Лекция № 15. Выбор типа бр, его состава и свойств

БР выполняют множество функций и оказывают значительное влияние на процесс бурения нефтяных и газовых сква­жин. Для достижения наилучших технико-эконо­мических показателей бурения важен пра­вильный выбор типа бурового раствора, т. е. его компонентного состава и целевого назна­чения.

Выбор типа БР не имеет формализованных пра­вил и поэтому проводится на основании прак­тики бурения и опыта инженеров по БР. Такой подход не учитывает мно­жество альтернатив, из которых необходимо выбрать одно решение, руководствуясь стои­мостным и другими критериями.

Мы приводим принципы выбора типов и последовательности применения БР, базирующиеся на результатах мно­голетних исследований ВНИИКРнефти в этой области («Методическое руководство по выбору типа бурового раствора» РД 39-2-772—82).

Основа выбора допустимых типов БР — соответствие составов БР разбуриваемым породам на всем интервале бурения до спуска обсадной колонны. Решение этой задачи требует прежде всего разработки классификаций БР и горных пород.

Систематизация данных об используемых в отрасли БР позволила раз­бить их на девять основных типов, которые подразделяются на виды, а виды — на ре­цептуры.

Встречающиеся при бурении скважин гор­ные породы, в зависимости от их подвержен­ности воздействию БР, разде­лены на пять типов: глинистые, хемогенные, гранулярные породы-коллекторы, твердые (не склонные к обвалообразованию) и многолетнемерзлые породы. Внутри каждой группы существует своя классификация пород, со­ставляющих данную группу.

Дальнейшая задача выбора типов буровых растворов заключается в определении по неко­торым критериям тех растворов, которые при­менимы при разбуривании той или иной груп­пы пород. Рассмотрим, как реализуется ука­занное положение применительно к каждой группе пород.

Выбор типа бурового раствора для разбуривания глинистых пород, для которых ха­рактерны частые нарушения устойчивости сте­нок скважин, — один из наиболее сложных. Принято глинистые поро­ды классифицировать по плотности и скоррелированными с ней коэффициенту пористо­сти, минерализации поровой воды и обменной емкости. Такое разделение позволяет в зави­симости от глубины залегания учесть степень разуплотненности пород и выбрать растворы, имеющие ту или иную ингибирующую спо­собность. При выборе типа раствора также учитывается преобладающий в обменном комп­лексе породы основной катион (Na+ или Са²+).

При выборе типа бурового раствора для разбуривания хемогенных пород, как и в слу­чае с глинистыми породами, основной прин­цип заключается в совместимости пород и ра­створов, однако главными критериями здесь являются растворимость хемогенных пород и глубина залегания. Выбираются такие ра­створы, которые предупреждают растворение соответствующих хемогенных пород.

При выборе типа бурового раствора для разбуривания гранулярных пород-коллекторов для вскрытия выбирают раствор исходя из необходимости сведения к минимуму отрица­тельных последствий от его воздействия на фильтрационные свойства пород-коллекторов. Для этих целей пользуются классификацией нефтенасыщенных пород-коллекторов, системати­зированных по степени катагенетического уплотнения (стадии химико-минералогического преобразования осадочных пород), проницаемости, активности компонентов пластовой жид­кости, и буровые растворы, рекомендуемые для их вскрытия.

Таким образом, процедура выбора типа БР может быть разбита на следующие операции: получение от геологической службы информации о разрезе скважины; идентификацию пород разреза в соответствии с классификацией; уста­новление типов буровых растворов, которые могут быть использованы при разбуривании пород данного класса; определение оптимальной последовательности применения БР.

Процедура выбора оптимальной последовательности применения БР проводится с учетом нормирования расхода материалов. При этом разрез скважины разбивают на интервалы, в каждом из которых характеристики, определяющие выбор типа БР, принимают постоянное значение. Затем для каждого интервала выбирают множество допустимых растворов, причем на каждом интервале ими могут быть только растворы, которые применимы на всех вышележащих интервалах в пределах необсаженной части скважины.

Рассчитывают стоимость 1 м³ каждого раствора, допустимого на данном интервале с учетом добавления необходимого количества утяжелителя. Затем определяют объемы растворов, необходимые для бурения каждого интервала с учетом затрат материалов на поддержание свойств раствора.

Общая потребность в растворе складывается из полезного расхода, расхода на очистных устройствах, на фильтрацию и коркообразование и расхода, связанного с удалением вместе с раствором части избыточного объема выбуренной породы.

С целью уменьшения расхода материалов на каждом интервале бурения должна решаться задача оптимизации объема раствора, не обусловленного потребностями технологии промывки. Затем вычисляют стоимость перехода от одного раствора на каком-то интервале к другому раствору на другом интервале. Переходы от тех типов растворов, которые получаются расширением номенклатуры веществ, осуществляют добавлением недостающих химических реагентов и материалов, а в противном случае – полной заменой раствора.

Оптимальный расход материалов и химических реагентов на перевод растворов с одной рецептурой и объемом в другой раствор с другой рецептурой и объемом, необходимый для разбуривания какого-то интервала, определяют методом линейного программирования.