Техника и технология бурения нефтяных и газовых скважин

В состав менее устойчивых пен вводят 0,5−10 г/л пеноообразующего ПАВ, остальное вода.

Всесторонне пенную систему можно охарактеризовать следующими основными свойствами:

пенообразующей способностью (вспениваемостью) − объемом пены (в мл), или высотой ее столба (в мм), который образуется из постоянного объема раствора при соблюдении определенных условий в течение данного времени;

кратностью пены β − отношением объема пены Vï к объему раствора Væ, который требуется для ее образования, т.е. β = Vï/Væ;

стабильностью (устойчивостью) пены − временем существования определенного объема пены;

дисперсностью − средним размером пузырьков или распределением пузырьков по размерам;

механическими свойствами − относительной плотностью, зависящей от соотношения жидкой и газовой фаз, которая может колебаться от 0,5ρ (где ρ − плотность жидкости) до 0, и прочностью структуры (СНС).

Наиболее распространен в промышленности диспергационный способ получения пен, при котором пена образуется в результате интенсивного совместного диспергирования пеноообразующего раствора и воздуха.

Технологически это осуществляется действием движущихся устройств (перемешивающих мешалок) на жидкость в атмосфере газа, эжектированием воздуха движущейся струей раствора, пропусканием струи газа через слой жидкости (в барботажных или аэрационных установках).

ТЯЖЕЛЫЕ ЖИДКОСТИ

Тяжелые жидкости − растворы (или рассолы) солей (преимущественно галогенидов щелочных или щелочно-земельных металлов) или их смесей, не содержащие твердых частиц, с добавкой или без добавки полимеров, ограничивающих фильтрацию.

Основное назначение тяжелых жидкостей − вскрытие продуктивных горизонтов, заканчивание и глушение скважин с давлениями в продуктивных пластах, превышающими гидростатическое, с целью предотвращения кольматации продуктивного пласта. При этом (по зарубежным данным) в 2−5 раз увеличивается его нефтеотдача.

В качестве тяжелых жидкостей в зависимости от требуемой плотности могут использоваться хлориды натрия и кальция, а также бромид кальция. Некоторые свойства этих солей и их насыщенных растворов приведены ниже.

Основные показатели свойств тяжелых жидкостей в соответствии с их назначением − плотность (в зависимости от пластового давления) и показатель фильтрации (9−15 см3/30 ìèí).

119

Рис. 6.5. Простейшая схема приготовления бурового раствора

Рис. 6.6. Схема блока приготовления раствора

В настоящее время в отечественной практике широко используют прогрессивную технологию приготовления и утяжеления буровых растворов из порошкообразных материалов. Технология основывается на применении серийно выпускаемого оборудования: блока приготовления раствора (БПР), выносного гидроэжекторного смесителя, гидравлического диспергатора,

121

Рис. 6.7. Схема работы блока:

1 − силос; 2 − фильтр; 3 − загрузочная труба; 4 − разгрузочное устройство; 5 − система аэрирования; 6 − аэродорожка; 7 − подводящий шланг; 8 − гидросмеситель

Для осуществления такого технологического процесса описанное выше оборудование обязывают в единую систему (рис. 6.8).

Приготовляют новую порцию раствора в последней емкости ЦС, на которой устанавливают гидроэжекторные смесители с воронками и гидравлический диспергатор. Буровые насосы обязывают с блоками приготовления раствора таким образом, чтобы они могли подавать раствор в диспергатор по линии высокого давления, а в гидроэжекторные смесители − по линии низкого давления. Схема движения жидкости может быть следующей:

а) емкость ЦС − буровой насос − линия высокого давления через задвижку 6 − гидравлический диспергатор − емкость ЦС;

б) емкость ЦС − буровой насос − линия высокого давления через задвижку 6 − диспергатор − гидроэжекторный смеситель − емкость ЦС;

в) емкость ЦС − буровой насос − линия низкого давления через задвижку 11 − гидроэжекторный смеситель − емкость ЦС;

г) емкость ЦС − буровой насос − линия низкого давления через задвижку 11 − емкость ЦС.

123

Рис. 6.8. Современная технологическая схема приготовления бурового раствора:

1 − приемная воронка; 2 − растворопровод; 3 − блок очистки; 4, 10 − перемешивающие устройства, соответственно гидравлические и механические; 5 − промежуточная емкость; 6, 11 − задвижки высокого и низкого давления соответственно; 7 − емкость с поперечным желобом; 8 – буровые насосы; 9 – приемная емкость; 12 − гидравлический диспергатор; 13 − бункер блока приготовления раствора; 14 − аэрирующее шиберное устройство; 15 − разгрузочное пневматическое устройство; 16 − площадка; 17 − гидросмеситель; 18 − воронка; 19 − фильтр

Первый этап приготовления бурового раствора − это расчет компонентного состава. Для водоглинистого раствора обычно используют два-три компонента: глинопорошок и воду; глинопорошок, воду и порошкообразный барит. Количество глинопорошка для получения неутяжеленной водоглинистой суспензии выбирают в соответствии с табл. 6.5, количество глинопорошка и порошкообразного барита (в кг) для получения 1 м3 утяжеленной суспензии − в соответствии с табл. 6.6.

Второй этап − приготовление водоглинистой суспензии. В емкость ЦС заливают воду в количестве, примерно равном половине объема приготовляемой порции раствора.

На гидроэжекторном смесителе устанавливают штуцер в соответствии с подачей насосов:

Воздух для аэрации порошка в бункере БПР подают в течение 5−7 мин при давлении воздуха 0,02−0,03 МПа.

Буровой насос включают по схеме емкость − гидравлический диспергатор − гидроэжекторный смеситель − емкость. При этом значение давления на выкиде насоса должно составлять 13−15 МПа, а вакуума в камере эжекторного гидросмесителя − не менее 0,02 МПа.

После предварительной аэрации открывают воздушный вентиль и подают воздух в гофрированный рукав БПР. Таким способом регулируют зна-

124

Ò à á ë è ö à 6.5

Выход бурового раствора из глинопорошка

Глина модифицирована кальцинированной содой.

чение вакуума в камере гидроэжекторного смесителя в пределах 0,008− 0,012 МПа.

Затем открывают запорную заслонку разгрузочного отверстия бункера, и вводят в циркулирующую воду через эжекторный гидросмеситель расчетное количество глинопорошка, после чего запорную заслонку закры-

П р и м е ч а н и е. В числителе количество глины, в знаменателе − барита.

125

пензию разбавляют водой до расчетного объема и тщательно перемешивают.

При необходимости приготовления утяжеленного раствора выполняют третий этап − утяжеление приготовленной водоглинистой суспензии. Все элементы операций с порошкообразным баритом аналогичны описанным выше. Процесс утяжеления заканчивается перемешиванием раствора после введения в него расчетного количества барита. Интенсивность утяжеления водоглинистой суспензии регулируют значением вакуума в камере эжекторного гидросмесителя с помощью воздушного вентиля.

В некоторых районах нашей страны для приготовления буровых растворов еще применяют установки УПР-Р-2, гидравлические мешалки ГДМ-1 конструкции Я.П. Герасимова, лопастные глиномешалки ГМ-4.

Дальнейшее совершенствование приготовления эмульсионных и суспензионных систем идет по пути интенсификации взаимодействия компонентов. Для этой цели в последние годы разработаны и начали успешно применяться диспергаторы ДГ-2 и ДШ-100.

Диспергатор ДГ-2 предназначен для диспергирования твердой и эмульгирования жидкой фаз буровых растворов и других жидкостей специального назначения при их приготовлении, а также обеспечивает сокращение расхода материалов и ускорение приготовления и утяжеления буровых растворов (рис. 6.9).

Техническая характеристика: принцип измельчения компонентов раствора − гидравлический, «струя в струю»; рабочее давление на входе в диспергатор 10−14 МПа; пропускная способность 40−100 м3/ч; габариты 1190Ч750Ч280 мм; масса 190 кг.

Для тех же целей предназначен и диспергатор ДШ-100 (рис. 6.10). В отличие от ДГ-2 ДШ-100 используется при работе с насосами низкого давления.

Техническая характеристика: принцип измельчения компонентов раствора − гидромеханический; рабочее давление на входе в диспергатор 0,3− 0,4 МПа; пропускная способность 80−100 м3/ч; габариты 600Ч250Ч400 мм; масса 50 кг.

Преимущества ДШ-100 состоят в следующем: низкая энергоемкость процесса диспергирования, безопасность работ, сокращение расхода материалов, простота обслуживания и эксплуатации.

ОЧИСТКА БУРОВОГО РАСТВОРА ОТ ШЛАМА

Для очистки бурового раствора от шлама используется комплекс различных механических устройств: вибрационные сита, гидроциклонные шламоотделители (песко- и илоотделители), сепараторы, центрифуги. Кроме того, в наиболее благоприятных условиях перед очисткой от шлама буровой раствор обрабатывают реагентами-флокулянтами, которые позволяют повысить эффективность работы очистных устройств.

В составе циркуляционной системы аппараты должны устанавливаться по следующей технологической цепочке: скважина − газовый сепаратор − блок грубой очистки от шлама (вибросита) − дегазатор − блок тонкой очи- стки от шлама (песко- и илоотделители, сепаратор) − блок регулирования содержания и состава твердой фазы (центрифуга, гидроциклонный глиноотделитель).

127