БТЖ и ФРГП на весну 16 года / БТЖ - лекции_2015 / СулакшинЧубик

4.9.1.6. Газообразные агенты

Использование газообразных агентов вместо промывочных жидкостей или пневматического способа удаления продуктов разрушения вместо гидравлического позволяет:

1. Существенно увеличить механическую скорость бурения (в 4–5 раз в твердых и в 2–3 раза в мягких породах) и проходку на долото (в 2–5 раз).

Столь существенные преимущества продувки объясняются следующим:

• практически отсутствует статическое давление на забой скважины

(ρг = 0,6…18 кг/м3);

• происходит более интенсивная очистка забоя вихревым (высокотурбулентным) потоком огромной скорости.

2.Сохранить естественные свойства отбираемого керна, так как исключается его размыв, растворение, загрязнение.

3.Без осложнений проходить зоны, катастрофически поглощающие буровой раствор.

4.Существенно увеличить продуктивность пластов с низким пластовым дав-

лением.

4.Исключить набухание, растворение и обвалы горных (глинистых) пород, естественная структура которых нарушается при контакте с буровым раствором на водной основе.

5.Успешно бурить интервалы ММП и льда (теплоемкость воздуха в 4 раза ниже теплоемкости воды, поэтому его легко и быстро можно охладить до нулевой и даже до отрицательной температуры).

6.Улучшить условия труда буровой бригады (отпадает необходимость в приготовлении промывчоной жидкости и растворов химических реагентов, не нужна циркуляционная и очистная системы, не перемерзает нагнетательная система и т.

д.).

7.До минимума снизить техногенную нагрузку на окружающую природную

среду.

Несмотря на перечисленные достоинства и высокую эффективность (производительность буровых работ возрастает в 1,5–2 раза), объемы бурения с использованием пневматического способа удаления продуктов разрушения весьма незначи-

тельны (≈1–2 %).

Объясняется это тем, что газообразные агенты имеют и целый ряд существенных недостатков:

1.Увеличивается стоимость наземного оборудования. Для бурения с продувкой необходимы компрессор высокого давления, специальные нагнетательная и выкидная линии, пылесборники, влагомаслоотделитель, КИП и т. д. Кроме этого продувка возможна только при роторном способе бурения.

2.Повышается износ бурильных труб вследствие окислительного действия газообразной среды (при использовании в качестве очистного агента сжатого воздуха), отсутствия архимедовой силы, абразивного действия смеси «газ + шлам», высоких значений коэффициента трения.

3.Отсутствует возможность регулирования противодавления на вскрываемые пласты, в связи с чем значительно возрастает опасность флюидопроявлений, сложно бурить в потенциально неустойчивых породах.

321

4.Значительно осложняется бурение при притоках в скважину воды. В этом случае шлам становится влажным, налипает на буровой инструмент и стенки скважины, в результате чего образуются сальники. При незначительных водопритоках производят гидрофобизацию контактирующих поверхностей непрерывными добавками ПАВ (0,1–0,2 % к предполагаемому объему притока воды).

5.Ограничивается возможность проведения геофизических работ. Для проведения электрокаротажа и перфорирования обсадной колонны скважина должна быть заполнена жидкостью.

Вывод: газообразные агенты экономически целесообразно использовать при проходке зон катастрофического поглощения, интервалов ММП и льда, бурении в безводных и засушливых районах, вскрытии продуктивных горизонтов с низким пластовым давлением (со строгим соблюдением правил безопасности).

При наличии в разрезе газо- и нефтесодержащих пластов в качестве очистного агента необходимо применять природный газ и лучше всего от газовых магистралей промысла. При отсутствии газопровода обычно применяют азот или отработанный газ, полученный от ДВС, утановленных на буровой.

4.9.2.Гетерогенные (многофазные) буровые растворы

4.9.2.1.Глинистые растворы

Широкое применение глинистых растворов обусловлено:

1)относительной доступностью и дешевизной основного сырья для их приготовления;

2)их особыми, в какой-то мере универсальными, свойствами:

•способностью образовывать малопроницаемую фильтрационную корку на стенках скважины;

•способностью удерживать во взвешенном состоянии частицы выбуренной породы и утяжелителя;

•возможностью регулирования реологических, структурно-механических и фильтрационных свойств в весьма широком диапазоне.

Ниже приведено описание нескольких современных систем глинистых раство-

ров.

Система SPERSENE («Сперсен») относится к классу наиболее распространенных глинистых растворов.

Обычно содержит небольшое количество широко известных компонентов (табл. 4.10), проста в приготовлении и обработке, не требует использования специального оборудования для приготовления и обслуживания. Благодаря гибкой рецептуре может быть приготовлена на пресной, морской, пластовой или минерализованной воде. Как правило, используется при бурении верхних интервалов скважины. Может легко конвертироваться в другую систему.

322

4.9.2.3. Ингибированные промывочные жидкости

Общее назначение – бурение скважин в глинистых и глиносодержащих породах, которые теряют устойчивость и диспергируются при взаимодействии с дисперсионной средой обычных промывочных жидкостей на водной основе.

Основные разновидности ингибированных промывочных жидкостей: известковые, гипсоизвестковые, хлоркалиевые, гипсокалиевые, хлоркальциевые, малосиликатные, алюмокалиевые.

Обязательный компонент – реагенты-ингибиторы, замедляющие гидратацию, набухание и диспергирование глин.

Общими компонентами для всех перечисленных выше видов ингибированных промывочных жидкостей являются глина, вода, смазочные добавки, пеногасители (кроме малосиликатного).

Известковые промывочные жидкости

Назначение – бурение в неустойчивых глинистых отложениях, склонных к осыпям, обвалам и набуханию.

Содержание Ca2+ в фильтрате – 300…500 мг/л. Ввод Ca(OH)2 в пределах от 2 до 25 кг/м3 в виде пушонки или известкового молока.

Двойной механизм ингибирования: перевод Na-глин в кальциевые, модифицирование поверхности глин (образование гидрокальциевых алюминатов и силикатов).

Недостатки: ограниченная солестойкость (до 5 % по NaCl), невысокая термостойкость – от 100 ºС (при высоких значениях рН) до 160 º С (при низких значениях рН), несовместимость с Na2CO3, Na2PO4, CaCO3.

Гипсоизвестковые промывочные жидкости

Назначение: бурение в разрезах, содержащих набухающие, гидратирующие глины и аргиллиты; вскрытие заглинизированных продуктивных пластов при забойных температурах до 160…180 ºС (коэффициент восстановления проницаемости до 0,9).

Содержание Ca2+ в фильтрате – 700…3000 мг/л. Ввод CaSO4 2H2O до

20…25 кг/м3.

Преимущества перед известковыми буровыми растворами: более высокая солеустойчивость и более высокий ингибирующий эффект.

Хлоркалиевые промывочные жидкости

Назначение: бурение в неустойчивых глинистых сланцах различного состава, вскрытие заглинизированных гранулярных продуктивных пластов (коэффициент восстановления проницаемости до 0,95).

Содержание реагентов-носителей К+: KCl – от 30 до 50 кг/м3; KOH – от 5 до

10 кг/м3.

Оптимальные значения рН = 9–10. Термостойкость от 100 до 200 ºС. Преимущество перед кальциевыми буровыми растворами (носителями Ca2+) –

проще стабилизируются (нет разжижителей). Недостаток – сложность проведения ГИС (УЭС < 0,2 Ом м).

325

Гипсокалиевые промывочные жидкости

Назначение: разбуривание слабоустойчивых высококоллоидальных глин и глинистых пород преимущественно натриевого типа, вскрытие заглинизированных продуктивных пластов (коэффициент восстановления проницаемости 0,95–0,98).

Содержание ингибирующих добавок: KCl – от 10 до 30 кг/м3; CaSO4 2H2O –

от 10 до 15 кг/м3; KOH – от 5 до 10 кг/м3.

Термостойкость – до 160 °С.

Преимущество перед хлоркалиевыми буровыми растворами – более высокое ингибирующее действие. Недостаток – трудности с интерпретацией результатов ГИС.

Хлоркальциевые промывочные жидкости

Назначение: бурение в высокопластичных глинах, набухающих глинистых сланцах и неустойчивых аргиллитоподобных отложениях (в Ca-глинах ингибирующий эффект минимален). Изменение проницаемости пород приствольной зоны – незначительное.

Содержание реагентов-поставщиков ионов Ca2+: СaCl2 (кристаллогидрат) – от

10 до 20 кг/м3; Ca(OH)2 – от 3 до 5 кг/м3.

Недостатки: низкая термостойкость (100…120 °С), несовместимость с Na2CO3, Na2O nSiO2, УЩР, акриловыми полимерами, сульфонолом и др.

Малосиликатные промывочные жидкости

Назначение – повышение устойчивости стенок скважин при бурении в осыпающихся аргиллитах и глинистых сланцах.

Содержание жидкого стекла (натриевого или калиевого) – от 20 до 40 кг/м3. Механизм ингибирующего действия: адсорбция на глинистых породах с обра-

зованием гидрогеля кремниевой кислоты, цементирующего стенки скважины. Оптимальные значения рН – от 8,5 до 9,5. Термостойкость – до 200 °С. Недостатки: несовместимость с нефтью; низкий коэффициент восстановления

проницаемости продуктивных пластов (не более 0,64).

Алюмокалиевые промывочные жидкости

Назначение – разбуривание аргиллитов, малоувлажненных и увлажненных высококоллоидальных глин.

Содержание реагентов-поставщиков К+: KАl(SO)4 – от 3 до 5 кг/м3; KOH – от 1 до 3 кг/м3.

Двойной механизм ингибирования: К+ (см. хлоркалиевые промывочные жидкости); образование в растворе гидроокиси алюминия, которая, адсорбируясь на стенках скважин и шламе, препятствует диспергированию глинистых пород.

Оптимальные значения рН – 8–9.

Недостаток – сложность проведения электрометрических работ.

Ниже приведено краткое описание современных систем ингибированных промывочных жидкостей.

Система DURATHERM («Дюратерм») разработана для бурения в условиях высоких давлений и температур (до 260 °С) (табл. 4.14). Обеспечивает высокое ингибиро-

326

вание глинистых пород. Содержит незначительное количество активной твердой фазы. Устойчива к загрязнению ионами кальция, а также в присутствии солей и кислых газов.

Система SILDRIL («Силдрил») относится к промывочным жидкостям на основе высоких силикатов (табл. 4.16). При стоимости, сопоставимой с хлоркалиевыми промывочными жидкостями, система «Силдрил» имеет высокое удельное сопротивление, позволяющее проводить электрокаротаж в открытом стволе, и обладает более высокими экологическими показателями. Кроме того, силикатные растворы позволяют стабилизировать диспергирующиеся и осыпающиеся глинистые породы, где хлоркалиевые растворы малоэффективны. Система «Силдрил» заметно превосходит системы на основе гликолей по уровню ингибирования, обладает существенно меньшей стоимостью, сопоставима с ними по величине удельного сопротивления и несколько уступает по уровню показателя фильтрации и смазывающей способно-

сти (табл. 4.17).

Таблица 4.15

Значения показателей свойств не утяжеленной системы «Дюратерм» (API)

327

Система CALDRIL («Кэлдрил») – полимерная система на основе хлорида кальция. В системе «Кэлдрил» применяяется уникальный инкапсулирующий полимер CAL-CAP, который работает в тандеме с ингибирующей природой раствора хлорида кальция, предотвращая диспергирование глинистых частиц и их переход в промывочную жидкость (табл. 4.18).

328

В качестве основы для системы «Кэлдрил» применяется раствор хлористого кальция плотностью 1080…1200 кг/м3, плотность промывочной жидкости может находиться в диапазоне от 1100 до 1738 кг/м3 (табл. 4.19)

Система ULTRADRIL («Ультрадрил») относится к высокоингибированным промывочным жидкостям на водной основе (табл. 4.20) и разработана в качестве альтернативы существующим растворам на углеводородной основе для бурения в активно гидратирующихся, осыпающихся глинистых породах в регионах со строгими экологическими ограничениями (табл. 4.21).

Система K-MAG («Кей-МАГ») разработана для бурения в условиях, где требуется ингибирование глинистых пород, обеспечение стабильности стенок скважин и по экологическим соображениям невозможно применение хлористого калия.

329

Источником ионов калия в системе «Кей-МАГ» служат реагенты на основе лигнита – К-17 и ХР-20, на основе ацетата калия К-52, а также гидроксид калия

(табл. 4.22).

Экономическая эффективность системы снижается при увеличении концентрации хлорид-ионов более 15 000 мг/л, требуется жесткий контроль за количеством и качеством твердой фазы.

4.9.2.4. Соленасыщенные промывочные жидкости

Назначение: бурение скважин в солевых отложениях, чередующихся с пропластками глин.

Состав:

•солеустойчивая глина (палыгорскит, дружковская глина; местные, в том числе буровые глины);

•вода, в том числе пластовая (минерализованная);

•соль(до300…400 кг/м3): припроходкеоднородныхтолщгалита– NaCl; припро- ходкекалийно-магниевыхсолей– карналлит(KMgCl3 6H2O) илибишофит(MgCl2 6H2O);

330