Предупреждение осыпей и обвалов

Обеспечение качества вскрытия продуктивных пластов

Уменьшение веса колонны бурильных и обсадных труб

Предохранение бурового инструмента и оборудования от коррозии и абразивного износа

Обеспечение получения информации

Сокращение затрат на крепление

Экологическая безопасность буровых растворов

1.4 Требования к буровым промывочным жидкостям

1.5 Выбор и проблема оптимизации качества бурового раствора

Эволюция буровых промывочных жидкостей

Эволюция буровых промывочных жидкостей шла долгим путем совершенствования состава и технологией применения в соответствии с развитием и усложнением технологии бурения скважин от «буровой грязи» до сложных многокомпонентных систем с регулируемыми физико-химическими и технологическими свойствами.

Так, в Китае более 2 тысяч лет назад при ударном бурении для удаления желонками илистой выбуренной массы применялось смачивание водой за­боя скважин. До начала двадцатого века состав буровых промывочных жидкостей практически не менялся, но были отмечены некоторые факты такие как: глинизация и холодная битумизация ство­ла скважины, вскрывающих неустойчивые горные породы и плывуны, а также создание гидростатического давления промывочной жидкости для предотвращения водонефтегазопроявлений, которые способствовали в дальнейшем развитию буровых промывочных жидкостей.

Буровые растворы как важный элемент в процессе строительства скважин появились в XIX-м веке. Идея промывки скважин непрерывной циркуляцией воды по трубам и затрубному пространству принадлежит французскому инженеру Фовеллю (1848 г.). В 1887 г. американец М. Д. Чэпмен предложил вводить в поток воды глину, отруби, зерно или цемент для создания на стенках скважин малопроницаемой корки. Первые патенты на буровые промывочные жидкости были получены в 1887 г. А. Краузе и М. Чепменом.

Результаты первых исследований в области промывки скважин были опубликованы А. Хегтманом и Д. Поллардом в 1914 г., А. Льюисом и В. Мак-Мюрреем в 1916 г. Их работы были посвящены созданию рецептур промы­вочных жидкостей, предотвращающих газопроявления и улучшающих устойчивость ствола скважины. Практическое применение их исследований стало возможным только через 10 лет, после того как Б. Строудом были предложены различные виды утяжелителей и методы утяжеления промывочных жидкостей. К этому времени уже был накоплен некоторый опыт их химической обработки. Стали известны методы улучшения глин, действие кальцинированной соды, фосфатов, жидкого стекла, различных электролитов, а также на­полнителей для борьбы с поглощениями промывочной жидкости.

В 30-е годы, несмотря на бурное развитие буровой техники, число исследований в области применения буровых растворов было незначительным и такие параметры раствора, как удельный вес и вязкость часто были синонимами, а эффективность бурения зависела от индивидуальных способностей исполнителя.

Первыми исследователями реологических свойств буровых промывочных жидкостей были К.А. Царевич, Р.И. Щищенко, П. Эванс и А. Рейд. Они применили уравнение Шведова-Бингама и заложили основы буровой гидравлики. B.C. Баранов и другие исследователи (П. Джонс, М. Вильяме и Г. Кеннон) установили значимость водоотдачи и коркообразования растворов. Были предложены новые средства химической обработки — природные танниды (квебрахо), щелочные гуматы (УЩР) (B.C. Баранов, Г. Лаутон и др.), лигносульфонаты, щелочной крахмал (Г. Грей с сотрудниками), солестойкая глина (Р. и М. Кросс) и т. п. П.А. Ребиндером с сотрудниками изучены физико-химические свойства БПЖ и их влияние на разрушение горных пород. Ими было установлено адсорбционное понижение прочности пород, исследованы процессы диспергирования, пептизации и перехода глины и выбуренной породы в суспензию. Значительный вклад в изучение системы глина - водаи устойчивости пород, слагающих стенки скважин внес B.C. Шаров. Физико-химические исследования буровых промывочных жидкостей проводились также в США В. Льюисом с сотрудниками, А. Лумисом и др. Ф. Ральхаузеном и С. Бишкиным в 1937 г. были успешно испытаны жидкости на нефтяной основе, ставшие в последующем лучшими буровыми жидкостями для вскрытия и освоения продуктив­ных пластов, позволившими сохранять их естественную проницаемость.

Резко изменилось отношение к буровым растворам в середине 40-х годов после того, как многими специалистами было установлено, что продуктивность вскрываемых нефтяных пластов в значительной степени зависит от качества применяемых глинистых растворов.

Исследования в эти годы были направлены в основном по пути усовершенствования химической обработки буровых растворов. Большое значение приобрели защитные коллоиды (карбоксиметилцеллюлоза, акриловые полимеры, модифицированный крахмал, конденсированная сульфит-спиртовая барда), понизители вязкости (синтан, кортан, окисленный лигнин, хромлигносульфонаты, хроматы) и ряд специальных реагентов (смазочные добавки, эмульгаторы, пеногасители, бактерициды и др). С помощью этих реагентов удалось значительно расширить возможности бу­рения скважин в различных термобарических условиях, а также при наличии солевой агрессии.

Широкое внедрение известковых жидкостей начавшееся в 1945-1946 гг. ознаменовало новую эпоху в области химической обработки буровых промывочных жидкостей и дальнейшее развитие методов ингибирования. Быстрыми темпами происходило внедрение эмульсионных жидкостей, способствующих уменьшению возникновения осложнений, аварий, улучшению показателей бурения. В шестидесятых годах этот эффект был усилен применением смазочных и противоизносных добавок, позволивших помимо профилактики затяжек и прихватов значительно увеличить проходку на долото и механическую скорость бурения.

В пятидесятых годах прошлого столетия появились инвертные эмульсии позволившие значительно повысить экономичность промывочных жидкостей на нефтяной основе, особенно с высоким содер­жанием водной дисперсной фазы.

Большой успех химической обработки был достигнут в результате применения хроматных и хромлигносульфонатных реагентов. Окисленно-замещенные лигносульфонаты сначала обеспечили внедрение гипсовых буровых жидкостей, а впоследствии приобрели самостоятельное значение как эффективные понизители вязкости и средства общего улучшения жидкостей в широком диапазоне забойных температур.

В настоящее время все большее применение находят жидкости с низким содержанием твердой фазы и жидкости без твердой фазы, такие как вода и различного рода аэрированные жидкости, основным преимуществом которых является уменьшение гидростатического давления, большее проникновение в поры и трещины призабойной зоны и между обломками выбуренной породы, лучшая очистка забоя.

Достижением последних лет ряда зарубежных и отечественных компаний, занимающихся исследованием в области буровых промывочных жид­костей является применение безглинистых полимерных и биополимерных растворов, способствующим максимально сохранить первоначальную продуктивность коллектора. В основном это полимеры растительного происхождения, про­дукция направленного синтеза и биополимеры.

В последние годы развитие новой технологии вскрытия продуктивных пластов на депрессии (давление в скважине ниже пластового) вызвало необходимость применения облегченных буровых растворов с плотностью ниже 1000 кг/м³. Для реализации этой технологии применяют в основном нефть аэрированную азотом.

Рассмотренные этапы эволюции буровых промывочных жидкостей показали, что значительные изменения происходили в последние десятилетия. Следует заметить, что большое внимание в настоящее время отводится не только химическому составу буровых растворов и регулированию их свойств, но и широко рассматриваются вопросы по технологии приготовления и очистки буровых растворов, разработке лабораторного оборудования по определению свойств буровых растворов.

Передовые отечественные производители реагентов, систем буровых растворов, оборудования по их приготовлению и очистке, разработки которых наиболее известны и применяемы при бурении скважин: ЗАО «ПОЛИЦЕЛЛ», ОАО «Интернешнл Касп Флюидз» (ИКФ), НПО «Бурение», ООО «Компания «Техномехсервис», “ИКФ-СЕРВИС”, “ЭкоАрктика”, “Буртехнологии” и др.

ЗАО «ПОЛИЦЕЛЛ» - лидер в стране по производству эфиров целлюлозы и крахмала для нефтегазодобывающей промышленности.

В России специализированной компанией, которая выполняет весь комплекс работ по буровым растворам, начиная с производства реагентов, материалов, специального оборудования и приборов до разработки технологий приготовления растворов и осуществления инженерного сервиса на буровых предприятиях является ОАО «Интернешнл Касп Флюидз» (ИКФ), находящаяся в г. Волгограде.

НПО «Бурение» занимается разработкой и изготовлением приборов по контролю за свойствами БПЖ и оборудованием для их приготовления и очистки.

Из зарубежных фирм MI SWACO (Smith International, Inc. and Schlumberger, Inc. company) является одной из ведущих фирм и занимает порядка 50% рынка буровых растворов.

Основные сферы деятельности: M-I - буровые растворы, растворы для вскрытия продуктивных горизонтов, растворы для освоения и капитального ремонта скважин; SWACO - оборудование для контроля давления в скважине, оборудование очистки буровых растворов, оборудование для сбора и утилизации буровых отходов.

Основными участниками российского рынка буровых растворов, помимо M-I SWACO, являются западные компании Baroid Fluid Services (Halliburton), Baker Hughes Drillling Fluids (Baker Hughes INTEQ) и российские компании “ЭкоАрктика”, НПО “Бурение”, “Буртехнологии” и некоторые другие.

Дата добавления: 2015-07-10