Введение. Очистка бурового раствора от выбуренной породы

Очистка бурового раствора от выбуренной породы

Тип и количество твердой фазы, присутствующей в растворе определяют параметры бурового раствора: плотность, вязкость, прочность геля, качество фильтрационной корки и водоотдачу и другие химические и механические свойства. Выбуренная порода в растворе и ее объемы влияют на стоимость скважины через скорость проходки, гидравлику, объемы разбавления для поддержания плотности, повышенный коэффициент трения, дифференциальные прихваты, потерю циркуляции, сальники на КНБК, повышенный износ бурового оборудования и инструмента и т.д. Так как невозможно удалить всю выбуренную породу из раствора ее следует рассматривать как постоянный загрязняющий фактор. Удаление выбуренной породы является одним из наиболее важных аспектов контроля буровых растворов. Возросшие в последние годы экологические ограничения, требования к качеству вскрытия продуктивных пластов при строительстве скважин делают «дедовские» методы борьбы с выбуренной породой невозможными. Деньги, затрачиваемые на очистку бурового раствора, а также решение проблем, связанных с повышенным содержанием твердой фазы, составляют значительную часть общих расходов на бурение скважин и являются ежедневной проблемой на каждой скважине. Информация, изложенная в этой главе, поможет оптимизировать выбор и эксплуатацию оборудования по очистке буровых растворов.

(Основы)

Контроль выбуренной породы осуществляется двумя методами:

- осаждение;

- просеивание.

Если статическая структура жидкости разрушена, то скорость осаждения твердых частиц можно описать законом Стокса:

Vо – скорость осаждения, м/с; g - ускорение гравитации м/с2; D - диаметр частицы, м; ρч - плотность частицы, кг/м3; ρж - плотность жидкости, кг/м3; µ - вязкость жидкости сП.

Это уравнение – упрощенное математическое выражение того, что мы видим в реальной жизни: скорость осаждения растет при увеличении гравитационных сил, диаметра частицы, разницы между плотностью жидкости и частицы при уменьшении вязкости жидкости и наоборот. Закон Стокса показывает, что частицы разных диаметров и плотности, имеющие одинаковую массу, оседают с одинаковой скоростью. Так, невозможно отсеять частицы сланцев диаметром 60 мкм и частицы барита диаметром 40 мкм методами осаждения. В реальной жизни не встречаются частицы с идеальной шарообразной формой и это вносит свои коррективы в расчеты.

Все оборудование по очистке буровых растворов спроектировано с целью отсеивать частицы в определенных диапазонах. Очень важно использовать оборудование в правильных комбинациях для каждой конкретной ситуации. Твердая фаза в буровых растворах может быть разделена на 2 категории по плотности: с плотностью от 2,3 до 2,8 г/см3 и плотностью выше 4,2 г/см3. Выбуренная порода, бентонит, карбонат кальция и т.д. попадают в первую категорию. Утяжелители, такие как барит, гематит относятся ко второй категории и используются в основном для достижения плотностей более 1,2. Размеры выбуренной породы варьируются в огромных пределах от 1 мкм (10^-6м) до нескольких сантиметров. Важно понимать, как твердые частицы классифицируются по размеру и какие породы попадают в какие категории.

Таб.1: Классификация твердых частиц по размеру

Категория	Размеры	Примеры
Коллоиды	2 мкм и меньше	Бентонит, глины
Ил	2 – 74 мкм	Барит, ил, глинистые сланцы, алевролиты (< 200 mesh)
Песок	74 – 2,000 мкм	Песок (200 – 10 mesh)
Гравий	> 2,000 мкм	(>10 mesh)

Рис.1: Классификация твердых частиц по размеру

Рис.2: Размеры ячеек сеток в Меш (Mesh) по отношению к микрометрам

Данная классификация не принимает в расчет физический состав твердых частиц, хотя используются термины «ил» и «песок». Сетки по стандарту Американского Нефтяного Института (АНИ) классифицируются в Меш – количестве ячеек на один дюйм. Рисунок 2 показывает в увеличенном масштабе размеры ячеек сеток от 20 до 325 меш и эквивалентные размеры частиц в мкм, которые проходят через каждую сетку. Сетка 200 меш используется для стандартного теста для определения содержания песка в растворе. 95% частиц качественного барита проходят через сетку 325 меш (<44 мкм). Чем ближе размер частиц к коллоидному, тем больший эффект они оказывают на реологические свойства раствора. Рисунок 3 показывает, как меняется суммарная поверхность частиц в зависимости от их размера в фиксированном объеме.

Рис.3: Изменение суммарной поверхности в зависимости от размера частиц

Примите во внимание, что глинистые частицы имеют толщину, равную одному ангстрему (1/10000 мкм, или 10^-10м). Таким образом, если позволить 1 мкм кубику деградировать до размеров глинистых чешуек, то площадь поверхности увеличится до 128006400 мкм², что в 13334 раза больше начальной поверхности 40 мкм кубика. В буровом растворе вязкость увеличивается пропорционально с увеличением суммарной поверхности частиц, так как частицы имеют гидрофильную поверхность, которая должна быть смочена. По мере уменьшения количества свободной воды и увеличения твердых частиц происходит рост вязкости раствора.

Дата добавления: 2015-07-11