5. Технология буровых растворов на углеводородной основе

Буровые растворы на углеводородной основе были разработаны для устранения недостатков водных суспензий, которые обусловлены способностью воды (водных фильтратов) растворять соли в разрезе скважины, взаимодействовать с пластовыми флюидами в пористой среде, разрушать и диспергировать глинистые породы, вызывать коррозию ин­струмента и тому подобное. В этих случаям применение углеводород­ных систем имеет значительное преимущество с учетом того, что они обладают повышенной смазочной способностью, повышенными температу­рами кипения и замерзания. Однако, применение их существенно огра­ничено как высокой стоимостью, так и проблемами экологического ха­рактера. Тем не менее в ряде случаев (как, например, при подсчете запасов) их использование необходимо при соблюдении определенных правил.

Буровые растворы на углеводородной основе подразделяются на безводные суспензии с диспергированной твердой фазой и обратные (гидрофобные, обращенные, инвертные) эмульсии.

5.1. Безводные углеводородные растворы.

К безводным углеводородным растворам относятся применяемые в отечественной практике известково-битумные растворы (ИБР) и загу­щенные нефти. Безводные углеводородные растворы типа ИБР применяют для бурения и вскрытия продуктивных пластов в особо сложных геологических условиях, а загущенные нефти - при низких температурах для бурения небольших интервалов и вскрытия продуктивных горизонтов с пластовым давлением ниже гидростатического. Структурообразование и стабилизация безводных углеводородных систем осуществляются различными нефтерастворимыми ПАВ, органофильными глинами и углеводородонабухающими полимерами и активными наполнителями. Водная фаза в та­ком растворе присутствует в качестве вспомогательного компонента для гашения извести. Аналогичные системы используются в зарубежной практике бурения.

5.1.1. Выбор исходных компонентов для приготовления безводных суспензий.

Основная рецептура, используемая для вскрытия продуктивных пластов и бурения в сложных геологических условиях, состоит из сле­дующих компонентов:

- нефть или дизельное топливо - до 65%;

- окисленный битум или органофильная глина - 12-20%;

- известь (пушонка) - 18-20%;

- поверхностно-активные вещества - 1,5-2,0%;

- вода - до 3%.

Выбор нефти для приготовления безводной суспензии осущес­твляется по содержанию ароматических углеводородов и температуре вспышки. Содержание ароматических углеводородов определяют по тем­пературе, при которой происходит взаимное растворение углеводород­ной жидкости и анилина, взятых в равных количествах (анилиновая точ­ка). Если эта температура составляет 68,5^оС, то такую нефть можно использовать для приготовления раствора.

Нефть чаще всего заменяют дизельным топливом марок ДЛ (летнее) и ДЗ (зимнее) по ГОСТ 4749-73, содержащим определенное количество ароматических углеводородов. Дизельное топливо марки ДЛ имеет сле­дующие характеристики: температура вспышки – 61^оС и температура замерзания – (-10)^оС. Дизельное топливо марки ДЗ - соответственно 50^оС и (-45)^оС.

Высокоокисленный битум играет роль структурообразователя и обеспечивает низкую фильтрацию до температуры 100-120^оС. Опти­мальное соотношение в битуме между асфальтенами и смолами должно находиться в пределах 2.5:1.

Одним из важных достижений в технологии промывки скважин с использованием буровых растворов на углеводородной основе было создание композиций с глинами, способными образовывать в углеводородной фазе гели, аналогичные бентонитовым суспензиям. Такие органофильные глины получают обработкой гидрофильного материала алифатическими аминами, имеющими в цепи более 12 атомов углерода. В результате реакции замещения в кристаллической решетке бентонитов об­язуются органо-минеральные комплексы, взаимодействующие с углеводородной жидкостью. За рубежом окисленный битум и органофильную глину в некоторых случаях заменяют алкиламмонийгуматами.

Негашеная известь активностью не ниже 50% используется для ре­гулирования структурно-механических свойств, для повышения термостабильности бурового раствора и ускорения его приготовления. Опти­мальное соотношение между известью и битумом составляет от 1:1 до 1:2. Требуемое количество извести (в кг) для связывания свободной воды подсчитывается по формуле:

Q = 3,ll V b / a (18),

где 3,11 -постоянный коэффициент; V - объем раствора в м³; b - содержание воды в растворе в %; а - содержание активной окиси кальция в негашеной извести в %.

Поверхностно-активные вещества, в качестве которых используют­ся анионоактивные ПАВ (например, сульфонол), предназначены для гидрофобизации твердой фазы (утяжелителя, частиц выбуренной породы) и регулирования структурно-механических свойств растворов.

Вода предназначена для гашения извести. Требуемое количество воды (в кг) рассчитывается по формуле:

b = Q a / 3,11 (19).

Кроме основных компонентов для регулирования структурно-меха­нических свойств ИБР добавляют 0,5-2% СМАД.