Технологические свойства буровых растворов

Поддержание свойств растворов достигается (I) изменением относительного содержания и состава дисперсной фазы (глина, разбуренная порода, утяжелитель и др.) и дисперсионной среды (вода пресная, минерализованная); (2) обработкой растворов химическими реагентами и специальными добавками.

С ростом содержания глинистой фазы вязкость раствора возрастает, он становится труднопрокачиваемым. При введении воды может возрасти водоотдача. Поэтому регулирование свойств первым методом возможно в ограниченных пределах.

При химической обработке решаются задачи:

• стабилизации раствора как дисперсной системы и регулирования показателей свойств, зависящих от степени стабилизации;
• восстановления и упрочнения структуры раствора, регулирования показателей, характеризующих его тиксотропные свойства.

Химические реагенты условно делят на три группы:

• реагенты-структурообразователи;
• реагенты-стабилизаторы;
• реагенты специального назначения.

Реагенты-стабилизаторы предназначены в основном для снижения фильтрации и вязкости раствора. Это органические соединения, обладающие высокой гидрофильностью и растворимостью в воде; органические соединения с меньшей молекулярной массой эффективнее снижают вязкость, а с большей - фильтрацию буровых растворов. Наибольшее распространение получили реагенты-стабилизаторы на основе:

• целлюлозы (КМЦ, ОЭЦ, карбаминол, карбофен);
• лигносульфонатов (ССБ, КССБ, окзил, ФХЛС);
• лигнина (нитролигнин, игетан);
• полифенолов (ПФЛХ);
• акриловых полимеров (гипан, ПАА, К- 4, метас);
• биополимеров (декстран, ХС);
• натриевых и калиевых солей гуминовых кислот (УЩР, ТЩР);
• крахмалов (технический и модифицированный крахмал).

КМЦ представляет собой беловатое волокнистое вещество, медленно растворимое в воде с образованием вязкого коллоидного раствора. Низковязкие КМЦ-300, КМЦ-250 предназначены для снижения фильтрации буровых растворов от пресных до среднеминерализованных при температурах до 130-140°С. Высоковязкие КМЦ-500, КМЦ-600 снижают фильтрацию растворов, содержащих значительное количество солей кальция и магния. Их применяют при температурах соответственно 150-160 и 160-180°С. Оптимальная концентрация КМЦ в растворах - 0,8-1,2% при рН = 8-10. В буровой раствор вводят в виде 4-5%-ного водного раствора.

Сульфит-спиртовая барда (ССБ) - побочный продукт бумажной промьшшенности, предназначен для разжижения глинистых растворов из кальциевых глин и растворов, обработанных известью. ССБ является исходным продуктом для получения конденсированной сульфит-спиртовой барды (КССБ), окзила и феррохромлингосульфоната (ФХЛС). КССБ-1 хорошо снижает фильтрацию при невысоких температурах растворов с содержанием хлористого натрия до 7%. КССБ-2 эффективно уменьшает фильтрацию при температуре до 130°С и минерализацию по хлористому натрию до насыщения. КССБ-3 применяется для обработки растворов при температуре до 200°С.

Выпускают КССБ как в виде порошка, так и в жидком виде. Оптимальная концентрация - 2-5% в пересчете на сухое вещество.

Углещелочной (УЩР) и торфощелочной (ТЩР) реагенты представляют собой порошки или жидкости коричневого цвета. Их получают путем взаимодействия водного раствора каустической соды соответственно с бурым углем или торфом. Эти реагенты предназначены для стабилизации пресных и слабоминерализованных растворов при температуре до 140°С.

Крахмальные реагенты применяют для снижения фильтрации в условиях хлоркальциевой и хлормагниевой агрессии. Оптимальная концентрация 2-3%.

Реагенты-структурообразователи предназначены для регулирования тиксотропных свойств буровых растворов.

Наиболее распространенными являются:

• поваренная соль (для усиления структурно-механических свойств растворов из натриевых глин. Вводят ее около (0,1-0,3%);
• жидкое стекло (для повышения структурно-механических свойств буровых растворов с небольшим содержанием твердой фазы. Концентрация в растворе составляет 0,5-1%. При разбуривании аргиллитов, сыпучих глинистых пород жидкое стекло в больших концентрациях способствует их упрочнению);
• гашеная известь (повышает прочность структуры большинства глинистых растворов, а растворы, содержащие ССБ и ее модификации, разжижаются. Известковая обработка частично предупреждает набухание глин, обвалы пород стенок скважины).

К этой группе относятся:

• реагенты, связывающие ионы кальция (кальцинированная сода, триполифосфат и гексамета-фосфат натрия);
• реагенты, поставляющие в раствор ионы кальция и калия (хлористый калий, гидроокись кальция (гашеная известь), хлористый кальций, гипс). Растворы, содержащие кальций или калий в растворенном виде, способствуют уменьшению обвалов слабосвязанных глинистых пород;
• регуляторы щелочности, которые добавляют в раствор, чтобы он имел определенную щелочность (обычно рН = 9-11). Для снижения щелочности применяют бурый уголь или ССБ;
• реагенты-пеногасители (сивушное масло, синтетические высшие жирные спирты, соапсток, животный технический жир, резиновая или полиэтиленовая крошка) вводят в раствор, когда недопустимо пенообразование;
• реагенты, повышающие термостойкость растворов (хроматы и бихроматы щелочных металлов, жидкое стекло);
• реагенты, нейтрализующие сероводород (медный или железный купорос, хлорное железо, каустическая сода и др.);
• реагенты-флокулянты (полиакриламид ПАА, гидрофобные кремнийорганические жидкости ГКЖ-10, ГКЖ-11) для удаления из раствора излишней твердой фазы;
• реагенты-утяжелители (барит, гематит, магнетит, шлаки медных и свинцовых руд), применяемые для повышения плотности буровых растворов. Утяжелители используются многократно.

Первично использованные утяжелители подают в специальную установку, где под действием центробежных сил происходит отделение утяжелителя из раствора.

Аэрированные растворы применяют для борьбы с поглощениями, увеличения проходки на долото и скорости проходки. Аэрация достигается введением в буровой раствор воздуха.

Особенностями технологических свойств аэрированных буровых растворов являются:

• пониженная плотность (при компрессорном способе аэрации до 100 кг/м³, при химическом - до 700 кг/м3);
• повышенная вязкость, коррозионная активность;
• значительная сжимаемость.

Достоинства аэрированных растворов:

• возможность предотвращения и ликвидации поглощений;
• увеличение показателей работы долота за счет низкого дифференциального давления;
• повышение качества вскрытия продуктивных пластов;
• повышение мощности на турбобуре при компрессорном способе аэрации.

К недостаткам следует отнести введение ингибиторов коррозии для уменьшения коррозии бурильной и обсадной колонн, устьевого оборудования и применение дополнительного оборудования (подпорные насосы, компрессоры высокого давления).

Бурение скважин с продувкой ведется в разрезах, представленных устойчивыми породами, при отсутствии интенсивных притоков пластовых вод. Применяется продувка при роторном способе бурения.