Буровой раствор (БР) – неотъемлемая часть процесса бурения скважин. Он играет важную роль в поддержании стабильности стенок скважины, удалении отходов, снижении трения, контроле давления, других аспектах процедуры. Состав, а также свойства БР могут меняться в зависимости от конкретных условий бурения, требований технологического процесса. Рассмотрим основные характеристики, типы, производство буровых растворов, а также области их применения.
Что такое буровой раствор?
Прежде всего, дадим определение буровому раствору. Это специальная жидкость, которая используется при бурении скважин. Она вливается в скважину с помощью специального оборудования и выполняет ряд функций.
Во-первых, помогает охлаждать и смазывать детали буровой установки, уменьшая трение и износ оборудования. Во-вторых, помогает при подъеме высверленного материала из скважины, уносит обрывки породы, защищает стенки скважины от обрушений. Еще в БР содержатся разные добавки – химические реагенты. Они способствуют разрушению горных пород, а также минимизации риска попадания газов или нефти в скважину.
Как правило, используются растворы на основе воды и углеводородных частиц (раствор битума и известняка, эмульсии инвертного типа). Однако могут использоваться другие компоненты, в зависимости от условий бурения, характеристик скважины.
Свойства бурового раствора
Свойства продукта зависят от конкретных условий бурения, требований технологического процесса. Рассмотрим некоторые свойства, которые характеризуют состав:
- Плотность. Это один из основных параметров, который определяется при подготовке БР. Плотность зависит от типа реагентов, их концентрации, температуры. Этот показатель варьируется в пределах 1000-2500 кг на кубометр.
- Вязкость. Вязкость — это мера сопротивления БР деформации при движении. Она может меняться от очень низкой до очень высокой в зависимости от состава, а также температуры.
- Кислотность/щелочность (водородный показатель pH). БР бывает кислотным или щелочным в зависимости от состава реагентов. Кислотный используется для растворения карбонатных пород, разрушения отложений, а щелочной – для разрушения глинистых пород.
- Растворимость. Растворимость зависит от состава реагентов, температуры. Некоторые реагенты могут легко растворяться в воде, в то время как другие – крайне плохо.
- Коррозионная активность. БР свойственна коррозионная активность, что может повредить оборудование, а также трубы. Для ее уменьшения используются специальные ингибиторы.
Контроль свойств продукта – важный аспект процесса бурения. Контроль плотности, вязкости, pH, растворимости и других свойств помогает обеспечить безопасность бурения, достижение требуемых результатов. Также при выборе подходящего продукта оценивается его:
- Эффективность. Эффективность зависит от состава, свойств. БР должен быть достаточно эффективным для растворения отложений, безопасности бурения. При этом надо учитывать экономические и экологические факторы.
- Совместимость с другими растворами. Иногда БР смешивается с другими растворами, используемыми при бурении. Важно убедиться в их совместимости, чтобы избежать возможных реакций, которые приводят к проблемам при проведении работ.
- Устойчивость к загрязнениям. БР может быть загрязнен разными веществами, такими как глина, песок, нефть, т.д. Эти загрязнения снижают его эффективность, повышают риск повреждения оборудования. Поэтому нужно учитывать устойчивость БР к загрязнениям, принимать меры для их устранения.
- Безопасность. БР может быть опасен для здоровья, окружающей среды. Поэтому при производстве, хранении, а также использовании продукта необходимо соблюдать меры предосторожности, стандарты безопасности.
Состав бурового раствора
Состав БР может меняться в зависимости от типа грунта, глубины скважины, условий бурения, требований к качеству скважины. Однако общими компонентами БР являются:
- вода – основной компонент;
- глины;
- соли;
- полимеры;
- реагенты для обработки грунта;
- ингибиторы коррозии.
Кроме того, в состав продукта могут входить дополнительные реагенты, которые используются в БР. Это:
- каустическая сода;
- сульфат меди;
- гидроксид натрия;
- гидроксид кальция;
- полимеры на основе акриламида;
- хлорид калия;
- полифосфаты;
- карбоксиметилцеллюлозы.
Есть и другие реагенты, которые добавляются в буровой раствор, в зависимости от конкретных условий бурения. Например, в случае бурения горных пород используются специальные химические реагенты для разрушения сланцев, облегчения процесса бурения. Также в БР могут добавляться ингибиторы пенообразования (пеногасители), антибактериальные реагенты для защиты от биологических загрязнений.
Значение реагентов в составе раствора
Реагенты в составе БР играют важную роль при бурении, обеспечивают выполнение определенных функций.
Бентонит — глинистый минерал, который добавляется для улучшения свойств БР, таких как вязкость, способность удерживать отложения.
Ca(CO3)2 – кальций карбонат, который используется в качестве щелочной добавки для уменьшения кислотности.
Сода каустическая — щелочное вещество для регулирования pH, уменьшения кислотности.
Desco CF — агент для уменьшения образования пены, снижения вязкости.
Гаммаксан — полисахарид, который используется в качестве гелевого агента для улучшения свойств раствора.
FK-Lube — масло для смазки оборудования, уменьшения трения.
ПЭС-1 — полимер, используемый как регулятор вязкости.
ПАЦ НВ — полимер для улучшения вязкости, способности удерживать отложения.
REATROL — агент для улучшения свойств раствора и уменьшения вязкости.
Сода кальцинированная — щелочное вещество для регулирования pH и уменьшения кислотности.
Сода бикарбонат — щелочное вещество для регулирования pH, уменьшения кислотности.
Известь гашенная — щелочное вещество для регулирования pH, уменьшения кислотности.
Atren-Bio — биополимер для улучшения реологических свойств бурового раствора, таких как вязкость, плотность, т.д. Он позволяет снизить трение между стенками скважины, буровым инструментом, что повышает эффективность работы буровой установки.
IKD — смесь полимеров для повышения вязкости, устранения образования нагара в скважине, уменьшения трения между стенками скважины, буровым инструментом.
КМЦ 600 — карбоксиметилцеллюлоза для улучшения реологических свойств. КМЦ 600 помогает уменьшить фильтрационную потерю жидкости, предотвратить образование нагара в скважине.
NaCl — натриевая соль для увеличения плотности. Также NaCl может использоваться для поддержания оптимального уровня солей в скважине.
Таблица 1. Компоненты для приготовления и регулирования свойств бурового раствора
| Компонент | Функция | Тип материала | Материал |
| Глины | Активная дисперсионная среда |
Глины группы монтмориллонита Глины группы гидрослюды Глины группы каолинита Глины группы палыгорскита |
монтмориллонит, бейделлит, сапонит
гидромусковит, гидробиотит
каолинит, диккит, накрит, галлуазит
|
| Утяжелители |
Изменение плотности БР для предупреждения водонефтегазопроявлений |
Карбонатные Железистые Баритовые |
известняк (CaCO3, плотность 2600…2800 кг/м3 ), доломит (CaCO3, MgCO3 , плотность 2800…2900 кг/м3 ) гематит (Fe2O3 , плотность 4900…5300 кг/м3 ); магнетит (Fe3O4 , плотность 5000…5200 кг/м3 ) сульфат бария (BaSO4 плотность 4200…4500 кг/м3 ) |
| Наполнители | Ликвидация поглощений различной интенсивности |
Волокнистые Зернистые Чешуйчато-пластинчатые |
Древесные опилки, свиная щетина, асбест. торф Скорлупа ореховая, резиновая крошка, щебень, гравий Стружка целлофановая. бумажная, лузга подсолнечная, слюда-чешуйка |
| Химические реагенты | Для получения БР с показателями свойств в соответствии с геолого-технологическими условиями бурения |
Каустическая сода Алюминат натрия |
Едкий натр, гидроокись натрия
Na2Al2O3 |
Виды буровых растворов
В зависимости от состава и применения, выделяют несколько видов БР:
Водные. Это распространенный тип. Он состоит в основном из воды, но также содержит различные добавки, такие как соли, полимеры, кислоты, другие реагенты. В их числе глинистые БР. Они применяются для бурения в глинистых, сланцевых формациях. Бентонит (бентонитовая глина) и полимеры добавляются в водный раствор для улучшения его свойств, таких как вязкость, плотность.
Масляные. Они используются для бурения в нефтяных, газовых скважинах. В отличие от водных растворов, они основаны на масляных компонентах. Обычно содержат базовое масло (или синтетическую жидкость), включающее внешнюю фазу инвертной эмульсии, а также солевой раствор, водный раствор (как правило, раствор, содержащий около 30% кальция хлорида).
Аэрированные буровые растворы. Широко применяются в нефтегазовой промышленности для борьбы с поглощениями и повышения показателей механического бурения, увеличения проходки на долото и скорости проходки. Опыт бурения показывает, что аэрированные буровые растворы могут дать значительные преимущества по сравнению с традиционными буровыми растворами. В частности, они могут повысить производительность бурения и уменьшить износ оборудования, что приводит к повышению технико-экономических показателей и улучшению качества вскрытия продуктивных пластов.
Специализированные. Это БР, содержащие специальные химические реагенты для решения конкретных задач – обработки грунта, предотвращения скопления отложений и др.
Производство буровых растворов
Производство БР является сложным и ответственным процессом, который требует точной настройки оборудования, тщательного контроля качества, соблюдения правил безопасности.
Основные этапы изготовления БР:
- Подготовка воды. Изначально вода проходит через несколько ступеней очистки, чтобы убрать из нее все примеси и загрязнения, которые могут негативно повлиять на качество раствора.
- Добавление реагентов. В зависимости от требуемых свойств БР, в воду добавляются различные реагенты, такие как соли, полимеры, кислоты, другие добавки. У каждого реагента свои свойства, а также он применяется в соответствии с условиями бурения.
- Смешивание. После добавления реагентов масса перемешивается в специальных емкостях, чтобы получить однородную смесь.
- Контроль качества. Важным этапом производства является контроль качества БР. Он осуществляется с помощью различных методов, таких как измерение плотности, вязкости, pH, т.д. Все параметры должны соответствовать требованиям технологического процесса, стандартам качества.
- Хранение. После производства БР хранится в специальных емкостях, транспортируется к месту бурения.
Производство требует строгого соблюдения всех правил безопасности, так как БР опасны для здоровья, окружающей среды. Поэтому работники, занятые в изготовлении продукта, должны пройти обучение, иметь соответствующую квалификацию.
Применение бурового раствора
БР играет важную роль в процессе бурения скважин. Специфика применения:
Поддержание стабильности стенок скважины. Используется для поддержания стабильности стенок скважины. Раствор заполняет пространство между стенками скважины, обеспечивает прочность, устойчивость к обрушению.
Удаление отходов. Применяется для удаления отходов бурения. Раствор вымывает породу, переносит отходы на поверхность, где они могут обрабатываться, утилизироваться.
Снижение трения. Снижает трение между стенками скважины, а также инструментом для бурения. Это уменьшает износ оборудования, увеличивает скорость работ.
Контроль давления. Используется для контроля давления в скважине. Позволяет изменять давление, обеспечивает безопасность проведения процедур.
Защита от коррозии. Применяется для защиты оборудования, труб. Содержит ингибиторы коррозии, которые помогают защитить буровые установки от развития коррозионных процессов.
Разведка месторождений. Помогает проводить сбор образцов породы, других материалов, которые необходимы для оценки качества, состава месторождения.
Выбор бурового раствора
Выбор БР зависит от многих факторов, таких как тип грунта или породы, которые будут буриться, глубина скважины, условия окружающей среды, требования к продуктивности скважины. Должен обеспечивать эффективное и безопасное бурение, отвечать стандартам и нормативам в данной области.
Например, для бурения скважин в скальных породах подходит БР на основе бентонита, который обеспечивает достаточную вязкость, плотность раствора, чтобы удерживать стенки скважины в нужном положении, предотвратить их обвалы. Если требуется бурение скважины в глинистых или песчаных грунтах, то может использоваться полимер-глинистый БР, который обеспечит нужную вязкость, плотность.
Важно учитывать условия окружающей среды. Например, при бурении скважин в районах с высоким содержанием сульфатов или других химически активных веществ, подходит БР с добавками, которые помогут предотвратить коррозию металлических элементов буровой установки. Кроме того, при выборе продукта надо учитывать требования к производительности скважины, бюджет проекта, ограничения на использование определенных химических веществ.
На нашем сайте вы можете купить стеарат натрия, используемый как стабилизатор для буровых растворов.
