6.2. Типы буровых растворов
(Слайд 2G6_3)
Различные требования к составу и качеству бурового раствора в зависимости от геологических условий и технических особенностей проходки скважины обусловили применение буровых растворов нескольких типов:
- буровые растворы на водной основе (глинистые растворы,вода, буровые растворы с низкой концентрацией твердой фазы — полимерглинистые и безглинистые и т.д.);
- буровые растворы на неводной основе (растворы на углеводородной основе, обращенные эмульсии типа «вода в масле», дегазированная нефть и нефтепродукты);
- газообразные рабочие агенты (воздух, природные газы, выхлопные газы, продукты горения);
- аэрированные буровые растворы и пены.
Выбирать тип бурового раствора для бурения в каждом районе следует на основе внимательного и всестороннего изучения геологических условий залегания всего комплекса горных пород, подлежащих разбуриванию, с учетом технических особенностей проходки скважины.
Типы буровых растворов
6.3. Глинистые растворы
(Слайд 2G6_4)
Под глинистым раствором понимают коллоидно-суспензионную систему, состоящую из глины, воды и частиц выбуренной породы.
Глинистый раствор состоит из частичек глины, находящихся в воде. Частицы глины в растворе имеют разные размеры — от крупных частиц суспензии до коллоидных частиц. Глинистый раствор — смесь коллоидных частиц и более крупных частиц, образующих суспензии, поэтому глинистый раствор называется коллоидно-суспензионной системой. Хотя коллоидных частиц в глинистом растворе мало, глинистый раствор ведет себя как коллоидный.
Когда коллоидный раствор находится в покое, все частицы постепенно слипаются. В растворе получается сплошная сетка из твердых коллоидных частиц. Вода остается в ячейках сетки и не может свободно перемещаться. Раствор становится прочным, похожим на студень.
Сетка, образующаяся в коллоидном растворе, называется структурой, а появление ее в растворе — структурообразованием.
При обычной коагуляции частички, слипаясь друг с другом всей поверхностью, выпадают в осадок. При неполной коагуляции частички, слипаясь только концами, не выпадают в осадок, а образуют структуру. При сильном встряхивании или перемешивании раствора структура разрушается. Раствор при этом становится жидким, подвижным, не имеющим упругих свойств. При неподвижном состоянии частицы опять слипаются и раствор постепенно загустевает.
Свойство раствора разжижаться при встряхивании и загустевать при стоянии называется тиксотропией.
6.3.1. Величины, характеризующие качество глинистых растворов
(Слайд 2G6_5)
Качество глинистых растворов характеризуют следующие величины:
1. Плотность р, кг/м3, — отношение массы глинистого раствора к его объему. Различают кажущуюся ркаж и истинную р плотности. Первая характеризует раствор, содержащий газообразную фазу, вторая — раствор без газовой фазы
2. Условная (кажущаяся) вязкость Ву, определяемая временем истечения из стандартной воронки определенного объема глинистого раствора, с. Условная вязкость косвенно характеризует гидравлическое сопротивление течению, т.е. подвижность бурового раствора
3. Структурная (пластическая) вязкость n — сила осложненного трения между частицами твердой и жидкой фаз в глинистомрастворе, Па • с
4. Показатель фильтрации (водоотдача) Ф при нормальной температуре, определяемый объемом жидкости, отфильтрованной за определенное время при пропускании бурового раствора через бумажный фильтр ограниченной площади, см3. Показатель фильтрации косвенно характеризует способность глинистого раствора отфильтровываться через стенки ствола скважины
5. Толщина образующейся при этом глинистой корки К, мм
6. Статическое напряжение сдвига (СНС) О, определяемое минимальным касательным напряжением сдвига, при котором начинается разрушение структуры в покоящемся глинистом растворе, Па. СНС характеризует прочность тиксотропной структуры и интенсивность упрочнения во времени
7. Динамическое напряжение сдвига t0, косвенно характеризующее прочностное сопротивление глинистого раствора течению, Па
8. Концентрация посторонних твердых примесей (условно принимаемых за песок) Сп, определяемая отношением количества всех грубодисперсных частиц независимо от их происхождения к общему количеству бурового раствора, %. Она характеризует степень загрязнения глинистого раствора
9. Содержание в глинистом растворе частиц породы, по своей природе не способных распускаться в воде, Соп — отмытый песок, %
10. Стабильность S0, г/см3, и седиментация S, %. Стабильность определяется разностью плотностей нижней и верхней частей отстоявшегося в течение определенного времени глинистого раствора. Она косвенно характеризует способность раствора сохранять свою плотность. Седиментация определяется количеством дисперсной фазы, отделившейся от определенного объема глинистого раствора в результате гравитационного разделения его компонентов за определенное время. Седиментация косвенно характеризует стабильность глинистого раствора.
11. Концентрация газа С0, %, определяемая объемом газа в единице объема глинистого раствора. Она характеризует степень разгазирования или вспенивания глинистого раствора
12. Концентрация твердой фазы Ст, %, определяемая отношением количества твердого вещества к общему объему глинистого раствора
13. Водородный показатель рН, характеризующий щелочность или кислотность глинистого раствора в условных единицах
14. Смазочная способность глинистого раствора
15. Удельное электрическое сопротивление ро, Ом • м
16. Концентрация коллоидных частицСк, %, определяемая отношением количества частиц размером менее 2 мкм кобщему количеству глинистого раствора. Она характеризует активную составляющую твердой фазы, наиболее влияющую на свойства бурового раствора
17. Температура t°С