Министерство образования и науки Российской Федерации 4 страница

Эффективная вязкость определяется:

где - динамическое напряжение сдвига, дПа;

- пластическая вязкость, мПа·с.

Рассмотрим пример расчета для интервала 0-120 м, все расчетные данные сведем в таблицу 13:

Таблица 6.8 – Значения условной вязкости бурового раствора

Интервал бурения, м	Эффективная вязкость, мПа×с	Условная вязкость, с
0-300	16,33	36,95
300-1650	20,67	34,84
1650-3300		42,7

6.6 Выбор величины показателя фильтрации

Значение показателя фильтрации бурового раствора для конкретных интервалов разреза следует определять на основе сравнения поведения стволов скважин, ранее пробуренных на данной площади. Используя данные, построим график изменения водоотдачи с глубиной (рисунок 4).

Рисунок 4 – График изменения водоотдачи с глубиной

По графику для каждого выделенного интервала выбираем значения показателя фильтрации (таблица 14).

Таблица 6.9 – Значения показателя фильтрации

Интервал бурения, м	Водоотдача, см³/30мин
0-120
120-300
300-890	8-10
890-1650	8-10
1650-2770	8-19
2770-3000
3000-3300	17-10

6.7 Выбор величины водородного показателя

Величина водородного показателя буровых растворов на водной основе выбирается в зависимости от вида раствора, вида химических реагентов, используемых для регулирования его свойств.

Для полимерного малоглинистого раствора на пресной воде величина водородного показателя равна .

7 ВЫБОР СОСТАВА ПРОМЫВОЧНОЙ ЖИДКОСТИ

Буровые растворы представляют собой многокомпонентные дисперсные системы, в которых каждый компонент выполняет определенные функции.

Обязательным компонентом бурового раствора является дисперсионная среда, обеспечивающая подвижность раствора.

Чтобы ограничить потерю дисперсионной среды за счет фильтрации в проницаемые породы, буровой раствор должен иметь в своем составе компонент, образующий малопроницаемую фильтрационную корку. Исключением из этого правила, может быть случай применения воды в качестве промывочной жидкости при неограниченном водоснабжении или при разбуривании непроницаемых пород.

Коркообразующим компонентом в буровых растворах служат частицы твердой фазы, окруженные защитной оболочкой.

Для того чтобы буровой раствор, заполняющий скважину и наземную циркуляционную систему, сохранял седиментационную устойчивость, необходимо иметь в его составе компонент, обеспечивающий тиксотропное структурообразование. Структурообразующим компонентом в буровых растворах служат частицы твердой дисперсной фазы, органические молекулы с большой молекулярной массой.

Дисперсионная среда, твердая корко- и структурообразующая дисперсная фаза составляет основу подавляющего большинства промывочных жидкостей.

Помимо компонентов в состав промывочной жидкости входят реагенты, добавки, придающие раствору необходимые свойства.

7.1 Выбор состава глинистого раствора

Дисперсионной средой глинистого раствора служит вода, которая может иметь разную степень минерализации, а корко- и структурообразующей твердой фазой является глина.

Агрегативная устойчивость глинистой суспензии обеспечивается присутствием в составе глинистого раствора органических защитных коллоидов, разжижителей и понизителей водоотдачи.

Кроме этих реагентов могут присутствовать:

- полимерные загустители;

- капсулирующие полимеры;

- реагенты регуляторы щелочности;

- реагенты, связывающие двухвалентные катионы;

- электролиты ингибиторы гидратации, диспергирования и разупрочнения глинистых пород;

- нейтрализаторы сероводорода;

- реагенты, связывающие избыток бикарбонит- и карбонат- ионов;

- антиоксиданты;

- бактерициды;

- ингибиторы коррозии;

- смазочные добавки;

- эмульгаторы;

- пеногасители;

- утяжелитель;

- наполнители для борьбы с поглощениями;

- углеводородные твердые наполнители для закупоривания микротрещин в неустойчивых породах.

Обоснование выбора состава глинистого раствора:

Нужно выбрать состав глинистого раствора для бурения вертикальной скважины глубиной 3300 метров, которая будет буриться роторным способом.

Геологический разрез интервала представлен равномерным чередованием песчано-глинистых пород. Глинистые породы мягкой и средней твердости, нетрещиноватые, легко диспергируются и переходят в буровой раствор.

Стенки скважины в глинистых породах недостаточно устойчивы, но серьезных осложнений нарушение устойчивости не вызывает, поскольку глинистые породы чередуются с песчаными и не образуют толщ большой мощности.

В интервалах проницаемых песчаных пород есть опасность возникновения прихватов, обусловленных дифференциальным давлением. Эта опасность усугубляется искривлением скважины, обусловленным наклонным залеганием пластов, и возможным желобообразованием.

Ожидаемая максимальная температура горных пород в конце интервала не превысит 70˚С.

Для бурения интервала был выбран глинистый раствор. В соответствии с величинами пластового давления и давления поглощения глинистый раствор должен иметь плотность 1120-1235 кг/м .

Выбор дисперсионной среды глинистого раствора определяется наличием источника пресной воды. Это позволяет предусмотреть применение пресного глинистого раствора. Но поступление в раствор минерализованной пресной воды при бурении и увеличение минерализации раствора сверх 10 кг/м NaCl заставляет рассматривать глинистый раствор как слабоминерализованный.

Таким образом, свежий глинистый раствор, необходимый для пополнения концентрации коллоидальной глины в системе или для повышения объема, будет приготавливаться на пресной воде. Для разбавления раствора с целью его разжижения также будет использована пресная вода.

Выбор активной твердой дисперсной фазы связан с выбуренными породами легко диспергирующимися и переходящими в глинистый раствор. Значительная часть структурообразующей и коркообразующей твердой фазы будет представлена разбуриваемой глиной. Для повышения содержания коллоидальной глины в буровом растворе предусматривается часть глинистого раствора готовить из глинопорошка марки ПББ или ПБМБ. Суспензию из бентонитового глинопорошка следует добавлять в циркулирующий глинистый раствор на протяжении целого числа циклов циркуляции.

Произведем выбор органических защитных коллоидов, понизителей водоотдачи и разжижителей.

Вследствие неизбежного попадания в глинистый раствор пластовых минерализованных вод степень минерализации глинистого раствора по NaCl может достигнуть 35 кг/м . При такой минерализации и забойной температуре до 70˚С для обработки глинистого раствора могут быть использованы многие реагенты – защитные коллоиды. Для понижения водоотдачи и разжижения глинистого раствора принимаем гипан. Разжижающее действие гипана может быть усилено обработкой раствора одним из реагентов-лигносульфанатов: окзилом.

Произведем выбор реагентов и добавок специального назначения.

Значительная часть глинистого раствора, необходимого для бурения, получается за счет диспергирования выбуриваемой породы со смешанным составом поглощенных катионов. Для улучшения гидратации и облегчения диспергирования выбуриваемой глины, раствор следует обрабатывать кальцинированной содой. Этот реагент необходим и для связывания катионов Са , попадающих в буровой раствор с пластовыми водами.

Поскольку при бурении существует опасность возникновения затяжек и прихватов бурильной колонны, в состав глинистого раствора обязательно должны входить смазочные добавки. Для улучшения смазочных свойств в раствор следует вводить нефть, сульфанол и графит.

Таким образом, в состав бурового раствора, применяемого при бурении, будут входить следующие компоненты:

1) Вода пресная;

2) Глина выбуренная и глинопорошок марки ПББ или ПБМБ;

3) УЩР (КМЦ-500) - понизитель водоотдачи и разжижитель;

4) Окзил и КССБ– стабилизаторы раствора;

5) NaOH (каустическая сода) – регулятор щелочности;

6) Na₂CO₃ (кальцинированная сода) – реагент, связывающий катионы Са ;

7) Нефть и графит – смазочные добавки.

8 РАСЧЕТ РАСХОДА БУРОВОГО РАСТВОРА И МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ЕГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ СВОЙСТВ

8.1 Расчет потребности в буровом растворе

Объем бурового раствора, необходимого для бурения интервала, определяется как сумма трех объемов:

где - исходный объем раствора, м³;

- запасной объем раствора, м³;

- объем раствора, расходуемый на бурение интервала, м³.

Исходный объем раствора рассчитывается:

а) для начала бурения:

где - вместимость резервуаров циркуляционной системы, м³.

б) при полной смене раствора:

где - объем скважины при глубине начала рассматриваемого интервала, м³.

Объем скважины вычисляют по формуле:

где -диаметр долота или внутренний диаметр обсадной колонны, м;

-коэффициент увеличения диаметра за счет кавернозности;

-длина участка ствола, соответствующая диаметру , м

Запасной объем раствора определяют, исходя из объема скважины в конце рассматриваемого интервала:

где - коэффициент запаса раствора при бурении рассматриваемого интервала, =1,00.

Объем раствора, необходимый для бурения скважины, определяют:

где - норма расхода бурового раствора для бурения рассматриваемого интервала, м³/м;

Таблица 8,1 - Потребное количество бурового раствора

Интервал бурения, м	Количество метров проходки	Номинальный диаметр скважины, мм	Норма расхода бурового раствора, м³/м

0-300		393,7	0,45
250-1650		295,3	0,26
1650-3300		215,9	0,14

- длина интервала применения данной нормы, м.

Рассчитаем объем бурового раствора по интервально:

1) Найдем исходный объем бурового раствора:

- 6 класс буровой установки

2) Найдем объем раствора, необходимый для бурения скважины и объем раствора для бурения каждого интервала:

0-300 метров:

300-1650 метров:

1650-3300 метров:

Расчеты сведем в таблицу 20:

Таблица 8.2 – Объем потребляемого бурового раствора

Интервал бурения, м	Объем раствора, расходуемый на бурение интервала	Запасной объем раствора	Запасной объем раствора для бурения интервала	Объем раствора, необходимый для бурения интервала
0-300		71,5	71,5	356,5
300-1650		175,6	104,7	812,2
1650-3300		151,3		1043,2

8.2 Расчет потребности в материалах, реагентах и добавках

Расход материалов, реагентов и добавок определяют на основе рецептуры бурового раствора, утвержденного регламентом. Учитывается концентрация компонентов в свежеприготовленном растворе, то есть при расчете исходя из предположения, что предусмотренные рецептурой концентрации расходуются на первичную обработку бурового раствора.

Таким образом, обработке подлежат:

1) исходный объем раствора - ;

2) запасной объем раствора - ;

3) раствор, расходуемый при бурении - .

Масса материала, необходимого для приготовления и обработки бурового раствора:

;

Масса материала для исходного раствора:

;

Масса материала для запасного объема раствора:

;

Масса материала для раствора, расходуемого при бурении:

где - концентрация компонента в буровом растворе, кг/м³;

- повышающий коэффициент, учитывающий расход реагента (добавки) на повторные обработки раствора в процессе бурения. Обработке подвергается раствор, находящийся в циркуляционной системе, в скважине, и раствор, расходуемый при бурении.

При определении расхода глинопорошка для глинистого раствора следует учитывать возможность получения глинистого раствора самозамесом при бурении глинистых пород:

;

где - коэффициент, учитывающий то обстоятельство,что часть глинистого раствора получается самозамесом ( при использовании неингибирующих растворов в интервалах, сложенных глинами, легко переходящими в глинистый раствор; при бурении интервалов, представленных чередованием песчано-глинистых пород). Потребное количество компонентов бурового раствора представлены в таблице 21

Таблица 8.3 - Потребное количество компонентов бурового раствора

Интервал Бурения,м	Копоненты бурового раствора	Норма Расхода, %	Объем раствора подлежащего обработке, м³	Потреб- ность, т
исходного	вновь приготовленного	всего
0-300	ТПФН	0,2				0,23
Глинопорошок	58,9		286,4	371,4	21,89
Кальц.сода	0,4	44,45	1,7	46,15	0,18
300-1650	ТПФН	0,3				0,77
Кауст. сода	0,2	45,05		300,05	0,60
глинопорошок	36,6		647,2	902,2	33,05
УЩР		45,05		300,05	9,00
Графит		45,05		300,05	3,00
КМЦ-700	0,2	45,05		300,05	0,60
Кальц. сода	0,4	84,65	2,0	86,65	0,35
1650-3300	глинопорошок			794,5	939,5	18,79
Графит					1,45
КМЦ-700					1,45
Кальц. Сода	0,5	85,3		230,3	1,15
Окзил		85,3		230,3	2,30
КССБ-1		85,3		230,3	2,30
Игетан		85,3		230,3	2,30
Известь	0,2	108,1		121,1	0,24
Кауст. Сода	0,15				0,22

8.2.1 Интервал 0-300 м

При бурении интервала 0-300 м буровой раствор состоит из, глинопорошка, кальцинированной соды, ТПФН. Расчет потребности в материалах, реагентах и добавках ведем по варианту А.

Глинопорошок:

;

Кальцинированная сода:

;

ТПФН:

;

8.2.2 Интервал 300-1650 м

При бурении интервала 300-1650 м раствор состоит из ТПФН, глинопорошка, кальцинированной соды, КМЦ-700, графита, УЩР кальцинированной срды. Концентрация глинопорошка уменьшается (расчет потребности в реагенте ведем по варианту Б, когда ); концентрация кальцинированной соды увеличивается (расчет потребности в реагенте ведем по варианту Б, когда > ). концентрация ТПФН увеличивается (расчет потребности в реагенте ведем по варианту Б, когда > ).

ТПФН:

;

Глинопорошок:

;

КМЦ-700:

;

Графит:

;

Кальцинированная сода:

;

УЩР:

;

Каустическая сода:

;

8.2.3 Интервал 1650-3300 м

При бурении интервала 1650-3300 м раствор состоит из, глинопорошка, кальцинированной соды, каустической соды, КМЦ-700, графита, КССБ-1, игетана, окзила, извести.

Кальцинированная сода:

;