Содержание:
Буровой раствор на глинистой основе являет собой специальную строительную смесь на базе воды и глины. Состав применяется для смазывания и охлаждения бурового оборудования, исключая обрушение стенок скважины. Растворы применяются в различных геологических условиях, особенно если нужно подготавливать сложные по конструкции скважины.
Под буровым раствором подразумевается специальный состав на основе нескольких компонентов, которые не взаимодействуют друг с другом и не смешиваются. Их начали использовать более двух столетий назад. Технологии модернизировались и становились лучше, но принцип использования смесей не поменялся.
В качестве основного ингредиента для производства буровых смесей используется бетонит. Это органический минерал (глинопорошок), который при контакте с водой может разбухать вплоть до 15 раз. Это приводит к появлению плотной и скользкой гелевой массы. Для улучшения ее исходных свойств применяются полимерные частицы.
Вымывающие и обволакивающие способности определяются пропорциями кальция или натрия в исходном сырье. Первый отличается незначительным уровнем набухания, в связи с чем при горизонтально-направленном бурении используется смесь с превалированием натрия.
Для производства глинистых растворов используются глиномешалки, а в качестве исходного сырья – иллитовые, бентонитовые и другие глины. В случае бурения глинистой породы раствор появляется путем самозамеса.
Принцип формирования раствора предусматривает гидратацию (смачивание глины), диспергацию и пептизацию (набухание с последующим распадением на мелкие частицы).
Для чего нужен глинистый буровой раствор
Во время вращательного бурения газовых и нефтяных скважин требуется их обязательная промывка. Для этих задач используются разные промывочные жидкости, которые нужны для конкретных условий бурения и индивидуальных требований проекта.
В список функций бурового раствора входит более эффективное вскрытие скважин в ходе удержания стенок в нужном состоянии и предотвращения обвалов стенок, в том числе при бурении скважин в горной местности с твердыми породами. Глинистый раствор формирует специальную защитную пленку на стенках будущего сооружения, исключая попадание фильтрата в пласты. За счет вязкости и плотности состав удерживает разбуренный шлам даже в состоянии покоя. Тяжелые глинистые растворы формируют противодавление на пласт, исключая попадание нефти, газа и пластовых вод в скважину, а также риск фонтанирования в процессе бурения.
Благодаря своим эксплуатационным свойствам раствор обеспечивает стабильность бурения и более качественную работу оборудования. В процессе насыщения водой глина становится мягкой и разбухает, что приводит к деформации ствола скважины. Это может спровоцировать обрыв или затяжку бурового оборудования и привести к существенным финансовым расходам для ликвидации осложнений. С целью гидрофобизации стенок в раствор включают полимеры для бурения в глине. В России есть большой опыт в использовании безглинистых и малоглинистых смесей. Также существуют полимерные компоненты для буровых растворов на основе глины.
Доступные глинистые растворы разделены на 6 классов в зависимости от тяжести осложнений, которые появляются во время бурения, начиная эластичными неустойчивыми и заканчивая твердыми устойчивыми. С учетом категории определяется метод бурения и подбирается подходящий раствор. В процессе производства состава используется высококачественное исходное сырье, как правило, бентонитовый глинопорошок.
Бентонитовые глины ускоряют приготовление смесей и регулируют их параметры, что является экономически выгодным решением. Растворы на водной основе включают различные реагенты. Их наличие повышает вязкость и улучшает гелеобразование. Глинопорошок (бентонит) может взаимодействовать с различными реагентами. Если провести сравнение каолиновой и бентонитовой глины, то первая тяжело распускается в воде, а готовая смесь не отличается особой устойчивостью. Из-за этого в нефтегазовой промышленности используется бентонит – глина, отвечающая всем параметрам. Глинопорошки для буровых смесей производятся из бентонита. Значительные залежи таких глин находятся в США, Канаде, России и Великобритании. Также они встречаются в Греции.
Основные виды глинистых буровых растворов
В современной промышленности используется несколько вариантов глинистых растворов для бурения. Они различаются составом и целевым назначением. У каждого вида есть свои особенности, достоинства и преимущества, влияющие на эффективность проводимых буровых мероприятий.
На основе воды. В качестве основы для изготовления таких смесей используется вода, разбавленная дополнительными компонентами, включая полимеры, химические реагенты и глину. Такой глинистый буровой раствор востребован для бурильных работ в местности с мягкими породами, обеспечивая лучшее охлаждение бурового оборудования. Они имеют доступную стоимость и легкость в производстве, но не рассчитаны на применение в сложной геологической среде.
На основе нефтепродуктов. В этой категории находятся растворы на базе синтетического или минерального масла, включающие эмульгаторы, глины и прочие химические компоненты. Смеси имеют лучшую термостойкость и повышенные смазочные качества, поэтому подходят для обустройства наклонно-направленных и глубоких скважин. Но для их подготовки требуются значительные вложения. Также есть ряд экологических рисков.
Синтетические растворы. Для производства этих буровых растворов используются синтетические масла. Составы рассчитаны на применение в агрессивной среде, поскольку не боятся высокотемпературного воздействия и химически активных веществ, что немаловажно в сложных условиях. Синтетика оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, если провести сравнение с нефтяными вариантами, но тоже требует значительных затрат.
Пневматические растворы. Подаются в виде газа или воздуха и предназначаются для особых условий эксплуатации, где нужно свести к минимуму взаимодействие с влажной средой. С помощью пневматического раствора можно уменьшить гидростатическое давление, что является важным моментом для бурения в участках с невысоким давлением пластов. Подходящая разновидность бурового раствора подбирается на основе поставленных задач и условий размещения скважины. В итоге это дает высокую эффективность и безопасность проведения бурильных операций.
Где используются буровые растворы
Существует несколько основных сфер применения глинистых буровых растворов:
- смазывание при затяжке трубопроводов. Гелиевая масса создает обволакивающий слой, который исключает попадание грунтовых вод сквозь стенки, а еще минимизирует трение механизмов и скольжение штанги бура;
- упрочнение стенок скважины в местах с неустойчивыми породами. В таком случае раствор выполняет функции герметика;
- охлаждение оборудования и очистка инструментов от примесей.
За счет повышенных несущих способностей происходит изоляция «тела» от оседания шламов. Также облегчается вовлечение трубы в сформированный канал.
Буровые растворы широко применяются в процессе бурения скважин для добычи нефти, газа, воды, а также в геологоразведке. Они выполняют множество функций, обеспечивая эффективность и безопасность бурового процесса.
Из других сфер применения:
- охлаждение и смазка долота. Раствор уменьшает трение и предотвращает перегрев бурового инструмента, увеличивая срок его службы;
- удаление выбуренной породы. С помощью раствора выносятся обломки горной породы из скважины на поверхность;
- контроль пластового давления. Использование бурового раствора помогает избежать выбросов или фонтанирования, поддерживая стабильность в зоне бурения;
- герметизация стенок скважины. Частицы могут образовывать фильтрационную корку, уменьшая потери раствора в пористых породах;
- оптимизация бурового процесса. Выбор подходящего раствора позволяет адаптироваться к различным геологическим условиям, минимизируя затраты и время бурения.
Буровые растворы классифицируются по своему составу (водные, нефтяные, полимерные, аэрированные) и подбираются в зависимости от конкретных условий бурения, включая тип породы, глубину и наличие агрессивных сред.
