ГЛАВА 3 Раздел 1

Буровые растворы

Буровые растворы

Принципы выбора бурового раствора для горизонтальных и вертикальных скважин одинаковы. Однако при выборе промывочной жидкости для горизонтальных скважин не­которые факторы требуют к себе более пристального внимания и более детальной прора­ботки. Такими факторами являются:

• Гидравлическая программа

• Смазочные свойства раствора

• Реологические свойства

• Толщина фильтрационной корки и опасность возникновения прихватов, вызван­ных дифференциальным давлением

• Регулирование содержания твердой фазы в буровом растворе

• Загрязнение продуктивного пласта

• Устойчивость стенок скважины

• Вынос шлама и размыв стенок скважины

Одним из наиболее надежных методов выбора бурового раствора для горизонталь­ных скважин является использование такого раствора, который успешно работал при бу­рении соседних вертикальных или наклонных скважин. Такой раствор служит хорошей основой для выбора. Однако для горизонтальных скважин потребуется его модифицирова­ние.

Труднее всего обеспечить вынос шлама на участке скважины с зенитным углом 45-60⁰ при большом диаметре ствола. В этих участках часто бывает трудно обеспечить турбу­лентный режим течения промывочной жидкости и это может обусловить необходимость применения бурового раствора с повышенными реологическими свойствами.

Компьютерные программы для расчета крутящего момента и сил натяжения могут быть средством диагностики. Можно использовать для оценки степени очистки ствола скважины от шлама. Крутящий момент и осевые силы сопротивления можно уменьшить путем применения бурового раствора с хорошими смазочными свойствами и одновремен­ного регулирования фильтратоотдачи и коркообразования. Хорошая очистка ствола от шлама также обуславливает уменьшение крутящего момента и осевых сил сопротивления. Этому способствует вращение бурильной колонны и периодические промывки при подъ­еме инструмента.

В горизонтальных скважинах продуктивный пласт дольше подвергается воздейст­вию бурового раствора. Следовательно, необходимо уделять больше внимания сохране­нию коллекторских свойств пласта, регулированию содержания и состава твердой фазы в буровом растворе, регулированию водоотдачи раствора.

Все вышеперечисленные факторы взаимосвязаны и требуют комплексного подхода. Применение качественного бурового раствора, надлежащая гидравлическая программа, эффективная методика очистки скважины от шлама, тщательное проектирование - вот не­которые основные моменты, обеспечивающие успешное бурение горизонтальных сква­жин.

Гидравлическая программа

Составление гидравлической, программы бурения - это всегда поиск компромисса в выборе параметров с целью оптимизации процесса и удовлетворения определенных кри­териев. Такими критериями могут быть гидравлическая мощность, реализуемая ^ насадках долота, работа забойного двигателя, работа системы измерений в процессе бурения, сила удара струи бурового раствора, выходящей из насадок долота, минимальный размыв сте­нок скважины и т.п.

Оптимизировать все гидравлические параметры по каждому критерию невозможно, поскольку все параметры взаимосвязаны. Наиболее важными критериями являются обес­печение максимальной скорости проходки и совершенной очистки скважины. Необходимо установить, что вероятнее всего создаст наибольшие трудности: высокая твердость разбу­риваемых пород, снижающая скорость проходки, или вынос шлама. От этой дилеммы за­висит выбор решения, оптимизировать ли гидравлику долота с целью эффективной транс­портировки шлама или силу удара струи жидкости о поверхность забоя. После того, как решение принято, нужно определить наибольший зенитный угол (на участие набора зе­нитного угла) и механическую скорость проходки для участка с этим зенитным углом. Это определит наихудшие условия для выноса шлама. Затем нужно выбрать забойный двига­тель и систему измерения забойных параметров на основе ограничений по величине рас­хода промывочной жидкости и давления, характерных для этих инструментов. Совер­шенно очевидно, что имеется несколько диапазонов расхода жидкости и давления, при ко­торых возможно эффективное бурение скважины.

Традиционные гидравлические программы не учитывают следующие моменты:

• Тот факт, что реальные буровые растворы не подчиняются точно различным гид­равлическим моделям (бингама, степенной и т.п.)

• Влияние температуры и давления на реологические свойства раствора

• Искривление скважины

• Неровности ствола (во всех моделях стволы скважины рассматриваются как гладкий цилиндрический канал)

• Вращение бурильной колонны и способность ее вызывать спиральное течение рас­твора

• Эксцентричное положение бурильной колонны в скважине

Учет перечисленных факторов представляет серьезную задачу для горизонтального бурения. В значительной мере гидравлическая программа для горизонтальной скважины будет определять успешность ее бурения. Решению этих задач посвящены обширные ис­следования и некоторые фирмы разработали компьютерные программы на основе резуль­татов их исследований. Однако большинство разработок несовершенны, поскольку они построены для вертикальных скважин.