Буровий розчин

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Бурильник додає в розчин піноутворювач
Буровий розчин у жолобі. Поверхневий комплекс бурової.

Бурови́й ро́зчин (рос. буровой раствор; англ. drilling fluid, drilling mud; нім. Spülung, Bohrschlamm, Spülflüssigkeit) — складна багатокомпонентна дисперсна система суспензійних, емульсійних і аерованих рідин, які застосовуються для промивання свердловин у процесі буріння.

Використання бурових розчинів для буріння свердловин запропоновано вперше у 1833 році французьким інженером Фловілем, який, спостерігаючи операцію канатного буріння, під час якої апарат буріння натрапив на воду, помітив, що фонтануюча вода дуже ефективно видаляє буровий шлам із свердловини. Він задумав апарат, в якому передбачалося закачувати воду під бурову штангу, звідки буровий шлам виштовхувався водою на поверхню між буровою штангою і стовбуром свердловини. Принцип залишився незмінним досі.

Лідерами світового ринку бурових розчинів є компанії M-I SWACO, Halliburton, Baker Hughes.

Схема колонкового буріння з прямою промивкою: 1 — коронка; 2 — кернорвач; 3 — стовпчик керну; 4 — колонкова труба; 5 — перехідник; 6 — муфта; 7 — бурова труба; стрілками показано рух бурового розчину

Призначення[ред.ред. код]

Під час циркуляції у свердловині буровий розчин:

  • очищає вибій від вибуреної породи;
  • транспортує вибурену породу із свердловини і утримує її в завислому стані після припинення циркуляції;
  • активізує процес руйнування гірської породи долотом;
  • попереджає осипи, обвали та інше;
  • забезпечує якісне розкриття продуктивних пластів;
  • виявляє змащувальну і антикорозійну дію на буровий інструмент;
  • охолоджує буровий інструмент;
  • обертає вибійні двигуни;
  • запобігає можливості виникнення ускладнень на бурових (сальнико- і каверноутворення, диференціального прихвата, поглинань і нафтогазопроявів);
  • дозволяє відстежувати появу порожнин у масиві порід, зон підвищеної тріщинуватості тощо шляхом вимірювання витрат розчину під час буріння.

Приготування бурового розчину[ред.ред. код]

Буровий розчин готують централізовано на глинозаводі або безпосередньо на буровій установці. Централізоване забезпечення доцільно при довгому розбурюванні великих родовищ і близькому розташуванні бурових, коли для розбурювання свердловин потрібні розчини з однаковими або близькими параметрами. У цьому випадку більш повно і економічно використовуються вихідні матеріали, потрібні менші енергетичні витрати в порівнянні з приготуванням розчину на бурових, нижче собівартість розчину, персонал бурової звільняється від важкої і трудомісткої роботи.

Але на території України більш розповсюдженіший спосіб приготування розчину безпосередньо на буровій. Це пов’язано з їх віддаленістю одна від одної та можливих потреб у використанні розчину з різними фізико-хімічними параметрами. Для цього бурові установки обладнують блоками приготування бурового розчину.

Склад бурових розчинів[ред.ред. код]

В практиці буріння застосовують бурові розчини на водній (технічна вода, розчини солей і гідрогелі, полімерні, полімер-глинисті і глинисті розчини) і вуглеводневій (вапняно-бітумний розчин, інвертна емульсія) основах.

При бурінні в хемогенних відкладах застосовують соленасичені глинисті розчини, гідрогелі, у випадках можливих осипань і обвалів стінок свердловини — інгібіторні розчини, при впливі високих температур — термостійкі (термосолестійкі) глинисті розчини і розчини на вуглеводневій основі, які є ефективними також при розкритті продуктивних пластів і при розбурюванні теригенних і хемогенних нестійких порід.

При бурінні в умовах, що характеризуються аномально високими тисками, застосовують обважнені бурові розчини, в неускладнених умовах — технічну воду, полімерні безглинисті і полімерглинисті розчини з низьким вмістом твердої фази.

Властивості та їх регулювання[ред.ред. код]

Лабораторні дослідження бурових розчинів

Ефективність застосування бурових розчинів залежить від їх властивостей, до яких належать густина, в'язкість, водовіддача, статична напруга зсуву, структурна однорідність, вміст газів, піску; тиксотропія, вміст йонів Na, K, Mg.

Водовіддача бурового розчину характеризується об'ємом фільтрату (від 2 до 10 см3), який відділився від розчину через стандартну фільтрувальну поверхню при перепаді тиску ~100 кПа протягом 30 хв. Товщина осаду на фільтрі (фільтраційна кірка), яка утворюється під час визначення водовіддачі, змінюється в межах 1—5 мм.

Вміст твердої фази в буровому розчині характеризує концентрацію глини (3—15 %) і обважнювача (20—60 %). Для забезпечення ефективності буріння (залежно від конкретних геолого-технічних умов) властивості бурового розчину регулюють зміною співвідношення вмісту дисперсної фази і дисперсійного середовища та введенням в них спеціальних матеріалів і хімічних реагентів. Для попередження водонафтогазопроявів при аномально високих пластових тисках збільшують густину бурового розчину шляхом введення спеціальних обважнювачів (наприклад, крейдою до 1500 кг/м3, баритом і гематитом до 2500 кг/м3 і більше) або зменшують її до 1000 кг/м3 за рахунок аерації бурового розчину чи додавання до нього піноутворювачів (сульфанолу, лігносульфонату). Вміст твердої фази бурового розчину регулюється триступінчастою системою очищення на вібраційних ситах, пісковідділювачах (циклонах) і муловідділювачах (осадових центрифугах); газоподібні агенти відділяють у дегазаторах. Крім того, для регулювання вмісту твердої фази в розчин вводять селективні флокулянти.

Особливий клас реагентів застосовують при регулюванні властивостей розчинів на вуглеводневій основі. До них належать емульгатори (мила жирних кислот, емультал та інші), гідрофобізатори (сульфонол, четвертинні аміни, кремнійорганічні сполуки), знижувачі фільтрації (органогумати).

Готують бурові розчини безпосередньо перед бурінням і в його процесі при допомозі гідрозмішувачів та диспергаторів.

Буровий розчин

Технологічне обладнання для промивання свердловин[ред.ред. код]

Включає:

  • Систему приготування бурового розчину
  • Систему очищення бурового розчину
  • Систему циркуляції бурового розчину

Порядок та вимоги до приготування бурового розчину[ред.ред. код]

Для приготування бурових розчинів використовуються тонкодисперсні, пластичні глини з мінімальним вмістом піску, здатні утворювати з водою в'язку, довго не осідаючу суспензію. Найкращі властивості мають істотно лужні (натрові) різновиди монтморилонітових (бентонітових глин), глинопорошки з яких застосовуються головним чином під час буріння нафтових і газових свердловин і для приготування глинистих розчинів із низькою щільністю.

Хороші солестійкі властивості мають палигорськітові глини, які застосовуються під час буріння соленосних порід. Високодисперсні бейделітові, каолінітові і гідрослюдисті глини характеризуються задовільними властивостями.

Шкідливими домішками у глинах, що погіршують стабільність глинистих розчинів, є гіпс, розчинні солі, вапняк.

Відповідно до технічних умов (ТУ У 39-688-81[1]) основним показником якості глинистої сировини і глинопорошків, призначених для приготування бурових розчинів, є вихід розчину — кількість кубометрів розчину (суспензії) заданої в'язкості, одержуваного з 1 т глинистої сировини. Крім того, регламентуються щільність розчину і вміст піску.

Схема обігу бурового розчину

Обіг (циркуляція) бурового розчину в свердловині та його очищення[ред.ред. код]

Обробка бурового розчину на ситі.
Вібраційне сито. Виставка "Нафта і газ України". 2015 р.
Обробка бурового розчину в циклонах.
Дегазатор бурового розчину.
Обробка бурового розчину в осаджувальній центрифузі.
Відстійник - шламовий амбар

Більшість бурових розчинів при бурових операціях рециркулюють по наступному циклу:

  1. Буровий розчин замішується і зберігається в спеціальній «коморі»-відстійнику.
  2. Спеціальний насос забирає його з відстійнику і направляє через бурильну трубу в свердловину.
  3. Буровий розчин по трубі доходить до вибою свердловини, де бурове долото розбиває породу.
  4. Буровий розчин у вибої омиває буровий інструмент, охолоджує і змащує його, захоплює вибурену породу.
  5. Потім буровий розчин повертається на поверхню, виносячи при цьому частинки породи (шлам), які були відокремлені долотом від грудей вибою.
  6. Буровий розчин піднімається по затрубу — простору між стінками свердловини і бурильною трубою. Типовий діаметр бурової труби близько 10 см. У нижній частині глибокої свердловини її діаметр може складати близько 20 см.
  7. На поверхні буровий розчин проходить через лінію повернення — трубу, яка веде до дегазатора (за необхідністю), потім - до вібраційного сита (перша стадія очистки).
  8. Сито складається з низки вібруючих металевих ґрат, які використовуються для відділення розчину від шламу. Розчин протікає через ґрати і повертається у відстійник.
  9. Частинки шламу потрапляють в жолоб для видалення. Перед викидом вони можуть бути очищені, виходячи з екологічних і інших міркувань. Деякі частинки шламу відбираються геологами для досліджень стану усередині свердловини.
  10. Друга стадія очистки - відокремлення більш тонкого шламу в циклонах.
  11. Третя стадія очистки - відокремлення найтоншого шламу в осадових центрифугах.

Різновиди[ред.ред. код]

  • Глинистий розчин — основний різновид бурового розчину.
  • Лігнітовий лужний розчин — буровий розчин, до якого вводять певну кількість лігнітів, які мають лужний характер.
  • Вапняно-бітумний розчин — буровий розчин на нафтовій основі, дисперсійним середовищем якого є дизельне пальне або нафта, а дисперсною фазою — високоокислений бітум, оксид кальцію, барит і невелика кількість води, потрібної для гашення вапна.
  • Обважений буровий розчин — промивна рідина різного складу, яка містить у дисперсній фазі обважнювальні тонкі подрібнені порошки мінералів (барит, гематит і ін.); застосовується при бурінні в умовах високого пластового і бокового тисків.
  • Полегшений буровий розчин — буровий розчин, зменшений у вазі, полегшений, який має меншу густину. Полегшений розчин застосовується для буріння і глушіння свердловин у пластах з низьким пластовим тиском.
  • Полімерний буровий розчин — буровий розчин на водній основі, який містить високомолекулярні полімери лінійної будови; застосовується здебільшого при бурінні міцних порід.
  • Буровий розчин на нафтовій основі — промивна рідина з неводяною (нафтовою) основою, високоокисненим бітумом як колоїдною фазою, з натрієвими або кальцієвими солями як реагентом-стабілізатором і структуроутворювачем, що володіє низькими фільтраційними властивостями і густиною, але підвищеною умовною в'язкістю і забезпечує можливості використання її для розкриття продуктивних пластів без погіршення їх властивостей фільтратом, створення умов для визначення початкової нафтонасиченості за керном, проведення спеціальних геофізичних досліджень і ін., а також при бурінні в складних умовах.
  • Інгібований буровий розчин — буровий розчин, хімічний склад рідкої фази якого дає змогу сповільнювати або запобігати процесам гідратації (набухання), або диспергування глинистих шарів та сланців.
  • Кальцієвий буровий розчин — буровий розчин, до якого вводять певну кількість розчинних кальцієвих сполук.
  • Спеціальні бурові розчини — розчини, які застосовуються при бурінні в ускладнених умовах для боротьби з обвалом і газовиділенням у свердловинах. Готуються з високоякісних бетонітових глин, рідкого скла, солі, вапняного молока.

Інструментарій для дослідження бурового розчину[ред.ред. код]

Цікаві факти[ред.ред. код]

  • При бурінні велику роль відіграє якість глинистого розчину. Приготувати хороший розчин, що відповідає необхідним вимогам, буває деколи досить складно. Для досягнення якісних характеристик бурильники додають в нього спеціальні присадки, вливають нафту, кидають обривки паперів. Американські фахівці, наприклад, встановили, що властивості глинистого розчину значно поліпшуються, якщо додати в нього… паперові грошові знаки. З'ясувалося це випадково. Агентство з охорони довкілля США в цілях захисту повітряного басейну від сажі заборонило спалювати паперові долари, що вийшли з вживання. Спробували старі банкноти різати, перемелювати в спеціальних машинах і додавати отримувану масу в буровий розчин. Результати перевершили всі очікування: «грошовий допінг» надійно захистив промивальну рідину від коагуляції при нагріванні, понизив в'язкість розчину і додав йому ще ряд цінних якостей. Це особливо важливо при бурінні надглибоких свердловин, коли у вибої температура сягає понад 170—200 °С. Вітчизняні буровики для аналогічних цілей використовують відходи целюлозно-паперової промисловості (нітролігнін, суніл, ігетан).[2]
  • Буровий розчин називають "кров свердловини".[3]

Див. також[ред.ред. код]

Література[ред.ред. код]

Посилання[ред.ред. код]