Наиболее распространенными и широко применяемыми в бурении являются
глинистые растворы на водной основе. Эти системы буровых растворов
состоят из жидкой фазы — воды и твердой — глины, мела, утяжелителя
(барита или гематита), тонкоизмельченной горной породы и т. д. Буровые
растворы на водной основе могут содержать до 36% глины и 50—75%
утяжелителя.
В зависимости от химической обработки и применяемых реагентов и добавок
они могут иметь специфическое название, например углещелочные,
утяжеленные, нефтеэмульсионные растворы и т. д. Однако общим компонентом
их является водная фаза.
По мере увеличения глубин бурения и усложняющихся в связи с этим условий
проводки глубоких скважин к глинистым растворам на водной основе
предъявляются повышенные требования, связанные с расширением их функций
в процессе бурения, заключающихся не только в обеспечении промывки
ствола скважины, но и в создании безаварийных условий бурения,
активизации буримости пород, в предупреждении возможных осложнений,
связанных с устойчивостью ствола при бурении в глинистых и солевых
отложениях.
Некоторые буровые организации, занимающиеся проведением неглубоких
скважин (1800—2000 м), в течение многих лет использовали для
приготовления буровых растворов местные комовые глины. Из таких глин
приготовляли буровые растворы на водной основе при бурении скважин в
Татарии, Башкирии, Среднем и Нижнем Поволжье, на Украине и в других
районах. Однако расход глины на приготовление 1 м3 раствора составлял
350—980 кг, а при наличии более грубых и гидрослюдистых глин
коалинитового типа он увеличивался до 1200—1800 кг. Такое количество
твердой фазы в буровом растворе уменьшало проходку на долото, повышало
их износ и снижало долговечность работы. Для обработки таких буровых
растворов требовался значительный объем химических реагентов:
пептизаторов, диспергаторов, защитных коллоидов, понизителей вязкости.
С увеличением глубин бурения до 3000—3800 м и более при вскрытии
отложений глин, аргиллитов, алевролитов обезвоженных и
метаморфизированных глинистых сланцев требования к составу, свойствам и
качеству растворов на водной основе резко возросли.
Возникла необходимость применения высококоллоидальных водных суспензий
глии, для приготовления которых требовались высокосортные бентонитовые
глинопорошки. Эти суспензии должны быть термо- и солестойкими, обладать
кинетической и агрегатной устойчивостью и низкими фильтрационными
свойствами. Для этого использовали высокомолекулярные защитные реагенты
— КМЦ, крахмал, гипан, метас, окзил и др. В противном случае возникали
серьезные осложнения в стволе скважины, вызванные обвалами, осыпями
пород, сужением стенок скважин, прихватами бурильного инструмента.
Применение качественных бентонитовых глинопорошков не только снизило
расход глиноматериалов на приготовление буровых растворов, но и
значительно сократило потребление химических реагентов и облегчило
условия регулирования реологических и фильтрационных свойств растворов.
Кроме того, это способствовало механизации процесса приготовления
растворов и их химической обработки.
В нашей стране выход глинопорошка из бентонитовых глин составляет 6—10
м3 на 1 т. В настоящее время во ВНИИБТ и ВНИИКРнефти разработаны и
внедряются активированные (модифицированные) бентонитовые глинопорошки,
позволяющие получать на 18 м3 раствора из 1 т глиноматериала. Перевод
заводов на новую технологию производства активированных глинопорошков
позволит значительно улучшить качество выпускаемых глиноматериалов и
высококоллоидальных буровых растворов, а также снизить расход
глиноматериалов на приготовление растворов.
Для улучшения свойств буровых растворов на водной основе кроме
глиноматериалов в СССР используется около 300 химических реагентов и
специальных добавок. Это свидетельствует о том, что уровень химизации
процесса бурения в нашей стране весьма высок, однако растущие из года в
год объемы бурения требуют увеличения количества выпускаемых
глинопорошков и химических реагентов, а также разработки новых их
модификаций, обеспечивающих бурение скважин в сложных геологических
условиях.
Химические реагенты и глиноматер налы используются в основном для
приготовления и повышения качества растворов на водной основе. Опыт
бурения глубоких скважин показывает, что для этих целей применяют
глинопорошки, комовые глины и выбуренные глинистые породы.
Однако и в СССР, и за рубежом стремятся создать малоглинистые,
полимергелистые и безглинистые буровые растворы, которые могли бы
обеспечить промывку глубоких скважин и предупредить вредное влияние
твердой фазы на технологические процессы бурения. Буровые растворы на
водной основе можно классифицировать по составу, природе и содержанию
твердых частиц (рис. 44).
Для получения ингибированных растворов к буровым
растворам добавляют ингибирующие компоненты: NaCI, СаС12, КС1, CaS04, Ва(ОН)2,
СгС13 и другие соли электролитов. В зависимости от типа электролита
ингибированные буровые растворы можно классифицировать по ингибирующему
компоненту, как это показано на рис. 45.
Указанные ингибированные буровые растворы на водной основе применяют для
промывки скважин при разбуривании глинистых
отложений, склонных к обвалам, осыпям, сужениям ствола,
кавернообразованию.
Рассмотренные глинистые растворы на водной основе за исключением
малоглинистых и полимерглинистых обычно содержат большое количество
твердой фазы, отрицательно влияющей на буримость пород, очистку забоя,
механические скорости бурения и качество вскрытия продуктивных пластов.
Для улучшения физикохимических и технологических свойств таких буровых
растворов используют различные химические реагенты: понизители вязкости,
пептизаторы и диспергаторы, защитные высокомолекулярные коллоиды,
смазочные и ингибирующие добавки и т. д. По назначению и
физико-химическому воздействию на дисперсные системы растворов эти
реагенты классифицируют следующим образом (рис. 46).
Для обработки буровых растворов создаются новые химические реагенты с
повышенной термостойкостью и солестойкостью на основе акрилатных
продуктов, карбоксиметилцеллюлозы, биополимеров и т. д.
Совершенствуются ранее используемые реагенты и рецептуры буровых
растворов, создаются новые системы буровых растворов — с низким
содержанием твердой фазы, полимерглинистые, безглинистые полимерные и
др.
Глинистые растворы на водной основе заняли прочное
место в технологии промывки глубоких скважин. Однако на современном
этапе развития глубокого бурения такие системы буровых растворов требуют
дальнейшего совершенствования и улучшения в соответствии с условиями
проводки глубоких и сверхглубоких скважин.