Регулирование физико-химических свойств промывочных жидкостей

РЕГУЛИРОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПРОМЫВОЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ

Основные причины изменения свойств промывочной жидкости в процессе бурения — увеличение концентрации твердой фазы за счет частиц разбуренных пород, механическое и физико-химическое диспергирование этих частиц, поступление пластовых вод и газов, растворение пород, увеличение с глубиной температуры и давления, бактериальное воздействие.

В очистной системе удаляются от 50 до 90 % массы частиц разбуренных пород; остальные наиболее тонкодисперсные фракции этих частиц остаются в промывочной жидкости. На смачивание их расходуется часть дисперсионной среды: чем больше поверхность частиц твердой фазы, тем больше расход дисперсионной среды на смачивание. Поэтому по мере накопления твердой фазы и роста удельной поверхности ее в результате диспергирования частиц возрастают реологические свойства промывочной жид­кости, изменяются фильтратоотдача и толщина корки. Эти изме­нения происходят особенно интенсивно при разбуривании высоко­коллоидальных глинистых пород с применением промывочной жидкости на водной основе.

Если в промывочную жидкость на водной основе попадает пресная вода, уменьшаются показатели реологических свойств, статическое напряжение сдвига, возрастает водоотдача, ухудша­ется стабильность. Более сложно на свойства такой жидкости воздействие минерализованных пластовых вод. Увеличение водосодержания должно способствовать разжижению промывоч­ной жидкости. Но между глинистыми частицами и ионами мине­рализованной воды происходят обменные химические реакции. Поэтому если водосодержание промывочной жидкости увеличи­вается незначительно, а минерализация возрастает умеренно, возможна гидрофильная коагуляция, в результате которой уменьшается толщина гидратных оболочек на глинистых части­цах, возрастают статическое напряжение сдвига, условная вяз­кость, водоотдача и толщина фильтрационной корки. Если же минерализация возрастает сильно, возможна полная нейтрали­зация зарядов глинистых чешуек и флокуляция их в крупные агрегаты; при этом суспензия расслаивается на твердую и жид­кую фазы, утрачивает тиксотропные свойства, ее водоотдача воз­растает еще больше.

С увеличением температуры уменьшается пластическая вязкость промывочных жидкостей и возрастает фильтратоотдача; статическое и динамическое напряжение сдвига глинистых суспензий, как правило, возрастают. Глинистые суспензии, обработанные кальцием, при температуре свыше 130 °С могут затвердевать в результате образования гидроалюмосиликатов кальция при реакциях кальция с глиной и кремнеземом.

Увеличение давления мало сказывается на свойствах жидкости на водной основе, если она не газирована. В случае же жид­костей на углеводородной основе с увеличением давления плот­ность, вязкость, динамическое напряжение сдвига возрастают тем значительнее, чем выше температура.

В большинстве случаев для бурения используют химически обработанные промывочные жидкости на водной основе. Причи­ной ухудшения их свойств может быть также разложение химических реагентов при повышении температуры выше некоторого предела либо под воздействием бактерий.

Необходимость регулирования в процессе бурения свойств промывочной жидкости может быть вызвана рядом причин: изменением с глубиной состава горных пород и насыщающих их жид­костей, коэффициентов аномальности пластовых давлений или индексов давлений поглощения; ростом температуры и другими неблагоприятными факторами.

Регулировать свойства можно либо изменением концентрации и дисперсности твердой фазы, либо обработкой специальными химическими реагентами, либо при одновременном использовании этих способов. Прежде чем вводить дополнительное количество или новый компонент дис­персной фазы (либо химреагент), следует удалить из промы­вочной жидкости излишнюю твердую фазу, в том числе тонко­дисперсную, сверх того количества, которое необходимо для сох­ранения стабильности системы, удержания тяжелых частиц во взвешенном состоянии при остановках циркуляции и формирования малопроницаемой фильтрационной корки в стенках сква­жины. Дополнительные компоненты необходимо вводить в цир­кулирующую жидкость равномерно в течение одного или нескольких полных циклов циркуляции и лишь после того, как она прошла через механизмы очистной системы.

Плотность промывочной жидкости можно повышать, увеличивая или плотность дисперсионной среды за счет растворения в ней солей, или концентрацию дисперсной фазы. Первый способ используют в основном в тех случаях, когда разбуривают хемогенные породы. В других случаях применение его весьма ограничено из-за плохой совместимости солей с бентонитами и хими­ческими реагентами.

Второй способ более универсален. В качестве тяжелых компонентов дисперсной фазы (утяжелителей) используют тонкоизмельченные бариты плотностью примерно 4200, карбонаты (сидерит, доломит, мел) плотностью от 2600 до 3900, железные руды (гематит, магнетит) плотностью от 4100 до 5200, галенит плотностью 6800 кг/м³, атакже малоколлоидальные глины. Утяжелители не должны содержать водорастворимых солей и быть абразивными.

Чтобы частицы утяжелителя надежно удерживались во взвешенном состоянии в промывочной жидкости, их поверхность должна хорошо смачиваться дисперсионной средой. Целесообразно перед вводом утяжелителя в промывочную жид­кость на водной основе смачивать его водным раствором гидрофилизирующего ПАВ, способствующего уменьшению вязкости и водоотдачи, а в жидкость на углеводородной основе — раствором гидрофобизующего ПАВ в нефтепродукте.

При бурении вязкость утяжеленной промывочной жидкости постепенно возрастает за счет увеличения концентрации в ней тонкодисперсных фракций разбуренных пород. Поэтому периодически жидкость разбавляют дисперсионной средой, а для поддержания заданной плотности добавляют новые порции утяжели­теля. Уменьшить общий расход утяжелителя на бурение скважины можно, если из скапливающегося на буровой избыточного объема утяжеленной жидкости извлекать с помощью гидроцик­лонного сепаратора наиболее ценные фракции утяжелителя и использовать их для утяжеления остальной промывочной жидкости. Регулирование реологических, тиксотропных и фильтрацион­ных свойств жидкостей на водной основе основано на изменении концентрации и фракционного состава дисперсной фазы и обработке химическими реагентами.

Причиной нежелательного изменения свойств промывочной жидкости может быть коагуляция под действием солей, поступающих с частицами разбуренных пород и пластовыми жидкостями.

Гидрофильная коагуляция возможна также при разбуривании цементного камня, так как он содержит катионы кальция и магния. В этом случае обычно достаточно обработать суспензию реа­гентом, способным связывать такие катионы с образованием нерастворимых соединений.

Фильтрационные свойства ухудшаются с увеличением содержания свободной воды, грубо и среднедисперсных твердых частиц и частиц сферической формы. Улучшить эти свойства можно добавлением небольшого количества высококачественного бентонита или другого материала, элементарные частицы кото­рых имеют форму плоских чешуек коллоидных размеров. Коркообразующую способность промывочной жидкости для разбуривания трещиноватых пород можно улучшить добавлением некоторого количества волокнистых (например, асбест) и крупнозернистых прочных материалов. Зерна и волокна таких добавок образуют на входе в трещины своеобразные мостики, уменьшают просвет в трещинах, а тонкие чешуйки закупоривают эти просветы.

Если причиной ухудшения реологических и фильтрационных характеристик является высокая температура в скважине, то необходимо либо заменить реагенты-понизители водоотдачи и разжижители, которыми была обработана промывочная жидкость, на более термостойкие, либо добавить реагент-термостабилизатор, который способен предотвратить разложение указанных выше реагентов.

В интервале 400-1000 м породы в своем составе содержат наибольший объем коллоидальных глин. Для предотвращения наработки бурового раствора рекомендуется использовать рецептуры:

1. глинистая суспензия + ГКЖ;
2. глинистая суспензия + НТФ;
3. POLY KEM D + KEM PAS + НТФ

Данная обработка позволяет предотвратить переход глинистых частиц из разреза скважины в буровой раствор.

В интервале 1000-1900 м возможно разжижение глинистого раствора вследствие водопроявлений сеноманской части разреза, поэтому рекомендуется использование стабилизированной суспензии, обработанной по рецептуре 1, 2, 3.

При бурении под кондуктор с использованием глинопорошка предусматривается добавка кальцинированной соды из расчета 0,2 кг/м проходки в процессе приготовления глинистого раствора для увеличения рН и степени набухания вновь вводимого глинопорошка.

При необходимости повышения условной вязкости, реологических показателей буровой раствор обрабатывается Гивпаном. Для увеличения рН в раствор добавляется каустическая сода из расчета 0,125 кг/м проходки, которая вводится в процессе циркуляции в течение 2-3 циклов.

Для месторождений, где в интервале бурения под кондуктор наблюдается склонность пород к интенсивным осыпям и обвалам, значение условной вязкости увеличивается до пределов: Т=60-80с за счет обработки раствора высококачественным бентонитом, высоковязким КМЦ, ПЭО и др.

При разбуривании цементного стакана производится обработка раствора, загразненного цементом, кальцинированной содой в количестве 0,2-0,3 кг/м проходки.

Дата добавления: 2015-07-13