Буровые промывочные жидкости Лекция 1 к.х.н., доцент кафедры БС ИПР ТПУ Минаев

Константин Мадестович

(6 лекций)
Лабораторные занятия – 20 (10 занятий)

тампонажные растворы. – М.: Недра,1999. – 424 с.
Грей Дж. Р.,

Дарли Г. Состав и свойства буровых агентов (промывочных жидкостей) / Дж. Р. Грей, Г. Дарли. – М.: Недра, 1985. – 509 с.
Рязанов Я.А. Энциклопедия по буровым растворам. – Оренбург: Изд-во «Летопись», 2005. – 664 с.

длины и малого диаметра, сооружаемой без доступа человека к забою.
Первая

промывочная жидкость – вода. (Фловиль, Франция 1848)

необходимый, как и разрушение породы забоя.
Сущность промывки заключается в циркуляции

промывочного агента в скважине для очистки забоя от продуктов разрушения породы и охлаждения породоразрушающего инструмента. Эти две функции выполняются любым из существующих промывочных агентов.
Применяемая при бурении на нефть и газ прямая циркуляция заключается в принудительной подаче жидкого и газообразного агента с поверхности по колонне бурильных труб к забою и от забоя по кольцевому каналу между бурильными трубами и стенками скважины (обсадной колонны) к поверхности.
При использовании промывочной жидкости используется замкнутая циркуляция.
В процессе циркуляции возможны потери очистного агента за счет ухода в поглощающие пласты.
Потеря циркуляции может быть:
Частичной
Полной
Катастрофической

Функции:
- Бурение скважины невозможно

бурильных труб.









Невыполнение функции:
Уменьшение срока службы
породоразрушающего инструмента

в ствол скважины, не предусмотренное технологией работ при ее строительстве,

освоении и ремонте

ФУНКЦИИ БУРОВОГО РАСТВОРА

Давление столба жидкости рассчитывается
как Р =ρgh (Па)
– ρ= плотность БР (кг/м3)
– g = ускорение силы тяжести (м/с2)
– h = вертикальная высота столба жидкости (м)

функции:
- Бурение невозможно


По мере циркуляции БР вниз по БТ,

через долото, и затем вверх по затрубному пространству, происходит потеря мощностиБР на трение
Потери давления на трение зависят от геометрии скважины, свойств БР и скорости потока

от выбуренного шлама
ФУНКЦИИ БУРОВОГО РАСТВОРА
Невыполнение функции:
Выход из строя насосов
Уменьшение

скорости бурения
Прихват бурового инструмента

раствора и водопритоков.

Предотвращение газо-, нефте-, водо проявлений.
Требования к буровым растворам
Невыполнение

требований:
Осыпи, обвалы, аварии
Уменьшение скорости бурения
Изменение технологических параметров бурового раствора

Эффект Ребиндера.
Невыполнение требования:
Снижение скорости бурения
5. Сохранение проницаемости продуктивных горизонтов.
Минимизация

кольматации коллекторов
Предупреждение создания эмульсионных пробок в коллекторах
Изменение фазовой проницаемости коллекторов
Предупреждение набухания и гидратации глин, находящихся в продуктивных пластах

Невыполнение требования:
Снижение дебита скважины

Требования к буровым растворам

коэффициента трения.

Сохранение заданных технологических характеристик бурового раствора.

Обеспечение геофизической информации о

разрезе

Требования к буровым растворам

и нормативных документов

Минимальная токсичность бурового раствора (4 или 3 класс

опасности)

Биоразлагаемость компонентов

Возможность утилизации бурового раствора

11. Экономическая эффективность.
обеспечивать максимально возможное снижение стоимости 1 м бурения или себестоимости 1 т (1 м3) нефти (газа).

Требования к буровым растворам

на углеводородной основе, газообразные);
По виду дисперсионной фазы (твердая фаза,

жидкая фаза и т.д.);
По составу дисперсионной фазы или солей (глинистые, гипсовые, хлоркалиевые и т.д.);
В зависимости от обработки (обработанные, необработанные);
По назначению (для вскрытия, для эксплуатационной колонны и т.д.);
По способу приготовления (естественные, искусственно приготовляемые);
По условиям применения (воздействию температур и солевой агрессии и т.д.)

нескольких фаз.

Фазой называется часть системы, отделенная от других

частей реальной поверхностью раздела.

Системы, состоящие из одной фазы, называются гомогенными (однородными).

Гомогенные системы являются молекулярно-ионно-дисперсными системами, так как вещества в них находятся в виде или диспергированы (раздроблены) до размеров отдельных молекул, ионов (а < 10-7см).

Тема: Классификация Буровых растворов

щелочей и кислот).

Всякий раствор состоит из растворенных

веществ и растворителя, т.е. среды, в которой эти вещества равномерно распределены в виде молекул или ионов.
Обычно растворителем считают тот компонент, который в чистом виде существует в таком же агрегатном состоянии, что и полученный раствор. Если оба компонента до растворения находились в одинаковом агрегатном состоянии, то растворителем считается тот компонент, которого больше.

Растворы с низким содержанием растворенного вещества называются разбавленными, а с высоким – концентрированными.

Тема: Классификация Буровых растворов

(неполярные), когда растворителем
являются органические и неорганические вещества.

В бурении

примером гомогенных систем (до попадания в них
шлама) могут служить:

техническая вода;
полимерные растворы;
водные растворы электролитов (солей);
водные растворы ПАВ;
газообразные агенты.

Тема: Классификация Буровых растворов

гетерогенными (неоднородными).

Гетерогенные системы включают в себя совокупность мелких

частиц, называемую дисперсной фазой (ДФ), и окружающее их вещество, называемое дисперсионной средой (ДС).

Отсюда, обязательным условием получения гетерогенных систем является взаимная нерастворимость диспергированного вещества (дисперсной фазы) и дисперсионной среды.

По характеру (природе) дисперсионной среды гетерогенные системы могут быть водными (полярными) и углеводородными (неполярными).

размерам частиц дисперсной фазы

D = 1/a, см-1,

где а – характерный размер частиц дисперсной фазы, см:
диаметр (для сферических и волокнистых частиц);
длина ребра (для частиц кубической формы);
толщина пленки (для пластинчатых частиц).

Степень дисперсности численно равна числу частиц, которые можно плотно уложить в ряд длиной 1 см.

фазы, под
которой понимают отношение площади всей поверхности частиц дисперсной фазы

S к их массе m

Sуд = S/m, м2/г.

По степени дисперсности гетерогенные системы делятся на
две группы:

высокодисперсные или коллоидные
а  10-5…10-7 см, D  105…107 см-1;

грубодисперсные
а > 10-5 см, D < 105 см-1.

системах очень велика и может составлять десятки, сотни и даже

тысячи м2 на 1 г дисперсной фазы.

Высокая степень дисперсности и сильно развитая межфазная поверхность определяют многие важнейшие свойства гетерогенных систем: их кинетическую (седиментационную) устойчивость, вязкость, фильтрационную способность и др.

При этом перечисленные свойства в значительной степени зависят от концентрации в системе частиц коллоидных размеров вследствие того, что на них будет приходиться основная часть общей межфазной поверхности.

агрегатное состояние дисперсной фазы, которая может быть твердой, жидкой и

газообразной.

Системы с твердой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой называются суспензиями

Твердая дисперсная фаза + жидкая дисперсная среда = суспензия.

- реагентов);
- физическими методами (разбавление, концентрирование, диспергация, утяжеление, введение

наполнителей);
- физико-химическими методами (комбинация перечисленных методов).

для бурения под кондуктор
- Растворы для бурения под техническую колонну
-

Растворы для вскрытия продуктивных коллекторов
Растворы на углеводородной основе
- Нефтяные (нефть, дизельное топливо)
- Синтетические (парафины, масла, эфиры)

которая вступает в реакцию с буровым раствором, называется активной
Та

твердая фаза, которая не вступает в реакцию, называется инертной

что вода вступает в реакцию с глинами
Глинистые породы являются наиболее

часто разбуриваемыми
Ежегодно затраты нефтяных компаний на борьбу с глинами составляют $600млн
Д ля обволакивания частиц глины в БР на водной основе добавляют полимеры
Для торможения процесса разбухания глин, в БР на водной основе добавляют соль
НО: Комплексные БР на водной основе недешевы!

формах:
активное воздействие, основанное на процессах гидратации, диссоциации, ионообмена и химических

превращений;
адсорбционное воздействие;
осмотическое воздействие.

с горными породами:
обвалы (осыпи);
набухание;
пластичное течение (ползучесть);
химическое растворение;
размыв

пород.