Промывка и продувка скважин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Промывка и продувка скважин

Введение

При бурении вращательным способом в скважине постоянно циркулирует поток жидкости, которая ранее рассматривалась только как средство удаления продуктов разрушения (шлама). В настоящее время она воспринимается, как один из самых главных факторов обеспечивающих эффективность всего процесса бурения.

При проведении буровых работ циркулирующую в скважине жидкость принято называть - буровым раствором или промывочной жидкостью.

Буровой раствор, кроме удаления шлама должен выполнять другие в равной степени функции, направленные на эффективное, экономичное и безопасное выполнение и завершение процесса бурения.

В настоящее время в мировой практике наблюдается тенденция роста глубин бурения скважин, а как следствие, и увеличение опасности возникновения при этом различных осложнений. Кроме того, постоянно ужесточаются более полной и эффективной эксплуатации продуктивных пород. В этой связи буровой раствор должен иметь состав и свойства, которые обеспечивали бы возможность борьбы негативного воздействия на коллекторские свойства продуктивных горизонтов. [1]

1.Условия бурения с применением буровых промывочных жидкостей

бурение скважина промывочный

Для удаления выбуренной породы с забоя скважины и транспортировки ее на поверхность создают замкнутую циркуляцию через скважину технологического (циркуляционного) агента - жидкости или газа. При использовании жидкости технологический процесс ее циркуляции через скважину называется промывкой, а при использовании газа - продувкой. Технологическую жидкость, прокачиваемую через скважину, называют промывочной жидкостью (ПЖ) или буровым раствором (БР).

Основными функциями буровых промывочных жидкостей (БПЖ) являются:

1. Очистка забоя скважины от разбуренной породы и вынос ее на поверхность.

2. Охлаждение пород разрушающего инструмента.

3. Укрепление стенок скважины от обрушения.

Существует четыре способа промывки скважин с выходом промывочной жидкости на поверхность земли:

а) прямая

б) обратная

в) обратная промывка через двойную колонковую трубу

г) комбинированная

Рис.1 Способы промывки скважин

Прямая промывка. Когда промывочная жидкость, нагнетаемая насосом, проходит по колонне бурильных труб, затем (при бурении кольцевым забоем) между керном и колонковой трубой омывает забой, охлаждает пород разрушающий инструмент, захватывает с забоя частицы разрушенной породы, поднимается вверх по кольцевому пространству между бурильными трубами и стенками скважины и, наконец, выходит на поверхность.

Достоинства прямой промывки:

1) буровой раствор, выходя из суженных промывочных отверстий коронки, приобретает большую скорость и с силой ударяет о забой, размывая разбуриваемую породу, что способствует увеличению скорости бурения;

2) применяя специальные промывочные жидкости при бурении в сыпучих, рыхлых и трещиноватых породах обеспечивает закрепление стенок скважины путем скрепления частиц неустойчивой породы.

Недостатки прямой промывки:

1) возможен размыв стенок скважины при бурении в мягких породах вследствие большой скорости восходящего потока;

2) пониженный процент выхода керна в результате динамического воздействия струи на верхний торец керна, что приводит к его размыву;

3) при бурении скважин большого диаметра повышенный расход промывочной жидкости, необходимый для создания такой скорости восходящего потока, при которой все разбуренные частицы породы будут выноситься на поверхность.

Обратная промывка. Когда промывочная жидкость движется к забою по кольцевому пространству между бурильными трубами и стенками скважины, омывает забой, входит в отверстия пород разрушающего инструмента, при наличии керна проходит пo-кольцевому зазору между керном и колонковой трубой, проходит по внутреннему каналу бурильной колонны и, обогащенная шламом, выходит на поверхность земли.

Достоинства обратной промывки:

1)интенсивная очистка забоя от частиц разрушенной породы 2)возможность гидравлического транспорта кернов через бурильные трубы на поверхность.

Основной недостаток обратной промывки -- невозможность обеспечения нормального процесса бурения при наличии в разрезе поглощающих горизонтов, в которых теряется полностью или частично промывочная жидкость.

Комбинированная промывка. Когда движение промывочной жидкости над колонковой трубой осуществляется по схеме прямой промывки, а ниже с помощью специальных устройств по схеме обратной промывки.

Техническое исполнение комбинированной промывки связано с применением устройств, преобразующих прямую промывку в обратную (в призабойной зоне). Комбинированная промывка применяется с целью повышения выхода керна. [2]

2. Основные типы промывочной жидкости и условия применения

К основным типам жидкости относятся:

-Техническая вода (пресная, морская, рассолы), применяется при бурении в устойчивых породах.

- Глинистые растворы применяются в трещиноватых, рыхлых сыпучих, плывучих и других слабоустойчивых породах для предотвращения обвалов, а также в трещиноватых скальных породах для борьбы с потерей циркуляции. Кроме того, при бурении в особо сложных и специфических условиях применяют более сложные растворы специальными добавками.

1. Для приготовления легких химически аэрированных буровых растворов применяют глино-порошки, поверхностно-активные вещества, реагенты структуро-образователи или кальцинированная сода.

2. Утяжеленные глинистые растворы применяются при вскрытии пластов с большим пластовым давлением для предупреждения выбросов из устья скважины фонтанной воды, нефти или газа. Для изготовления утяжеленного глинистого раствора к нему добавляют инертный порошкообразный материал -- утяжелитель, изготовленный из тяжелых минералов: - барита (BaSO4); гематита (Fe2O3) и др.

3. Эмульсионные буровые растворы. Эмульсией называется система, состоящая из двух (или нескольких) взаимно нерастворимых жидких фаз, одна из которых диспергирована в другой. Различают два типа эмульсии. Эмульсии первого рода -- «масло в воде» (М/В), когда масло в водной среде находится в виде мельчайших шариков. Эмульсии второго рода, называемые инвертными или обратными, -- «вода в масле» (В/М), когда вода в виде мельчайших шариков распределена в масле. Эмульсионные растворы первого рода нашли широкое применение при алмазном высокоскоростном бурении с целью гашения вибрации и снижения мощности на вращение бурильной колонны. 4. Растворы на нефтяной основе (РНО), применяют для вскрытия нефтяных и газовых пластов для сохранения их естественной проницаемости. Эти растворы сложны по своему составу, более дорогие, чем буровые растворы на водной основе. [3]

3.Назначение глинистых растворов и их свойства

Глинистые растворы имеют следующие назначения:

1) глинизация стенок скважин;

2) удержание выбуренной породы во взвешенном состоянии при прекращении циркуляции;

3) создание повышенного противодавления на пласт;

4) облегчение транспортирования по стволу;

5) предохранение бурового инструмента от коррозии благодаря тонкой глинистой корке, покрывающей поверхность инструмента.

По размерам диспергированных (раздробленных) частиц различают два вида жидких дисперсных систем:

1) коллоидные растворы

2) суспензии

Коллоидные частицы в жидком растворителе (например, воде) под действием силы тяжести практически не оседают.

Суспензия - это дисперсная система, состоящая из двух фаз, жидкой и твердой, в которой мелкие твердые частицы размером от 0,1 до 10 мкм и более взвешены в жидкости. С течением времени, под действием силы тяжести, взвешенные частицы осаждаются на дно сосуда.

Глина - это дисперсная система, состоящая из воды и взвешенных в них частичек размером от коллоидных до частиц суспензий. Количество коллоидных частиц в глинистом растворе зависит от сорта глины и от способа его приготовления. Чем больше коллоидных частиц в растворе, тем лучше его качество. В нормальном глинистом растворе суммарная поверхность коллоидных частиц вследствие малых размеров и большого их количества превосходит суммарную поверхность частиц суспензий. Поэтому глинистый раствор есть коллоидно-суспензионная система, которая имеет свойства коллоидного раствора.

Глинистые растворы являются гидрофильными коллоидными растворами, в которых частицы глины смачиваются водой. Явление смачиваемости частиц глины водой объясняется тем, что силы притяжения между молекулами глины и воды значительно больше, чем между молекулами самой воды.

Воду, входящую в состав глинистого раствора, можно разделить на адсорбированную и свободную. Адсорбированная вода связана с частицами глины силами притяжения, образует вокруг них гидратные оболочки и по своим свойствам значительно отличается от обычной воды (например, имеет большую плотность, большую вязкость и пр.).

Свободная вода в глинистом растворе является дисперсионной средой, в которой находятся глинистые частицы с адсорбированной водной оболочкой. Практическое значение смачиваемости состоит в том, что при столкновении частиц с гидратными оболочками они не слипаются. Между частицами остается прослойка молекул свободной воды. Смачиваемость частиц обеспечивает устойчивость глинистых растворов, состоящих из хорошо смачивающихся коллоидных частиц.

Удерживающей способностью глинистого раствора называется способность глинистого раствора удерживать частицы породы при структурообразовании. Это свойство глинистого раствора предотвращает осаждение частиц породы на забой при прекращении циркуляции.

Коагуляцией, или свертыванием, коллоидов называется процесс слипания коллоидных частиц в агрегатные группы с последующим осаждением этих частиц под влиянием силы тяжести. Коагуляция коллоидов происходит, если коллоидные частицы сделать нейтральными, они при столкновении будут соединяться, а группы, агрегаты оседать под влиянием силы тяжести. Коагуляция глинистого коллоида происходит от прибавления к воде коагулянтов, например некоторого количества поваренной соли NaCl, которая распадается под действием молекул воды с образованием положительных ионов натрия, нейтрализующих глинистые частицы, заряженные отрицательным электричеством. Если скважиной пересечены соленосные породы или водоносный горизонт с соленой водой, глинистый раствор, протекающий по стволу скважины, может подвергаться коагуляции. Обратимыми коллоидаминазываются такие коллоиды, которые при надлежащем электрическом состоянии среды способны восстанавливаться из скоагулированного состояния. [4]

3.1 Содержание в глине окислов и солей

Глины могут содержать примеси окиси железа (Fe2O3), окиси натрия (Na2O), окиси кальция (СаО), окиси магния (MgO), окиси калия (К2О) и др.

Наличием преобладающей примеси часто определяются свойства глины. Чем больше в глине содержится натрия, тем лучше ее качество. Наличие солей (NaCl, СаС12, CaSO4 и др.) ухудшает качество глины. Сильно засоленные глины можно применять для приготовления глинистых растворов, но при этом необходима дополнительная их химическая обработка. [3]

3.2 Набухание глин

Набуханием называется свойство глин увеличиваться в объеме при поглощении воды. Натриевые бентонитовые глины могут при замачивании увеличиваться в объеме в 8--10 раз и легко распадаются в воде на отдельные частицы. В кислых щелочных и солевых растворах бентонит не набухает. Гидрослюдистые глины обладают меньшей способностью набухать. Каолиновые глины не набухают, расщепляются в воде плохо, растворы, приготовленные из них, неустойчивы и быстро разделяются на твердую фазу и жидкость.

Глинизация стенок скважины используется при бурении с промывкой глинистым раствором в неустойчивых породах для укрепления стенок скважины и для изоляции пластов.

После внедрения глинистого раствора в пустоты пород и его загустевания в них кольцевая зона породы вокруг ствола скважины укрепляется. После образования глинистой корки на стенках скважины прекращается поступление свободной воды из бурового раствора в пустоты пород. Кроме того, если пласты пород содержат воду, нефть газ и если величина пластового давления не превышает величину гидростатического давления промывочной жидкости на стенки скважины, то вода, нефть и газ не поступят из пласта в скважину. Происходит изоляция пластов и прекращение движения жидкости или газа в системе скважина-пласт. Для успешной глинизации в глинистом растворе должны преобладать мелкие коллоидные частицы, над крупными частицами суспензий. Наиболее коллоидальными являются бентонитовые глины, которые обеспечивают пониженную водоотдачу, повышенную вязкость и повышенные тиксотропные свойства глинистых растворов.

Глинизация стенок скважины является крупным не достатком при вскрытии водоносного или нефтегазоносного пласта, так как предотвращает или уменьшает приток воды или нефти и газа из пласта в ствол скважины. Поэтому вскрытие водоносного горизонта должно производиться с промывкой водой, без глинистым само распадающимся раствором. [3]

3.3 Содержание песка в глинистом растворе

При значительном содержании песка в растворе происходит быстрый износ деталей насоса, бурового сальника (вертлюга) и другого оборудования.

Во время остановки циркуляции песок оседает на забой скважины и может прихватить колонковый снаряд. Под песком понимается содержание твердых частиц разбуренных пород и комочков глины. Содержание песка определяется разбавлением раствора водой в отношении 1: 9 и отстоем в течение 1 мин. За это время в осадок выпадают фракции песка крупнее 0,1 мм. Для более полного осаждения всех фракций песка, оставляют раствор в покое в течение 3 мин. Для определения содержания песка применяется отстойник ОМ-2. В нормальном глинистом растворе содержание песка должно быть менее 4%.

Суточный отстой характеризует стабильность глинистого раствора, т. е. способность в течение длительного времени не расслаиваться на твердую и жидкую фазы Нормальные глинистые растворы должны за сутки давать отстой не более 3--4%. Стабильность глинистого раствора определяется с помощью прибора ЦС-2 . У нормальных растворов эта разница не должна превышать 0,02 г/см3. [3]

3.4 Снижение водоотдачи глинистого раствора

Водоотдача характеризует способность глинистого раствора отфильтровывать воду в пористые породы. Показатель водоотдачи характеризуется объемом воды в кубических сантиметрах, отфильтровывающейся в течение 30 мин из 100 см3 глинистого раствора через бумажный фильтр диаметром 75 мм под избыточным давлением 0,1 МПа. Водоотдача имеет большое значение при бурении в пористых породах. Глинистые растворы с большой водоотдачей образуют рыхлую корку, сужающую ствол скважины и вызывающую затяжки бурового инструмента при подъеме. Проникновение воды в глинистые породы вызывает их набухание и выпучивание в ствол скважины.

Снижение водоотдачи глинистого раствора способствует устранению этих явлений. Величина водоотдачи зависит:

1) от качества глины;

2) от качества воды: (жесткая и соленная вода повышает водоотдачу);

3) от способа приготовления раствора (недостаточное размешивание глины приводит к повышению водоотдачи);

4) надлежащая химическая обработка раствора снижает водоотдачу.

Нормальной водоотдачей для глинистых растворов считается не более 25 см3 за 30 мин. Для борьбы с прихватами и обвалами снижают водоотдачу посредством химической обработки до 5-- 6 реже до 2--3 см3 за 30 мин. Растворы, имеющие водоотдачу свыше 25 см3 за 30 мин, могут создавать осложнения при бурении в пористых породах. [3]

4.Методы измерения свойств, промывочных растворов

Во избежание зашламования скважины разность удельного веса жидкости, выходящей из скважины, и удельного веса промывочной жидкости, нагнетаемой в скважину, должна быть в пределах 0,01 -- 0,03; поэтому необходимо периодически замерять эти параметры.

Плотность тела - это отношение массы тела к его объему промывочной жидкости необходимо:

1) для суждения о степени насыщенности глинистого раствора глиной;

2) для суждения о степени насыщенности промывочной жидкости шламом разбуренных пород.

3) для определения гидростатического давления.

Плотность нормального глинистого раствора в зависимости от требуемого гидростатического давления должна быть в пределах 1,08--1,45 г/см3; аэрированного (насыщенного воздухом) 0,7-- 0,9 г/см3; утяжеленного (с добавкой порошка барита или гематита) до 2,30 г/см3. [2]

5.Сохранение заданных технологических характеристик

В процессе бурения раствор как можно длительное время должен сохранять предусмотренные проектом технологические свойства. В противном случае он перестанет выполнять необходимые функции, что может привести, с одной стороны, к возникновению осложнений и аварий, а с другой, к необходимости дополнительной его обработки химическими реагентами, что вызывает увеличение стоимости буровых работ.

Экологическая чистота. При бурении наклонно направленных скважин буровой раствор может попадать в водные горизонты, в русло рек и разливаться по поверхности в прирусловой зоне. По этой причине раствор не должен оказывать губительные влияния на окружающую среду - должен быть экологически безопасным. Для этой цели буровой раствор должен изготавливаться из не токсичных материалов, не способных создавать ядовитые соединения. Токсичность материалов и их соединений должна контролироваться на этапе проектирования.

Экономическая эффективность. При условии выполнения буровым раствором всех выше перечисленных функций он должен иметь минимально возможную стоимость. Это обеспечивается оптимальным подбором рецептуры приготовления бурового раствора и применением наиболее дешевых материалов для его производства (без ущерба качеству). [1]

Заключение

Основываясь на выше перечисленном можно сделать вывод, что оптимальный процесс промывки скважин обеспечивается правильным сочетанием вида бурового раствора, режима промывки (подачи насоса) и организационных мер по поддержанию и регулированию свойств раствора в процессе бурения. Только такое сочетание позволит эффективно реализовать технологические функции процесса промывки. В зависимости от геологического разреза и физико-механических свойств горных пород конкретного района одни функции промывочной жидкости являются главными, а другие - второстепенными. Не обходимый комплекс функций процесса промывки предъявляет к промывочному агенту требования, для удовлетворения которых он должен иметь определенные свойства.

Список литературы

1. Учебное пособие технологии и технологические средства бурения искривленных скважин. (В.П. Овчинников, М.В. Двойников, Г.Т. Герасимов, А.Ю. Иванцов) [1]

2. Найденная информация на сайте http://www.mining-enc.ru/p/promyvka-skvazhina [2]

3. Найденная информация на сайте http://bngs.samgtu.ru [3]

4. Найденная информация на сайте http://www.refsru.com [4]

5. Размещено на Allbest.ru