообразователи
Предназначаются для улучшения реологических характеристик и регулирования водоотдачи буровых растворов. Чаще всего это полимеры. К наиболее востребованным структурообразователям относятся:
- полианионная целлюлоза (ПАЦ). Хорошо понижает водоотдачу буровых жидкостей на водной основе. Полианионная целлюлоза высокой вязкости (PAC-HV) эффективна для высокоминерализованных растворов, улучшает их выносную способность. Полимер низкой вязкости (PAC-LV) одновременно уменьшает и регулирует скорость фильтрации, стабилизирует реологические характеристики, ингибирует набухание глинистых пород;
- ксантановая камедь. Это органическое вещество, полисахарид с очень высокой молекулярной массой. Даже при небольшой концентрации такой полимер способен существенно повысить вязкость бурового раствора и обеспечить требуемые удерживающие и выносящие характеристики. Применение такого реагента обеспечивает минимальное сопротивление при высоких нагрузках сдвига и превращение в упругий гель при низких скоростях (свойство «обратной вязкости»). Может использоваться для всех типов буровых растворов на водной основе, в том числе соленасыщенных и высокоминерализованных;
- карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ). Применяется как структурообразователь и понизитель фильтрации. Для добавки используется КМЦ низкой (CMC LV) и высокой (CVC HV) вязкости. Первая уменьшает фильтрацию бурового раствора, практически не повышая его вязкость. Вторая применяется там, где по технологическим причинам необходимо сохранять высокие реологические характеристики.
Стабилизаторы
Обеспечивают устойчивость бурового раствора к воздействию агрессивных флюидов, возникающих в процессе разработки скважины. Основное назначение таких добавок – сохранение исходного уровня рН. В качестве стабилизаторов применяются органические (полимеры) и неорганические соединения:
- модифицированный крахмал. Вырабатывается из природных соединений с применением химических модификаторов. Является универсальной добавкой, полимером, который совместим со всеми видами буровых растворов, в том числе минерализованными;
- каустическая сода. Очень сильная щелочь. Применяется для контроля и регулировки рН буровых растворов на воде;
- кальцинированная сода. Используется для понижения концентрации солей жесткости. Связывает ионы магния и кальция;
- двууглекислый натрий. Применяется при загрязнении раствора цементом, связывает образующиеся при этом ионы кальция.
Ингибиторы набухания глин
Предназначаются для защиты бурового состава от наработки глины. В качестве такой добавки чаще всего применяется полиакриламид (ПАА) – органическое соединение, полимер акриламида. ПАА абсорбируется на поверхности стенок, усиливает флокуляцию бурового шлама, который затем выносится на поверхность и сепарируется на специальном оборудовании. При низкой концентрации полимер работает как понизитель фильтрации, при высокой – как флокулянт.
Поверхностно-активные вещества (ПАВ). Применяются для снижения поверхностного натяжения на границе жидкости и газа. Основное назначение таких соединений – регулирование фильтрационных и вязкостных характеристик буровых растворов. ПАВ делятся на три группы:
- неионогенные. Хорошо растворяются в пресной и пластовой воде. С ростом температуры их растворимость снижается. Композиция таких веществ исключает образование сальников в сложной почве и используется как противосальниковая добавка;
- ионогенные. Полностью растворяются в пресной и пластовой воде. Замедляют действие коррозии и соляной кислоты;
- смазочные. Смазывающая добавка для буровых растворов предназначена для уменьшения трения при работе инструментов. В качестве стандартных компонентов применяют нефть и графит в различной концентрации.
Пеногасители
Буровой раствор, в который добавлены ПАВ, подвержен образованию пены, а естественное удаление газа сильно затруднено. Использование механических дегазаторов малоэффективно: при выходе из них в жидкости снова образуется пена. Для устранения пены и предотвращения ее повторного образования необходима добавка специальных пеногасителей. Наиболее эффективными добавками являются 10 % суспензия полимера (полиэтилена) и резины в растворе хлористого кальция, а также ряд реагентов на основе высокомолекулярных спиртов.
Заключение
Подбор добавок в буровой состав для конкретной скважины должен осуществляться индивидуально, с учетом множества факторов: от геологических особенностей участка до того, какими веществами лучше смазывать используемое оборудование. Следует учесть и то, что не все добавки совместимы друг с другом. Поэтому все работы по подготовке и подбору бурового состава должны проводить только профессионалы.
