Лекция 1. Буровые растворы. Их назначение, классификация и области применения

Понятие «буровой раствор» охватывает все рабочие агенты, используемые для разрушения пород и удаления выбуренной породы из ствола скважины.

Что же такое буровой раствор? Это, например, вода, заливаемая в ствол при бурении шнековым буром; воздух, нагнетаемый для выдувания шлама из шпура; утяжеленный глинистый раствор, применяемый в разведочных скважинах, чтобы устранить возможность выброса при разбуривании пластов с высоким давлением; пена, используемая для выноса шлама из скважины, которую бурят на воду в ледниковых отложениях: сложная промывочная система, приготовляемая на основе нефти с применением эмульгаторов, стабилизирующих и структурирующих реагентов, для разбуривания пластов, содержащих коррозионноагрессивные газы с температурами, превышающими 260 ^OС.

Можно было бы привести много других примеров использования буровых растворов, но и приведенных вполне достаточно, чтобы продемонстрировать широту спектра их применения.

Буровой раствор - это неотъемлемый элемент технологии бурения. Технология промывки ствола скважины непосредственно связана с такими науками как геология, химия, физика, а также с инженерными расчетами. Целью разработки и использования буровых растворов является успешное заканчивание каждой скважины при минимальных расходах. Совершенствование технологии промывки скважин внесло существенный вклад в добычу нефти и газа. Причиной появления новых материалов для буровых растворов и совершенствования технологии их применения стали проблемы , которые необходимо было решать. Такие проблемы, как сохранение природных ресурсов, повышение безопасности в бурении, снижение стоимости благодаря экономии времени и материалов, привели к признанию бурового раствора в качестве одного из решающих факторов, определяющих успех многих буровых работ.

Главные компоненты буровых растворов

Системы буровых растворов классифицируются по составу дисперсионной среды, которой могут служить вода, нефть или нефтепродукты и газ (таблица).

Когда главным компонентом является жидкость (вода, нефть или нефтепродукты), термин буровые растворы относится к суспензии твердых веществ в этой жидкости - это буровые растворы на водной или углеводородной основе.

Одновременное присутствие обеих жидкостей (воды и нефти) приводит к образованию эмульсии при условии перемешивания и наличия соответствующего эмульгатора. От химической природы эмульгатора зависит тип образующейся эмульсии: «нефть в воде», которую обычно называют нефтеэмульсионным раствором, или «вода в нефти», которую обычно называют «инвертной» эмульсией.

Вода была первым буровым раствором и все еще остается главной составляющей большинства буровых растворов. Вода может содержать несколько растворенных веществ: щелочи, соли и поверхностно-активные вещества, органические полимеры, капли эмульгированной нефти, а также различные нерастворимые вещества: барит, глина, выбуренная порода, находящиеся во взвешенном состоянии.

В буровых растворах на углеводородной основе в качестве дисперсионной среды служат нефть или нефтепродукты, чаще всего это дизельное топливо. Так как в таком растворе неизбежно присутствие воды (попадает в процессе бурения), углеводородная фаза должна содержать водоэмульгирующие добавки. Если воду добавляют специально, растворы на углеводородной основе называют инвертноэмульсионными растворами (ИЭР). В такой раствор вводят различные добавки, повышающие вязкость, несущую способность, а также барит. Эмульгированная вода может содержать щелочи и соли.

Буровые растворы на газовой основе можно подразделить на следующие категории:

• сухой газ;

• влажный газ, в котором капельки воды или глинистого раствора перемещаются потоком воздуха;

• пена: пузырьки воздуха окружены пленкой воды, содержащей стабилизирующее пену вещество;

• загущенная пена содержит упрочняющие пленку материалы: полимеры или бентонит.

Наиболее широкое применение нашел воздух, иногда природный газ, выхлопные газы.