содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..

§ 5. ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ БУРОВОГО РАСТВОРА

Химическая обработка буровых растворов специальными реагентами обусловлена требованиями технологии проводки глубоких скважин. Эти требования прежде всего заключаются в нормировании вязкости, водоотдачи, структурно-механических показателей, плотности, влияния промывочных сред на буримость, вскрытие и освоение продуктивных пластов.

Задачей химической обработки буровых растворов является получение таких рецептур, которые обеспечили бы приготовление дешевых и эффективных растворов для массового бурения, а также систем растворов для промывки скважин в сложных условиях бурения.

Наиболее широко используются глинистые растворы на водной основе. От буровых растворов требуется обеспечение безаварийного бурения, повышение буримости, улучшение механической скорости бурения и проходки на долото. Особое внимание при этом следует обращать на нормирование их плотности и содержания в них твердой фазы, повышение которых отрицательно сказывается на буримости горных пород. Однако снижения плотности бурового раствора еще не достаточно, чтобы существенно повлиять на технические показатели бурения. Из практики бурения глубоких скважин известно, что растворы с равными величинами плотности, вязкости и водоотдачи, часто по-разному влияли на буримость из-за различного содержания в них твердой фазы и характера химической обработки.
 

Применяемые в бурении как органические, так и неорганические химические реагенты служат в основном для физикохимического регулирования вязкости, водоотдачи, реологических свойств как в обычных условиях, так и при высоких температурах забоя скважины. Рассмотрим влияние химической обработки на буримость горных пород.

Наилучшими по буримости горных пород химическими реагентами являются те, которые способствуют понижению реологических показателей буровых растворов при высоких скоростях сдвига и обеспечивают структурирование при низких скоростях сдвига в затрубном пространстве. Таким условиям обычно соответствуют полимерные и полимерглинистые буровые растворы с низким содержанием твердой фазы, содержащие 0,15—0,3% полиэлектролита (КМЦ, метас, ПАА и др.), а также биополимеры (кельцан, ксантан и др.) [44, 70].

Существует большая группа химических реагентов — понизителей вязкости: УЩР, ТЩР, НГР, СНГР, ОГР, ССБ, ФХЛС, ХЛС, окзил, нитролигнин, лиоксид, лифонит, игетан, сунил и другие, снижающие вязкостные свойства буровых растворов, содержащих до 30—40% глинистой фазы и 40—70% утяжелителя. Однако практикой их эксплуатации в промысловых условиях не выявлено заметного влияния на повышение буримости горных пород. Это, по-видимому, объясняется тем, что реагенты применялись большей частью для растворов с повышенным содержанием твердой фазы, в которых сложно выявить влияние химического реагента на буримость породы. Однако несомненно, что реагенты— понизители вязкости оказывают положительное влияние на улучшение буримости горных пород долотом, поскольку, понижая вязкость и структурно-механические свойства глинистых растворов, они способствуют более совершенной промывке забоя и очистке его от выбуренной породы. Эти реагенты полезны при применении гидромониторных долот, так как, понижая вязкостные свойства растворов, они способствуют более полной реализации гидромониторного эффекта на забое скважины.

Вторая, наиболее широко используемая группа химических реагентов для обработки буровых растворов, — это реагенты — понизители водоотдачи (КМЦ, гипан, метас, крахмал, КССБ, М-14, оксиэтилированная целлюлоза и др.). Эти реагенты применяются в рецептурах для сложных условий бурения, в глинистых сланцах, хемогенных отложениях, а также при высоких забойных температурах [35].

За последние годы резко изменились представления о влиянии химических реагентов и буровых растворов на процесс бурения, буримость горных пород и заканчивание скважин. На первый план выдвигаются физико-химическое взаимодействие компонентов буровых растворов с горными породами, их влияние на процесс разрушения породы на забое, стабилизацию ствола скважины, качество вскрытия и освоения продуктивных пластов и т. д.
 

Влияние реагентов — понизителей водоотдачи на процессы разрушения горных пород окончательно еще не выяснено. Одни исследователи считают, что обработка растворов реагентами — понизителями водоотдачи стимулирует разрушение горных пород, другие утверждают, что она понижает буримость [1, 2, 70].

Влияние реагентов-стабилизаторов (понизителей водоотдачи) на буримость горных пород связывают обычно с величиной водоотдачи и выравниванием перепада давления на забое.

Существует мнение, что с понижением водоотдачи бурового раствора буримость породы снижается. Так, X. К. Дарлей считает, что при малой водоотдаче бурового раствора в начальный момент фильтрации возникает давление в призабойной зоне, которое удерживает выбуренную породу на забое и затрудняет ее удаление в затрубное пространство. Накопление выбуренной породы на забое вызывает снижение проходки на долото, механической скорости бурения, приводит к сработке долота из-за многократного измельчения разрушенной породы на забое скважины [93].

Ф. Янг и К. Грей, изучая в лабораторных условиях взаимосвязь механической скорости бурения с действующим перепадом давления под долотом, установили, что большие по величине перепады возникают в породах с высокой проницаемостью и возрастают по мере уменьшения водоотдачи бурового раствора  И. Эккель считает, что буровые растворы с низкой водоотдачей снижают механическую скорость бурения вследствие высокой их вязкости. Однако В. Хорнер и др. не установили надежного соотношения между водоотдачей и вязкостью и их влиянием на буримость горных пород. Ф. Янг [100] считает, что снижение водоотдачи во всех случаях приводит к снижению буримости большинства пород, вызванному возникновением под долотом высоких перепадов давлений при понижении водоотдачи, особенно при обработке крахмалом и лигносульфонатами.

Существует мнение, что влияние буровых растворов на технические показатели бурения определяется числом Рейнольдса. В связи с этим буровые растворы должны иметь как можно меньшие вязкость и статическое напряжение сдвига. Эти условия выполняются при обработке растворов реагентами — понизителями вязкости, а также реагентами-стабилизаторами.

Весьма противоречивые мнения о влиянии химических реагентов на технологические показатели бурения вызваны тем, что этот вопрос детально не изучался и специально не ставилась задача оценки влияния химической обработки буровых растворов на буримость горных пород. Однако следует отметить, что все реагенты, относящиеся к поверхностно-активным веществам, в той или иной мере влияют на разупрочнение горных пород как понизители твердости.

В растворах с высоким содержанием твердой фазы трудно установить, как химический реагент изменяет буримость горной породы, поскольку отрицательное влияние содержания твердых

частиц в растворе на разупрочнение породы не может быть компенсировано положительным действием химического реагента. Однако известно, что водные растворы полимеров существенно улучшают технические показатели бурения. Так, М. Ш. Акмулин, К. Ф. Жи-гач показали, что применение в качестве промывочной жидкости водного раствора КМЦ увеличивает проходку на долото на 45— 5096 и уменьшает удельную работу разрушения горной породы на 27—45% по сравнению с промывкой водой [1]. Такие же результаты дают полимерные растворы на основе акриловых реагентов (метаса, ГПАА и др.) [43].

С целью улучшения технических показателей бурения в последние годы стали применять полимерные и полимерглинистые буровые растворы, хотя и имеются трудности, связанные с их очисткой, необходимостью повышения их термостойкости свыше 120° С, солестойкости и устойчивости к действию ионов кальция и др.