9.2.2 Приготовление аэрированных глинистых промывочных жидкостей

В буровой практике применяются три способа аэрации глинистых промывочных жидкостей: механический (компрессорный); бескомпрессорный с использованием ПАВ и устройств эжекторного типа; комбинированный.

Компрессорный способ аэрации характерен тем, что в нагнетательную линию вводят сжатый воздух от компрессора через специальные устройства (тройники, смесители, аэраторы), как правило, снабженные обратным клапаном (шаровым, пластинчатым). Эти устройства, с одной стороны, способствуют барботированию воздуха в промывочную жидкость, а с другой — предотвращают попадание промывочной жидкости в ресивер компрессора при резком повышении гидравлических сопротивлений в колонне бурильных труб.

В практике бурения для получения аэрированных растворов используются передвижные компрессоры, развивающие, как правило, давление до 18-30 МПа (КПУ-180 и др.). Однако применение компрессорного способа аэрации ограничивается глубиной скважин, на которой потери напора при циркуляции промывочной жидкости не превышают давления, развиваемого компрессором.

Основные недостатки компрессорного способа аэрации: необходимость в создании компрессорного хозяйства; высокая стоимость приготовления I м³ промывочной жидкости; повышенная корро­зия бурильных труб и оборудования.

Бескомпрессорный способ аэрации характеризуется тем, что при бескомпрессорном приготовлении аэрированные глинистые промывочные жидкости получают или непосредственно в нагнетательной линии в процессе бурения или промывки скважины, или путем предварительной аэрации. Предварительная аэрация глинистой промы­вочной жидкости осуществляется посредством перемешивающих устройств горизонтального типа или с помощью бурового насоса. В первом случае емкость заполняют глинистой промывочной жид­костью с таким расчетом, чтобы лопасти мешалки выступали над ней не менее чем на 0,20-0,25 м, затем добавляют пенообразователь (при необхо­димости и структурообразователь), и смесь в течение 10-15 мин перемешивается. Глинистая про­мывочная жидкость аэрируется за счет захвата воздуха лопастями глиномешалки.

Аэрированную промывочную жидкость с помощью бурового насоса приготовляют следующим образом. В отстойник, заполненный, на 3/4 глинистой промывочной жидкостью, заливают пено- и структурообразователь и вручную перемешивают. Затем включают буровой насос, и через отводной шланг промывочная жидкость сбрасывается в этот же отстойник.

При предварительном приготовлении аэрированных жидкостей время перемешивания и их стабильная плотность зависят от вида и количества пенообразователя. Предварительная аэрация проста в исполнении, не требует специальных технических средств, однако при этом не совсем надежно регулируется плотность глинистой промывочной жидкости (воздухосодержание). Бескомпрессорная аэрация глинистой промывочной жидкости непосредственно в нагнетательной линии осуществляется с помощью специального смесителя эжекторного типа.

При бескомпрессорном способе невозможно получить высокую степень аэрации. При предварительной аэрации это обусловлено конструктивными особенностями буровых насосов, при использовании смесителей — ограниченными техническими возможностями их принципиальной схемы. При компрессорном способе аэрации промывочной жидкости с высокими структурно-механическими свойствами ухудшение работы насосов также может быть фактором, ограничивающим степень аэрации.

Ухудшение работы насосов обусловлено наличием в них пространства, примыкающего к рабочему объему цилиндров. В цикле нагнетания происходит сначала сжатие воздушной фазы и лишь затем промывочной жидкости; в цикле всасывания сначала расширяется воздушная фаза в объеме, примыкающем к цилиндру, и лишь при падении давления ниже атмосферного начнется процесс всасывания. При определенном содержании воздуха подача насоса может вообще прекратиться.

Из всех рассмотренных выше способов наиболее эффективным является компрессорный способ аэрации при использовании воды и других ньютоновских промывочных жидкостей.

Комбинированный способ приготовления аэрированных глинистых промывочных жидкостей является разновидностью компрессорного. При этом используются смесители эжекторного типа. Сжатый воздух от компрессора подается в камеру смешения, что позволяет повысить степень аэрации и использовать компрессоры при больших глубинах скважин. Известен также способ аэрации буровой промывочной жидкости путем последова­тельного соединения буровых насосов с промежуточным вводом воздуха от компрессора с невысо­ким рабочим давлением.