1.3.3 Функції кіркоутворення

Функції кіркоутворення обумовлені здатністю бурових промивальних рідин під дією перепаду тиску проникати у проникні гірські породи з формуванням кольматаційного шару, а на боковій поверхні свердловини утворювати шар твердої фази, який називається фільтраційною кіркою.

Зменшення проникності бокової поверхні. Висока проникність гірських порід є небажаною в процесі буріння. Так, на поверхні високопроникних гірських порід під час відфільтровування промивальної рідини накопичується тверда фаза і чим більше відфільтровується рідина, тим товстіша на боковій поверхні свердловини кірка. Її товщина може досягнути таких значень, що виникне прихоплення бурильної колони. Таким чином, зменшення проникності стінок свердловини обмежує ріст товщини фільтраційної кірки і цим самим створюються нормальні умови для спуско-підіймальних операцій. Зменшення проникності бокової поверхні свердловини зменшує кількість фільтрату, який може поступити у гірські породи.

Збереження та зміцнення зв’язку між агрегатами та елементами гірських порід. Наявність гідростатичного тиску для збереження цілості стінки свердловини є малоефективним заходом у випадку проникнення промивальної рідини між частинками гірських порід. Сформована фільтраційна кірка запобігає проникненню рідини у пласт. Міцність породи зберігається . Слід зазначити, що кірка формується не тільки на боковій поверхні свердловини, а і по глибині породи, по тріщинах, які пронизують породу. Формуючись у тріщинах породи фільтраційна кірка таким чином зв’язує гірські породи в одне ціле і порода зміцнюється . Формування фільтраційної кірки на боковій поверхні свердловини зміцнює її внаслідок утворення ефекту “ штукатурки”: кірка розподіляє рівномірно гідростатичний тиск по всій поверхні стінок свердловини, ущільнюючи їх і запобігаючи їх руйнуванню.

Зменшення сил тертя між колонами бурильних і обсадних труб та боковою поверхнею свердловини. Сили тертя виникають під час обертання бурильної колони при роторному способі буріння, а також коли виконують спуско-підіймальні операції. На подолання сил тертя витрачається значна доля енергії, що є причиною зменшення швидкості буріння, зростання навантажень на талеву систему, недопуску обсадної колони до проектної глибини. Іноді сили тертя досягають таких значень, що повністю гальмують рух бурильної колони вгору і, таким чином отримуємо прихоплення бурильної колони (або обсадної).

Таким чином зменшення тертя між боковою поверхнею і бурильним інструментом є позитивним аспектом, що сприяє забезпеченню нормального проведення спуско-підіймальних операцій, спуску обсадних колон та ефективному руйнуванню гірських порід. Це можливо при наявності у буровій промивальній рідині мастильних домішок, або коли структура фільтраційної кірки більше схильна до рідини, ніж до твердого тіла.

1.3.4 Фізико-хімічні функції

Фізико-хімічні функції обумовлені хімічною і фізичною взаємодією між буровим розчином, його компонентами та гірськими породами, пластовими флюїдами, а також бурильним інструментом. Ці функції промивальної рідини реалізуються шляхом вводу у промивальну рідину спеціальних хімічних реагентів.

Збереження цілості гірських порід, які формують бокову поверхню свердловини. Під дією фільтрату у більшості випадків спостерігається зменшення міцності породи. Це зменшення не може компенсуватися гідростатичним тиском бурового розчину тому, що міцність гірських порід зменшується під дією фільтрату через складні фізико-хімічні явища, які виникають між фільтратом промивальної рідини і частинками гірських порід. Внаслідок цього у свердловині спостерігаються інтенсивні обвалювання, спричиняючи важкі ускладнення. Оскільки природа цих процесів є хімічною, то збереження цілості бокової поверхні свердловини може бути досягнута також хімічним шляхом. Для цього у промивальну рідину вводять спеціальні хімічні реагенти, які зберігають сформовані у природі зв’язки між елементами гірської породи.

Фізико-хімічні методи збереження міцності бокової поверхні свердловини найбільш діючі у більшості випадків, коли інші заходи не дають бажаного результату. Зрозуміло, що збереження цілості стійкості стінок свердловини повинно здійснюватися комплексними заходами, що об’єднують різні способи і методи, спрямовані на розв’язок даної проблеми.

Запобігання від абразивного та корозійного зношування бурового устаткування та інструменту. Абразивне зношування обладнання та бурильного інструменту спостерігається, коли тверді частинки промивальної рідини механічним шляхом руйнують обладнання (насоси, вибійні двигуни, опори доліт і інше) та бурильний інструмент. Найчастіше такими частинками є компоненти глини, шламу та обважнювача. Найнебезпечнішими у цьому плані є частинки кварцевого піску.

Хімічне руйнування бурового устаткування спостерігається при контактуванні із солями, що є у буровому розчині, а також із реагентами, якими розчин оброблений. Внаслідок цього скорочуються терміни працездатності устаткування та спостерігаються виходи його із ладу під час роботи.

Для запобігання корозії устаткування не допустимо, щоб вміст іонів водню у буровому розчині був меншим 7. Збільшення показника pH досягається хімічними домішками, які вводяться у буровий розчин, але зовсім з іншою метою, тобто, збільшення лужності для запобігання корозії в практиці бурових промивальних рідин не застосовується. Труби із алюмінієвих сплавів можуть руйнуватися, як у кислому, так і в лужному середовищі. Ввід в буровий розчин мастильних домішок дає змогу формувати на металічній поверхні захисну плівку, яка гальмує корозійні процеси. Для запобігання абразивного зносу промивальну рідину пропускають через систему очисних пристроїв, де вилучається пісок та вибурена порода.

Збереження первинної проникності продуктивних горизонтів при їх розкритті. Під час буріння продуктивних горизонтів головною метою є досягнення максимального позитивного ефекту, тобто, отримати промисловий приплив пластових флюїдів. У випадку, коли спостерігається часткова втрата газонафтопроникності, неможливо отримати повноцінний приплив нафти чи газу. При реалізації буровою промивальною рідиною цієї функції виникає протиріччя із функцією, що забезпечує зменшення проникності гірських порід. Оптимальним розв’язком такого протиріччя може бути застосування розчинів, після яких легко відновлюється первинна проникність, а погіршення колекторських властивостей мінімальне. Закупорювання флюїдоносних горизонтів спостерігається також через проникання в глибину фільтрату промивальної рідини з наступним адсорбуванням її іонів на поверхні пор та подальшою хімічною взаємодією із компонентами гірських порід. Тому застосування таких рідин повинно бути обмеженим. З метою забезпечення мінімального забруднення продуктивних горизонтів у промивальні рідини вводять поверхнево-активні речовини, які разом з фільтратом проникають у пори порід колекторів, а при відновленні первинної проникності сприяють очищенню і вільному рухові нафти і газу у свердловину.

Стабілізація необхідних технологічних параметрів промивальної рідини під час буріння. Під дією зовнішніх чинників (температури, тиску, пластових флюїдів і ін.) властивості бурових розчинів суттєво змінюються, і в гіршу сторону. Забезпечити властивості промивальних рідин в технологічних межах протягом тривалого часу є надзвичайно складною задачею. Розв’язок цієї задачі є технологічною проблемою для багатьох спеціалістів, особливо під час буріння свердловин в складних геолого-технічних умовах. Збереження технологічних характеристик промивальної рідини забезпечується, як якісним очищенням її від частинок вибуреної породи, так і цілеспрямованою хімічною обробкою із застосуванням хімічних реагентів різного призначення.

Покращення буримості гірських порід. На руйнування гірських порід витрачається значна енергія, особливо під час проходження скальних порід і порід високої міцності. Покращення процесу руйнування порід досягається здатністю промивальної рідини потрапляти у тріщини, поширюватися і розповсюджуватися в глибину гірських масивів. Мережа таких тріщин може бути дуже значною і тому міцність породи зменшується, а ефективність руйнування її збільшується. Швидкість буріння збільшиться. Це явище називається “ефект Ребіндера “