Лекции ХТБР ГБ,БГБ-08 / л-1

2

1. БУРОВые и тампонажные растворы В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ строительства СКВАЖИН

1.1. Цель и задачи курса.

1.2. Назначение буровых и тампонажных растворов.

1.2.1. Буровые растворы.

Промывочная жидкость или буровой раствор - важнейший элемент технологии бурения, в значительной мере определяющий стоимость, технико-эконо­мические показатели и качество строительства скважин. Одна­ко главное - то, что его свойства и режимы течения являются основными управляющими факторами в процессе бурения скважин.

Современные способы бурения пред­полагают циркуляцию бурового раствора в скважине - тече­ние от насосов по колонне бурильных труб к забойному двига­телю и долоту, а затем обратно от забоя по кольцевому прост­ранству к очистным устройствам и вновь к насосам. На забое буровой раствор обогащается обломками выбуренной породы, от которой освобождается в очистных устройствах. По техно­логической необходимости или организационным причинам циркуляция может прерываться, в результате чего раствор остается в покое.

К буровым растворам предъявляют ряд требований, обус­ловливающих как их качество, так и функциональное назна­чение.

Буровой раствор должен выполнять следующие основные функции:

1) быть экологически безопасным, устойчивым к воздейст­вию электролитов, кислых газов, высокой температуры и дав­ления; иметь стабильные во времени свойства; противостоять переходу выбуренной породы (растворение, диспергирование) в его состав;

2) предупреждать осложнения в необсаженном стволе сква­жины;

3) обеспечивать качественное вскрытие продуктивных пластов;

4)создавать благоприятные условия для разрушения забоя долотом;

5)выносить шлам на поверхность, освобождаясь от него на очистных устройствах;

6. передавать гидравлическую мощность забойным двигателям;

6. облегчать спуско-подъемные операции;

7. обеспечивать возможность проведения геофизических исследований.

Для выполнения этих многочисленных и часто противоречи­вых требований буровой раствор должен обладать рядом спе­цифических свойств, которые в современной прак­тике оценивают комплексом показателей.

Основные из них следующие:

1. Плотность бурового раствора. От нее зависит противодавление на стенки скважины и флюиды, находящиеся в порах пласта, а также скорость бурения. Неправильный выбор плотности может привести к осложнениям (осыпи, обвалы, поглощение промывочной жидкости, нефтегазопроявления, прихваты инструмента и т.д.)

2. Вязкость (эффективная, пластическая, условная). От нее зависит гидродинамические давления в скважине. Неправильный выбор может привести к значительным осложнениям.

3. Прочность структуры, характеризуемая статическим напряжением сдвига. От нее зависит способность промывочной жидкости удерживать и выносить выбуренную породу.

4. Фильтрационные свойства. Характеризуют способность раст­вора отфильтровываться через стенки ствола скважины и образовывать на них фильтрационную корку.

5. Стабильность бурового раствора характеризуется количеством дисперсной фазы, выделившей­ся из определенного объема раствора в результате гравитаци­онного разделения компонентов за известное время.

Большинство указанных свойств определяются составом бурового раствора - концентрациями твердой фазы С_т._ф, глины С_г, утяжелителя С_у, коллоидной гли­нистой фазы С_к._ф, реагента С_р, частиц шлама С_ш и фильтрата (концентрация ионов кальция, магния, калия, натрия, хлора общая минерализация; рН).

1.2.2. Тампонажные растворы.

Тампонажные или цементные растворы предназначены для:

- для герметизации пространства между стенкой скважины и обсадной колонны;

- для защиты обсадной колонны от действия агрессивных пластовых сред;

- для ……

- для ….

Для успешного выполнения казанных функций тампонажные растворы должны обладать рядом спе­цифических свойств, которые в современной прак­тике оценивают комплексом показателей.

Основные из них следующие:

1. Прокачиваемость, позволяющая …..

2. Способность быстро формировать искусственный камень;

3. Прочность полученного камня;

4. Непроницаемость полученного камня.

5.

1.3. Классификация буровых промывочных и тампонажных растворов.

1.3.1. Буровые растворы

Ни один из известных буровых растворов не отличается универ­сальностью, т.е. не может успешно выполнять все перечисленные функции одновременно, поэтому применяются различные раство­ры, отличающиеся составом, свойствами и областью применения. Существует множество различных классификаций буровых растворов, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки. То же самое можно сказать и о названиях растворов, которые многие авторы определяют по типу вводимого полимера или понизителя вязкости, например, полимерглинистый, лигносульфонатный и т.д., что совершенно не оправдано, так как они входят в состав большин­ства растворов на водной основе. Поэтому целесообразно название раствора определять по его наиболее характерному признаку, отра­жающему наличие специальных добавок, позволяющих успешно бурить в осложненных условиях. Рассмотрим классификацию А.Я.Рязанцева , кото­рая показана в табл. 1.1.

Таблица 1.1 Классификация буровых растворов

Класс	Тип
Глинистые и меловые растворы общего назначения	1. Естественные пресные и слабоминерализованные нестабилизированные 2. Средне- и высокоминерализованные нестабилизированные 3. Пресные и слабоминерализованные стабилизированные 4. Средне- и высокоминерализованные стабилизированные 5. Растворы для многолетнемерзлых пород 6. Карбонатно-глинистые
Глинистые растворы специального назначения	7. Известковые 8. Гипсовые 9. Хлоркальциевые 10. Малосиликатные 11. Калиевые 12. Глицериновые 13. Малоглинистые 14. Недиспергирующие малоглинистые
Безглинистые	15. Недиспергиующие 16. Полимерсолевые 17. Растворы электролитов (солей) 18. Гидрогели солей 19. Вода
Растворы на углеводородной основе	20. Известково-битумные 21. Инвертные эмульсии
Газообразные	22. Аэрированные 23. Пены 24. Воздух

1.3.2. Тампонажные растворы

Тампонажные материалы относятся к вяжущим вещества. Это порошкообразные материалы моно или полиминерального состава, которые при взаимодействии с водой или растворами солей способны образовывать искусственный камень.

Классификация вяжущих веществ

а) По способу затвердевания:

1. Вяжущие воздушного твердения. Они способны твердеть и длительно сохранять свою прочность только на воздухе (эти материалы не водостойки). К ним относят: гипсовый, известь, магнезиальный цемент.

2. Вяжущие гидравлического твердения. Они способны твердеть и длительно сохранять прочность, как на воздухе, так и в воде. К ним относят: портландцемент, глиноземистый цемент, шлаковый цемент.

3. Вяжущие автоклавного твердения. Они способны твердеть только при высоких температурах. К ним относят: известково-кремнеземистые цементы.

б) По механизму твердения:

1. Гидратационного твердения. Эти вяжущие способны твердеть при взаимодействии с водой. К ним относят: все виды вяжущих цементов.

2. Коагуляционного твердения. У этих вяжущих упрочнение происходит за счет удаления воды. К ним относят: глинистые пасты.

3. Полимеризационного твердения. У данных вяжущих упрочнение происходит за счет полимеризации. К ним относят:

- органические вяжущие - смолы

- неорганические (минеральные) вяжущие - водорастворимые силикаты щелочных металлов (жидкое стекло, силикатный клей).

В основу классификации тампонажных растворов положены свойства растворов и получаемого камня и условия применения тампонажных растворов.

В частности растворы классифицируются по:

- температуре применения

для низких и нормальных температур, °С 15-50

для умеренных температур 51 -100

для повышенных 101-150;

- плотности получаемого раствора (кг/м³)

облегченные (Об) 1350-1650

нормальные 1650-1950

утяжеленные (Ут) 1950-2350;

- коррозионной стойкости цементного камня;

- виду вяжущего (портландце­мент, шлакопортландцемент, глиноземистый, гипсоглиноземистый, магнезиальный, гипсовый, цементы на основе водорастворимых силикатов, полимерорганические цементы);

- виду применяемых добавок и т.д.

Многолетний опыт показал, что, несмотря на существенные отличия между собой, промывочные и тампонажные растворы относятся к дисперсным системам. Именно дисперсные системы, благодаря целому ряду присущих им специфических свойств в наибольшей степени удовлетворяют требованиям, предъявляемым к буровым и тампонажным растворам.