11.10.2019
Обустроить чердачное помещение с комфортом несложно, сложнее обеспечить там достаточно света. Если вы хотите обзавестись окном на...


11.10.2019
Blockchain признана одной из прорывных информационных технологий нашего времени. Более 8 лет истории этой сети неразрывно связаны...


11.10.2019
Для любого предприятия, которое использует в работе различные машины, важной составляющей бесперебойной деятельности считается...


10.10.2019
Современный рынок недвижимости в Москве переполнен предложениями. Тут можно свободно купить квартиры различной площади в центре...


10.10.2019
Профлист – универсальный износостойкий материал. Кровельный профнастил используется при создании крыши, стеновой при возведении...


10.10.2019
Теперь совместить отдых с долгосрочной инвестицией стало проще. Воспользовавшись услугами специалистов, можно приобрести не...


Естественные растворы

15.07.2019

Естественными растворами названы промывочные растворы, в которых твердая фаза состоит в основном из выбуренных неглинистых пород. К ним не относятся глинистые растворы, образующиеся при разбуривании глинистых пород, хотя они и получаются «естественным» путем, так как основным признаком естественных растворов является состав их твердой фазы.

Естественные растворы, или промывочные растворы на основе неглинистых пород, впервые были применены в 1939—1940 гг. по инициативе П.А. Ребиндера, Л.А. Шрейнера и К.Ф. Жигача с, Пермской области. Более широко естественные растворы стали применяться, начиная с 1952 г., под руководством С.Н. Ятрова.

В состав естественных растворов входят неглинистые породы — карбонаты, сульфаты, алевролиты, аргиллиты. В зависимости от преобладания тех или иных пород в разрезе бурящихся скважин различают следующие типы естественных растворов:

1) карбонатные естественные растворы;

2) сульфатные и сульфатно-галоидные естественные растворы;

3) аргиллитовые естественные растворы.

К числу карбонатных пород относятся известняки СаСОз и доломиты CaCO3*MgCO3. Эти породы считают практически нерастворимыми, так как при нормальной температуре растворимость известняков составляет 0,1%. Твердость известняков по Л.А. Шрейнеру изменяется от 10 до 200 кгс/мм2, удельный вес от 2,6 до 2,8 гс/см3. Доломиты имеют несколько более высокую твердость (до 300 кгс/мм2) и удельный вес (2,8—2,9 гс/см3).

Сульфатно-галоидные породы обычно представлены ангидритом CaSO4, гипсом CaSO4*2Н2О и галитом NaCl. Растворимость гипса при нормальных температурах и давлении немного превышает 0,2%, но в присутствии значительного количества NaCl может увеличиваться до 0,5—0,6%. Твердость ангидрита достигает 100— 150 кгс/мм2, а удельный вес 2,9—2,98 гс/см3. Гипс обладает значительно меньшей твердостью (25—100 кг/мм2) и удельным весом (2,2—2,4 гс/см3). Хорошей растворимостью и малой твердостью обладает галит. При 20° С в воде растворяется до 26,4% NaCl. Удельный вес галита составляет всего 2,1—2,2 гс/см3.

Аргиллиты, хотя и относятся к числу глинистых пород, но вследствие дегидратации и частичной перекристаллизации лишены гидрофильных свойств, характерных для обычных глин. Аргиллиты при бурении самопроизвольно не диспергируются в воде и не способны образовывать глинистые растворы. Твердость аргиллитов в 2—7,5 раза превышает твердость глин.

Алевролиты представляют собой уплотненные и сцементированные породы, занимающие промежуточное положение между песчанистыми и глинистыми породами. Наличие в составе алевролитов тонкозернистого кварцевого песка обусловливает их высокую абразивность. В естественных растворах может находиться также кварцевый песок, содержащийся в разбуриваемых песчаниках. Кварцевый песок состоит из минералов SiO2, характеризующихся высокой твердостью (400—700 кг/мм2) и абразивностью. Удельный вес кварца составляет 2,6—2,8 гс/см3. Примеси кварцевого песка резко повышают абразивные свойства промывочной жидкости и ухудшают работу бурового оборудования и долот.

Вследствие того, что естественные растворы почти не содержат коллоидных частиц, способных образовывать структуру в промывочной жидкости, они, в отличие от глинистых растворов, не могут образовываться естественным путем при бурении. Для образования естественных растворов в промывочную жидкость добавляют химические реагенты, способные создавать структуру в промывочной жидкости. После создания структуры выбуренные частицы не оседают в желобах, а удерживаются в промывочной жидкости. Неглинистые выбуренные породы не обладают способностью образовывать связнодисперсную систему или эта способность у них развита чрезвычайно слабо. Поэтому вязкость естественных растворов при увеличении концентрации твердых частиц растет медленно до достижения критической концентрации. При дальнейшем увеличении концентрации твердой фазы вязкость резко возрастает вследствие стесненности частиц. Таким образом, естественные растворы более правильно было бы назвать промывочными жидкостями на основе выбуренных неглинистых пород. Однако термин «естественные растворы» уже получил широкое распространение, и поэтому Мы сохраним его, хотя этот термин, так же как и термин «глинистые растворы», не совсем точно характеризует данные системы.

Контроль за качеством естественных растворов осуществляется с помощью обычных приборов, применяемых для измерения параметров глинистых растворов. При контроле за качеством естественных растворов особое внимание уделяют следующим параметрам: суточный отстой, стабильность, удельный вес, вязкость, предельное статическое напряжение сдвига, концентрация твердой фазы.

Непременным предшественником естественных растворов является техническая вода, содержащая во взвешенном состоянии некоторое количество тонкодисперсных частиц выбуренной породы, которая в работе И.Е. Шевалдина получила название естественной водной суспензии (EBC). Основным отличием естественных растворов от воды EBC является возможность в определенных пределах регулировать удельный вес, вязкость, CHC и водоотдачу. Поэтому переход от воды к естественным растворам осуществляется в тех случаях, если:

а) высокое пластовое давление вызывает необходимость использования промывочных жидкостей с более высоким удельным весом;

б) наличие осыпающихся пород вызывает необходимость применения структурированных промывочных жидкостей.

Вместо естественных растворов могут быть использованы и глинистые растворы, параметры которых можно регулировать в значительно более широких пределах. Поэтому выбор одной из этих промывочных жидкостей зависит от их технических преимуществ и стоимости в конкретных условиях.

Естественные растворы приготовляют непосредственно в скважине без остановки бурения после накопления в циркулирующей иоде некоторого количества выбуренной породы. Перевод EBC и естественный раствор осуществляют путем добавления химических реагентов, способных образовывать структуру. В качестве таких реагентов рекомендованы крахмальный реагент, КМЦ, СЦ, УЩР, ЭСЦ, жидкое стекло и др. После введения химических реагентов тонкодисперсные частицы уже не оседают в очистной системе, а продолжают циркулировать с промывочной жидкостью, увеличивая ее удельный вес. По мере накопления тонкодисперсных частиц изменяются и другие параметры (рис. 46). Водоотдача вначале быстро уменьшается, но после достижения концентрации выбуренных частиц 20—25% остается практически постоянной. Вязкость вначале растет медленно, но после того как концентрация частиц достигнет 25—30%, начинает резко увеличиваться. Зависимость удельного веса от концентрации частиц имеет линейный характер.

Таким образом, оптимальная концентрация выбуренных частиц в естественных растворах находится в пределах 20—30%, что определяет верхний предел удельного веса. Практически очень трудно увеличить удельный вес пресных естественных растворов свыше 1,30—1,40 гс/см3. Для достижения высоких значений удельного веса необходимы повышенные расходы химических реагентов или добавки глины. Кроме того, естественные растворы с высоким удельным весом содержат значительное количество твердых абразивных частиц, что отрицательно сказывается на работе долот и бурового оборудования. Исключение составляют меловые растворы, в которых концентрация тонкодисперсного мела может достигать 50% при сохранении низкой вязкости.

С целью экономии химических реагентов для получения растворов с высоким удельным весом применяют комбинированные системы, состоящие из смеси глинистого (бентонитового) раствора и естественного раствора. Так, например, в Волгоградской области в состав естественных растворов входят известняк, глинистые породы и химические реагенты. За 40—50 м до вскрытия верейских глин в промывочной жидкости накапливается достаточное количество тонкодисперсного известняка. В этот момент в известковое молоко добавляют 15—20% УЩР (15:2) и 0,5—1% NaCl или 15—20% УЩР и 5% жидкого стекла (у=1,48 гс/см3). Комбинация этих реагентов и переход верейских и верхнебашкирских глин в составы естественного раствора позволяют повысить удельный вес до 1,28—1,36 гс/см3, снизить водоотдачу до 10—15 см3, повысить вязкость до 20—30 с и предельное статическое напряжение сдвига — до 30—50 мгс/см2. Если требуется приготовить более вязкую промывочную жидкость, то вместо соли и жидкого стекла вместе с УЩР добавляют бентонитовый глинопорошок. Обычно, в составе твердой фазы естественных растворов данного района содержится 10—20% глинистых частиц и 90—80% карбонатных.

В Татарии для образования естественного раствора в циркулирующую водную суспензию частиц выбуренных пород, имеющую удельный вес 1,05 гс/см3, добавляют 3% сухого УЩР, 0,5% КМЦ и несколько процентов глины. При бурении интервала в 150 м в течение 5 суток удельный вес промывочной жидкости повышается до 1,14 гс/см3, вязкость до 22—24 с, а водоотдача снижается до 5—6 см3. В процессе работ оказалось целесообразным применять комбинацию глинистого раствора с естественным. Для получения такой системы приготовляют глинистый раствор удельным весом 1,05—1,07 гс/см3 и обрабатывают его химическими реагентами. При бурении глинистый раствор обогащается частицами выбуренной породы, в результате чего увеличивается его удельный вес, повышается вязкость и снижается водоотдача.

Естественные растворы на основе сульфатно-галоидных пород применяются в качестве промывочных жидкостей при бурении скважин на Шебелинском месторождении. Хемогенная толща на этом месторождении залегает ниже терригенных отложений на глубинах 1100—1750 м и представлена в основном ангидритом и галитом. Мощность хемогенных отложений составляет 350—600 м, из них 50—100 м и приходится на каменную соль. Использование глинистых растворов при разбуривании хемогенных отложений осложняется агрессивным влиянием разбуриваемых солей на параметры глинистых растворов. Вследствие высокой чувствительности глинистых растворов к коагулирующему действию NaCl и CaSО4 регулирование параметров глинистых растворов чрезвычайно затруднено.

Техническая вода с небольшим содержанием выбуренных частиц также не может быть использована для разбуривания хемогенных отложений и нижезалегающих продуктивных пластов, вследствие того что продуктивные пласты имеют высокое пластовое давление. С целью преодоления указанных трудностей были предложены естественные растворы из выбуренных сульфатно-галоидных пород, малочувствительные к действию солей и в то же время обладающие необходимым удельным весом, низкой водоотдачей, малой вязкостью и небольшим СНС.

Естественные растворы на основе сульфатно-галоидных пород приготовляют следующим образом. После спуска промежуточной колонны для перекрытия терригенных отложений приступают к бурению в хемогенных отложениях с промывкой водой, в которой постепенно повышается концентрация тонкодисперсных частиц, выбуренных пород, состоящих в основном из сульфата кальция. При разбуривании верхнего горизонта каменной соли происходит растворение NaCl, в результате чего удельный вес промывочной жидкости повышается до 1,10—1,14 гс/см3. При введении 32,5% крахмального реагента 6%-ной концентрации (примерно 2% в расчете на сухой крахмал) и 3,5% ССБ водоотдача снижается до 9 см3. В дальнейшем по мере накопления частиц выбуренной породы происходит повышение удельного веса промывочной жидкости, вязкости и СНС. При промышленных испытаниях естественных промывочных растворов в скв. 76 Шебелинского газового месторождения водоотдача находилась в пределах 9—21 см3, вязкость 18—26 с, CHC 0—48 мгс/см2. Удельный вес постепенно повышался за счет выбуренных пород и растворения соли с 1,14 гс/см3 перед введением химических реагентов на глубине 1967 м до 1,32 гс/см3 к моменту достижения глубины 2124 м. Расход реагентов на 1 м обрабатываемого интервала составил: 34,4 кг крахмала, 25,7 л ССБ и 1,9 л газойлевого контакта.

Промышленные испытания показали преимущество естественных растворов на основе сульфатно-галоидных пород перед глинистыми растворами в данных условиях. В результате промышленных испытаний было установлено, что при использовании естественных растворов вместо глинистых значительно повышается скорость бурения и проходка на долото. Улучшение показателей бурения при использовании естественных растворов объясняется способностью этих промывочных жидкостей сохранять подвижность, малую вязкость и сравнительно небольшое предельное статическое напряжение сдвига при достаточном удельном весе и хороших фильтрационных свойствах. В результате улучшаются условия работы долота на забое и очистка забоя от выбуренной породы.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна