1 Введение.
Циркуляционная система буровых установок включает в себя наземные устройства и сооружения, обеспечивающую промывку скважин путем многократной пренудительной циркуляции бурового раствора по замкнутому кругу насос – забой скважины – насос. Многократная замкнутая циркуляция даетзначительную экономическую выгоду благодаря сокращения расхода химических компонентов и других ценных материалов, входящих в состав буровых растворов. Важно также отметить, что замкнутая циркуляция предотвращает загрязнения окружающей среды стоками бурового раствора, содержащие химически агрессивные и токсичные компоненты.
Циркуляционные системы буровых установок состоят из взаимосвязанных устройств и сооружений, предназначенных для выполнения следующих основных функций приготовления буровых растворов, очистки бурового раствора от выбуренной породы и других вредных примесей, прокачивания и оперативного регулирования физико механических свойств бурового раствора. В состав циркуляционной системы входят также всасывающие и напорные линии насосов, емкости для хранения раствора и необходимых для приготовления материалов, желоба, отстойники, контрольно-измерительные приборы и др. Циркуляционные системы монтируются из отдельных блоков, входящих в комплект поставки буровых установок. Блочный принцип изготовления обеспечивает компактность циркуляционной системы и упрощает ее монтаж и техническое обслуживание.
Важнейшие требования, предъявляемые к циркуляционным системам буровых установок это качественное приготовление, контроль и поддержания необходимых для данных геолого технических условий состава и физико-механическихсвойств бурового раствора. Привыполнении этих требований достигается высокие скорости бурения и в значительной мере предотвращаютя многие аварии и осложнения в скважине.
Буровой раствор циркулирует по замкнутой системе, т.е. раствор, закачиваемый в скважину, выходит из нее и снова должен закачиваться в скважину. Но параметры выходящего из скважины бурового раствора совсем не те, которые были при закачке. В нем будет выбуренная порода в виде отдельных частиц, а также часть породы, например глина, может растворяться в растворе. Кроме того, в раствор могут попасть минерализованные подземные воды и газ, а также могут воздействовать повышенная температура и давление, которые изменяют его физические свойства. В ряде случаев часть раствора поглощается пластами и при бурении приходится периодически добавлять свежий раствор.
Поэтому циркуляционная система буровой установки должна быть оборудована устройствами для очистки выходящего раствора газа, выбуренной породы, песка и ила, а очищенный раствор нужно восстанавливать, т. е. довести до требуемых вязкости, плотности, водоотдачи и других параметров, которыми он обладал до закачки в скважину. В ряде случаев в зависимости от буримых пород необходимо изменять свойства раствора.
2 Значение буровых растворов при бурении скважины
В результате бурения скважины на нефтегазоносных площадях должен быть создан долговечный, прочный изолированный канал, связывающий продуктивный горизонт с дневной поверхностью. Решающее значение при проводке скважины имеют буровые промывочные и тампонажные растворы. От их способности выполнять свои функции в различных геолого-технических условиях зависит не только эффективность буровых работ, но и срок службы скважины.
Тяжелые осложнения в процессе бурения, а в некоторых случаях ликвидации скважины, нарушение режима эксплуатации нефтяных и газовых месторождений,связанные со значительным ущербом народному хозяйству, могут быть обусловлены низким качеством буровых и растворов, отсутствием надежных методов и средств управления ими. Все это обуславливает целесообразность затрат на повышение качества этих систем.
Различают физические и химические свойства бурового раствора. В свою очередь, физические свойства делятся на термодинамические, коллоидно-реологические, фильтрационные, теплофизические и электрические (рис. 1).
Рис. 1 – Классификация основных свойств бурового раствора
Основная технологическая операция промывки скважины – прокачивание бурового раствора по ее стволу. Однако для выполнения этой операции необходимо реализовать вспомогательные операции: приготовление раствора, его утяжеление, обработку химическими реагентами, очистку от шлама и газа и др.
Технологическое оборудование для промывки скважины (рис 2) представляет собой ряд взаимосвязанных систем: приготовление и обработки бурового раствора, очистки его от шлама и газа, циркуляции. Каждая система включает ряд блоков или несколько единиц оборудования. Эффективность работы каждого блока зависит от качества работы всех систем.
Рис. 2 – Классификационная схема технологического оборудования для промывки скважины
Для обеспечения необходимых свойств буровые растворы обрабатывают химическими реагентами. Различают первоначальную обработку бурового раствора, когда его готовят к началу бурения, и дополнительную обработку для поддержания и ли изменения свойств в процессе проводки ствола скважины.
Обработка химическими реагентами приводится для обеспечения тех или иных качественных показателей, но основное ее назначение – стабилизация бурового раствора как дисперсной системы либо изменению структурнго-механических свойств этой системы.
Реагенты, применяемые для обработки буровых растворов, по характеру действия и назначению можно разделить на две группы: электролиты и защитные высокомолекулярные вещества. Кроме того, для регулирования свойств буровых растворов используют добавки, которые делятся на поверхностно-активные вещества, снижающее поверхностное натяжение на границе с газом и нефтью; пеногасители; утяжелители и смазочные добавки.