Основная функция буровой жидкости в процессе бурения скважины
Функции бурового раствора
1. Вымывание разрушенной породы от устья.
2. Раствор является рабочим агентом приводящим в действие забойный двигатель и другой забойный инструмент.
3. Разрушение породы на устье.
4. Планируемый гидроразрыв пласта.
5. Удержание стенок скважины от обвала.
6. Смазка бурильного инструмента в работе.
7. Доставка специальных пачек раствора.
Основными функциями промывки скважин являются очистка забоя от разрушенной долотом породы и вынос шлама из скважины. Чем быстрее удаляются осколки породы с забоя потоком бурового раствора, тем эффектнее работает долото.
Для улучшения очистки забоя на практике увеличивают вязкость бурового раствора или его подачу к забою. Наиболее предпочтителен второй метод.
Регулировать скорость выноса шлама из скважины можно, изменяя подачу насосов, плотность и вязкость бурового раствора.
Плотность бурового раствора должна быть такой, чтобы совместно с другими технологическими факторами и приемами можно было обеспечить достаточное противодавление на проходимые пласты, но в то же время она не должна заметно ухудшать условия работы долота и эксплуатационные характеристики продуктивных горизонтов и приводить к осложнениям.
Плотность также является одним из основных факторов, обеспечивающих устойчивость стенок скважины, однако при этом становится все более опасным другой вид осложнений – поглощения бурового раствора. Поэтому на практике для повышения устойчивости стенок скважины регулируют одновременно плотность, показатель фильтрации, соленость бурового раствора с целью уменьшения проникновения фильтрата бурового раствора в поры породы за счет фильтрации, осмоса и др.
Важное технологическое качество бурового раствора – удержание находящихся в нем частиц во взвешенном состоянии, особенно в перерывах циркуляции. При росте реологических характеристик бурового раствора его удерживающая способность повышается. Однако при этом увеличиваются энергетические затраты и затраты времени на циркуляцию, возникают значительные колебания давления в скважине при спускоподъемных операциях.
При промывке должны быть обеспечены отделение и сброс шлама на вибрационных ситах, в гидроциклонах, отстойниках и т.д. В противном случае шлам будет поступать в скважину, засорять ее и ухудшать условия работы долота. Для удовлетворительного отделения шлама от бурового раствора следует стремиться к минимизации показателей реологических свойств бурового раствора, однако при этом не должна ухудшаться его удерживающая способность.
Буровой раствор должен обладать смазывающей способностью. Смазывая поверхность труб, опоры долота, гидравлическое оборудование, раствор способствует уменьшению энергетических затрат на бурение, сокращению аварий с бурильными колоннами, что особенно важно при роторном бурении. Однако при большом содержании смазывающих добавок заметно снижается механическая скорость проходки, особенно при бурении долотами истирающего типа. Следовательно, содержание смазочных добавок в буровом растворе должно быть также оптимальным.
burovoeremeslo.ru
Функции буровых растворов - Бурение и водоснабжение
Буровой раствор выполняет следующие основные функции:
Вынос шлама
Шлам — это маленькие обломки породы, получаемые в результате работы породоразрушающего инструмента. Они должны быть подняты на поверхность по затрубному пространству.
Контроль пластового давления
Многие горные породы содержат нефть, газ или другие жидкости под давлением. Если давление, создаваемое столбом бурового раствора неудовлетворительное, то эти флюиды могут оказаться на поверхности. Если это случается в неконтролируемый момент, то результатом является «открытый фонтан».
Поддержание стабильного ствола скважины номинального диаметра
Для того, чтобы бурение протекало гладко, ствол скважины должен быть стабилен и иметь правильный диаметр (номинальный).
Для этого есть два пути:
Стабильность ствола скважины
Некоторые горные породы подвержены отрицательному воздействию воды. Сланцы, содержащие глинистые минералы могут набухать или диспергировать. Соленосные отложения могут быть растворимы. Буровой раствор должен быть разработан таким образом, чтобы свести к минимуму все эти воздействия.
Некоторые отложения также неустойчивы к механическому воздействию и необходимо, чтобы буровой раствор «поддерживал» их и предотвращал процессы образования оползней в стволе скважины или осыпания стенок.
Регулирование водоотдачи
Так как скважины обычно бурятся с превышением давления (т.е. давление бурового раствора превышает пластовое давление), то буровой раствор входит в проницаемые пласты, такие как: песчаники, алевриты или мел.
Размер частиц твердой фазы в буровом растворе обычно является достаточным для образования фильтрационной корки на поверхности этих отложений, которые затем оказываются закрытыми для проникновения фильтрата. С течением времени эта фильтрационная корка утолщается.
Толстые фильтрационные корки нежелательны потому, что они могут препятствовать проведению СПО и могут также привести к дифференциальному прихвату. Соответственно, многие буровые растворы обработаны таким образом, чтобы снизить водоотдачу и ограничить нарастание фильтрационной корки.
Охлаждение и смазка долота
Любая жидкость (включая воздух) всегда будет обладать этой функцией. Тем не менее, очистка и смазка долота зависят от типа бурового раствора.
Некоторые пласты могут становиться липкими при контакте с водой и как результат происходит «сальникообразование на долоте» и следовательно очень сильно снижает скорость проходки.
Смазка бурильной колонны
Плохая смазка приводит к высокому крутящему моменту, особенно в направленных скважин. Это может быть причиной понижения скорости вращения и как следствие снижение работоспособности долота. В экстремальных случаях может произойти обрыв.
burenieinfo.ru
Функции буровых растворов | FluidsPro
Функции буровых растворов характеризуют задачи, выполняемые буровыми растворами, хотя не все функции находят свое применение при бурении различных скважин. Степень значимости той или иной функции раствора определяется состоянием скважины и тем, какая операция проводится в данный момент. Среди основных функций растворов можно перечислить следующие:
1. Удаление выбуренной породы из скважины.
2. Контроль пластового давления.
3. Удерживание выбуренных частиц во взвешенном состоянии.
4. Кольматирующая способность.
5. Поддержание устойчивости ствола.
6. Минимизация повреждения коллекторских свойств продуктивного пласта.
7. Охлаждение, смазка и поддержание долота и буровой компоновки.
8. Передача гидравлической энергии на инструмент и долото.
9. Обеспечение правильной оценки параметров продуктивного пласта.
10. Коррозионный контроль.
11. Повышение эффективности процесса цементирования и заканчивания.
12. Снижение воздействия на окружающую среду.
1. Вынос выбуренной породы из скважины
Выбуренные частицы, образующие в результате работы долота, должны удаляться из скважины. Для этого буровой раствор прокачивают по буровой колонне, через долото; при этом выбуренная порода улавливается и выносится вверх по кольцевому пространству на поверхность. Эффективность выноса выбуренного шлама (очистки ствола) зависит от размера, формы и плотности твердых частиц, скорости проходки, вращения бурильной колонны, а также от вязкости, плотности и скорости восходящего потока бурового раствора в кольцевом пространстве.
Вязкость. На эффективность очистки также существенное влияние оказывают вязкость и реология бурового раствора. При использовании низковязких растворов (например, воды) процесс осаждения частиц идет быстро, и поэтому их трудно удалить из скважины. Растворы с высокой вязкостью, напротив, ускоряют процесс выноса шлама на поверхность. Большинство буровых растворов являются тиксотропными. Это означает, что в статических условиях они загущаются. Данное свойство раствора позволяет удерживать частицы в состоянии взвеси при свинчивании инструмента и в процессе проведения других операций, когда раствор не циркулирует. Буровые растворы, разжижающиеся при сдвиге, и имеющие высокую вязкость при низкой скорости потока в кольцевом пространстве, обеспечивают наиболее эффективную очистку ствола скважины.
Скорость. Обычно, высокая скорость потока в кольцевом пространстве ускоряет вынос бурового шлама. Так, при использовании разжижающих растворов, высокие скорости могут привести к образованию турбулентного потока, который способствует эффективной очистке, но также может вызвать осложнения. Скорость, с которой частицы осаждаются в растворе, называют скоростью осаждения. Скорость осаждения частицы зависит от ее плотности, размера и формы, а также от вязкости, плотности и скорости потока бурового раствора. Частица будет вынесена на поверхность, если скорость потока в кольцевом пространстве превысит скорость осаждения частицы. Скорость, с которой частицы поднимаются вверх по кольцевому пространству, называется скоростью выноса. Для вертикальной скважины: Скорость выноса = Скорость потока в кольцевом пространстве — скорость осаждения(Примечание: Такие темы,как скорость осаждения, скорость выноса, зависимость эффективности выноса шлама от реологических и гидравлических свойств раствора, будут обсуждаться подробнее в другой главе.) Процесс выноса шлама в горизонтальных скважинах и скважинах с большим отходом забоя от вертикали, оказывается более затруднительным, чем в случае с вертикальными скважинами. Скорость выноса, определяемая для вертикальных скважин, не может применяться в отношении наклонных скважин, поскольку в этих скважинах шлам осаждается в нижней части ствола по направлению движения флюида, а не в противоположном направлении.
В горизонтальных скважинах выбуренная порода скапливается вдоль донной части ствола, образуя «шламовые подушки». Эти отложения препятствуют прохождению потока, увеличивают крутящий момент; их трудно удалить из скважины. Существует два способа борьбы с осложнениями, которые затрудняют очистку ствола в горизонтальных и наклонных скважинах, это:
a) Использование тиксотропных, разжижающихся при сдвиге растворов, с высокой вязкостью
при низкой скорости сдвига (LSRV) и создание ламинарного потока. Примером таких растворов могут служить биополимерные системы, на основе ксантановой смолы, и флокулированные бентонитовые системы, такие как растворы на основе смесей гидроксидов металлов (MMH),
Подобные системы растворов обеспечивают высокую вязкость с относительно плоским профилем скорости потока в кольцевом пространстве, а также очистку большей части ствола по разрезу скважины. В случае с утяжеленными растворами, процесс выноса шлама можно усовершенствовать
путем увеличения показателей вискозиметра Фанна при 3 и 6 об/мин (показатели LSRV) в 1-1½ раза от диаметра ствола в дюймах, и использовать наибольшую скорость ламинарного потока.
b) Использование высокой скорости потока и буровых растворов малой плотности для получения турбулентного потока. Турбулентный поток обеспечивает хорошую очистку и предотвращает осаждение частиц в процессе циркуляции, однако, при остановке циркуляции, шлам осаждается быстро. Данный подход подразумевает удержание взвеси твердых частиц турбулентностью и высокой скоростью потока в кольцевом пространстве. Наиболее эффективно применение неутяжеленных растворов с низкой плотностью для бурения в устойчивых породах. Однако эффективность подобной технологии может ограничиваться рядом факторов, такими как большой диаметр ствола, низкая скорость насосов, большие глубины, недостаточная целостность пласта и использование буровых насосов и скважинного оборудования, сдерживающих скорость потока.
Плотность. Растворы с высокой плотностью ускоряют процесс очистки путем увеличения выталкивающей нагрузки на выбуренную породу, способствуя ее удалению из скважины. По сравнению с растворами, обладающими низкой плотностью, данные системы растворов обеспечивают адекватную очистку ствола даже при низкой реологии и низкой скорости потока в кольцевом пространстве. Однако избыточная плотность раствора оказывает неблагоприятное воздействие на процесс бурения; никогда не следует увеличивать плотность в целях улучшения очистки ствола.
Вращение бурильной колонны. Высокая скорость вращения обеспечивает более эффективную очистку ствола, поскольку к потоку раствора в кольцевом пространстве добавляется элемент кругового движения. Выбуренные частицы, сосредоточенные у стенок скважины, благодаря этому винтовому (спиральному) потоку, начинают перемещаться в такие зоны кольцевого пространства, откуда они быстрее могут быть вынесены на поверхность.Вращение бурильный колонны — лучший метод, который можно применить, где это возможно, для удаления выбуренного шлама из горизонтальной скважины или скважины с большим углом отклонения.
2. Контроль пластового давления
Как уже отмечалось ранее, основой функцией бурового раствора является поддержание пластового давления, необходимого для успешного бурения. Обычно, с ростом пластового давления плотность раствора увеличивают за счет добавления барита. Это делается для того, чтобы уравновесить давление и обеспечить устойчивость ствола. Созданные условия будут препятствовать попаданию пластового флюида в скважину; пластовые флюиды, находящиеся под давлением, не вызовут выброса. Давление, образованное столбом бурового раствора, находящегося в статике (не циркулирующего) называется гидростатическим давлением, оно зависит от плотности раствора и фактической вертикальной глубины. Пластовый флюид не попадет в скважину в том случае, если гидростатическое давление столба раствора будет равно пластовому давлению или будет превышать его. П
fluidspro.ru
1. Функций бурового раствора.
Основной функцией бурового раствора является также очистка забоя от разрушенной долотом породы и вынос шлама из скважины. Чем быстрее удаляются потоком бурового раствора осколки породы с забоя, тем эффективнее работает долото. Требование удалять шлам с забоя — обязательное, так как в противном случае невозможно обеспечить углубление ствола скважины.
Для улучшения очистки забоя на практике увеличивают вязкость бурового раствора или его подачу к забою через насадки долота. Наиболее предпочтителен второй метод, так как увеличение вязкости раствора сопровождается снижением скорости бурения и ростом энергетических затрат. Однако и второй метод в каждом конкретном случае требует технико-экономического обоснования, так как при повышении скорости циркуляции интенсифицируется размыв стенок ствола, в результате чего увеличивается количество шлама в буровом растворе, растет каверзность ствола. Эти отрицательные явления приводят к снижению эффективности работы оборудования для очистки буровых растворов, увеличению затрат на ремонт насосов и вертлюгов, перерасходу материалов на приготовление и обработку буровых растворов, излишним энергетическим затратам, ухудшению качества крепления скважин.
Таким образом, величина подачи бурового раствора к забою скважины должна иметь технико-экономическое обоснование в соответствии с конкретными геолого-техническими условиями бурения и выбираться в оптимальных пределах.
Обязательное требование к процессу промывки скважин — выполнение функции транспортирования шлама на дневную поверхность. Очевидно, чем выше скорость циркуляции, плотность и вязкость бурового раствора, тем более интенсивно осуществляется гидротранспорт шлама от забоя на дневную поверхность. Поэтому регулировать скорость выноса шлама из скважины можно, изменяя подачу насосов, плотность и вязкость бурового раствора Но с увеличением вязкости и плотности раствора ухудшаются условия работы долота, возрастает гидростатическое и гидродинамическое давление на пласты, что может привести к поглощениям бурового раствора, другим осложнениям и даже авариям.
Несколько безопасней интенсифицировать гидротранспорт шлама на дневную поверхность, повышая скорость циркуляции в кольцевом пространстве. Однако и скорость циркуляции должна быть ограничена сверху, чтобы избежать размыва ствола, больших потерь напора, значительного превышения гидродинамического давления в скважине над гидростатическим.
Практические данные о скоростях и стоимости бурения скважин показывают, что существует некоторое оптимальное значение скорости циркуляции, при котором данный раствор в конкретных условиях удовлетворительно выносит шлам на дневную поверхность и не наблюдается его накопления в скважине до концентраций, затрудняющих процесс бурения. Таким образом, для удовлетворительной очистки ствола скважины от шлама должно быть выбрано оптимальное соотношение между подачей буровых насосов, плотностью и показателями реологических свойств раствора.
Основной параметр, обеспечивающий компенсацию пластового давления на границе со скважиной, — плотность бурового раствора, по мере увеличения которой безопасность проходки, как правило, повышается. В то же время с ростом плотности увеличивается дифференциальное давление на забое, повышается концентрация твердой фазы в буровом растворе, что может привести к заметному падению механической скорости проходки скважины и загрязнению продуктивных горизонтов.
Следовательно, плотность бурового раствора должна быть такой, чтобы совместно с другими технологическими факторами и приемами можно было обеспечить достаточное противодавление на проходимые пласты, но в то же время она не должна заметно ухудшать условия работы долота и эксплуатационные характеристики продуктивных горизонтов. Иными словами, в каждом конкретном случае должно выбираться оптимальное значение плотности бурового раствора.
Плотность также является одним из основных факторов, обеспечивающих устойчивость стенок скважины. С ее увеличением интенсивность осыпей и обвалов ствола, как правило, уменьшается, однако при этом становится все более опасным другой вид осложнений — поглощения бурового раствора. Поэтому на практике для повышения устойчивости стенок скважины регулируют одновременно плотность, показатель фильтрации, соленость бурового раствора с целью уменьшения степени проникновения фильтрата бурового раствора в поры породы за счет фильтрации, осмоса и др.
Однако осыпи — такой вид осложнений, которые обычно развиваются медленно и не всегда заметно препятствуют процессу бурения. В связи с этим в некоторых случаях экономически целесообразно отказаться от сложных химических обработок и утяжеления бурового раствора в ущерб устойчивости ствола. При этом сохраняются высокие скорости проходки и не тратится много времени на вспомогательные работы.
Следовательно, для предупреждения осыпей и обвалов стенок скважины с учетом возможности возникновения других видов осложнений и обеспечения высоких скоростей проходки ствола необходимо комплексно подходить к выбору оптимальной величины плотности.
Важное технологическое качество бурового раствора — удержание находящихся в нем частиц во взвешенном состоянии, особенно в перерывах циркуляции. При улучшении реологических характеристик бурового раствора его удерживающая способность повышается. Однако при этом возрастают энергетические затраты и затраты времени на циркуляцию, возникают значительные колебания давления в скважине при спускоиодъемных операциях, что может стать причиной возникновения различных осложнений.
При промывке должны быть обеспечены отделение и сброс шлама на вибрационных ситах, в гидр о циклонах, отстойниках и т.д. В противном случае шлам будет поступать в скважину, засорять ее и ухудшать условия работы долота. Для удовлетворительного отделения шлама от бурового раствора следует стремиться к минимизации показателей реологических свойств бурового раствора, однако при этом не должна ухудшаться его удерживающая способность В противном случае возникают проблемы, связанные с выпадением барита в циркуляционной системе и, следовательно, снижением плотности бурового раствора.
Таким образом, успешность процесса промывки скважин зависит от показателей реологических свойств бурового раствора, в первую очередь напряжения сдвига и вязкости.
Буровой раствор должен обладать смазывающей способностью. Смазывая поверхность труб, опоры долота, гидравлическое оборудование, раствор способствовал бы уменьшению энергетических затрат на бурение, сокращению аварий с бурильными колоннами, что особенно важно при роторном бурении. Поэтому желательно увеличивать содержание смазочных добавок в буровом растворе. Однако при большом содержании этих добавок заметно снижается механическая скорость проходки, особенно при бурении долотами истирающего типа. Возможно, это связано с отрицательным влиянием смазки на внедрение режущих кромок резцов долота в забой. Следовательно, содержание смазочных добавок в буровом растворе должно быть также оптимальным.
Охлаждение долота, бурильных труб, гидравлического оборудования способствует увеличению их долговечности и поэтому является также важной функцией промывки. Известно, что охлаждение омываемых деталей тем лучше, чем больше скорости циркуляции, ниже вязкость бурового раствора и выше его теплоемкость и теплопроводность. Однако регулирование этих показателей с целью улучшения условий охлаждения бурового инструмента и оборудования ограничено необходимостью выполнения предыдущих, иногда более важных, функций промывки скважины.
studfile.net
