Файл: Куличихин Н.И. Разведочное бурение учебник.pdf

ляют 0,1—0,5% (на сухое вещество) к объему обрабатываемого рас­ твора в зависимости от характера и содержания твердой фазы и требуемых показателей.

Особенно эффективен он при бурении в глинистых породах. Одновременно с разжижением сулькор снижает водоотдачу раство­ ров и оказывает на них общее улучшающее действие. Применение его улучшает условия промывки скважин и позволяет снизить рас­ ходы утяжелителя и каустика на обработку растворов.

Н е ф т ь . При добавлении нефти к глинистому раствору сни­ жается липкость глинистых корок, образующихся на стенках сква­ жины, снижается водоотдача и несколько повышается стабиль­ ность раствора. Вязкость глинистого раствора повышается потому, что нефть распределяется в глинистом растворе в виде мельчайших капелек, образуя эмульсию. Особо стойкие эмульсии получаются при добавлении к смеси глинистого раствора и нефти «окисленного петролятума» (отход нефтеперегонных заводов, изготовляющих сма­ зочные масла из нефти) в количестве от 0,5% по объему.

Нефть добавляют к глинистому раствору до 10—12% по объему от объема раствора, при этом наблюдается быстрое уменьшение лип­ кости корки и водоотдачи; дальнейшее добавление нефти оказывает уже меньшее действие.

Нефть находит также применение при ликвидации прихватов бурильного инструмента (нефтяные ванны).

Необходимо иметь в виду, что добавление нефти к раствору вызы­ вает разбухание и усиленное разрушение резины поршней и клапа­ нов насоса и создает затруднения при каротажных работах.

За последнее время при бурении сверхглубоких скважин нашли применение растворы на нефтяной основе (РНО). Это объясняется тем, что РНО обладают высокой термостойкостью. РНО способст­ вуют повышению выхода керна. Кроме того, РНО отличаются сла­ бой фильтруемостью через пористые среды.

При вскрытии продуктивных (нефтяных и газовых) пластов РНО способствуют ускорению освоения скважин и значительно увели­ чивает их дебит.

§ 5. УТЯЖЕЛЕНИЕ ГЛИНИСТЫХ РАСТВОРОВ

Для борьбы с выбросами и обвалами применяются утяжеленные растворы.

Из некоторых глин (так называемых «тяжелых глин») при помощи химической обработки удается получить растворы с удельным весом до 1,5. Дальнейшее повышение удельного веса может быть произ­ ведено только путем добавления к глинистому раствору утяжели­ телей — тонко размолотых порошков тяжелых минералов.

В качестве утяжелителей применяют в основном:

1) барит (BaS04) — тонкий порошок с уут = 3,6—4,2 тс/м3; 2) гематит (Fe20 3) — порошок с уух = 4,3—4,6 тс/м3.

§ 6. ПРИГОТОВЛЕНИЕ ГЛИНИСТОГО РАСТВОРА

Приготавливать глинистые растворы и реагенты для их обра­ ботки можно двумя способами: механическим и гидравлическим. П ри механическом способе применяются глиномеш алки — гори­ зонтальные и вертикальные, одновальные и двухвальные.

Глиномешалка приводится от двигателя^ или трансмиссии с по­ мощью плоскоременной или клиноременной передачи.

і — горизонтальная одновальная; б — вертикальная ОГХ-7А: 1 — цилиндрический корпус; 2 — шкивы, рабочий и холостой; 3 — редуктор; 4 — вал; 5 — лопасти; 6 —

люк загрузочный; 7 — сливной патрубок с краном.

Горизонтальная глиномешалка представляет собой барабан круг­ лого сечения, внутри которого вращаются один или два вала, несу­ щие лопатки для перемешивания глины с водой. Барабан в верхней части имеет люк для загрузки глины и заливки воды, а в нижней части — сливной кран (рис. 30, а).

Применяются также глиномешалки с вертикальным валом, имеющим в нижней части лопасти для перемешивания глины с водой (рис. 30, б).

Приготовление глинистых растворов и реагентов в механических глиномешалках можно производить периодически или непрерывно. При периодическом способе в глиномешалку заливают воду или раствор реагента приблизительно до 1/3—Ѵ2 ее объема; затем вклю­ чают глиномешалку в работу и через верхний люк постепенно за­ гружают полное количество глины. Глину следует предварительно замачивать.

Приготовление глинистого раствора гидравлическим способом можно производить или в специальных гидравлических мешалках * или гидромониторами.

В последнем случае глину в карьере размывают сильной струей воды, выбрасываемой из брандспойта под большим давлением. Вода, обогащенная глиной, засасывается насосами и вновь выбра­ сывается из брандспойта в глину до тех пор, пока не образуется глинистый раствор желаемого качества.

Когда бурят изолированные скважины, глинистые растворы и реагенты для их обработки приготовляют непосредственно на бу­ ровых вышках.

насос; 8 — трубопровод; 9 — стол; JO — кран для заполнения автоцистерн; JJ — зумпфы для раствора; 12 — желоб; 13 — сетка; 14 — печь; 15 — лаборатория; 16 — склад для глины

и химических реагентов.

Если бурят группу скважин, то организуют глиностанции для централизованного снабжения буровых вышек глинистым раствором (рис. 31). Доставка растворов на буровые может производиться или по специальным трубопроводам, или с помощью автоцистерн.

§ 7. ОЧИСТКА ГЛИНИСТОГО РАСТВОРА

Очистка раствора от шлама осуществляется в желобах, ситах и гидроциклонах. Схема установки желобов и отстойников показана на рис. 32.

Желоба устанавливают с уклоном 1—1,5 см на 1 м длины, ши­ рина желобов ~30 см, высота 25—30 см. По дну желоба примерно через 1,5—2 м друг от друга ставят перегородки высотой —15—18 см. Длина желобов при промывке глинистым раствором не менее 15 м. При глубоком колонковом бурении длину желобов доводят до 30 м.

В желобную систему включают отстойники и отстойные баки.

Рис. 32. Желобная система для очи­ стки промывочного раствора от шлама.

а — летняя, б — зимняя: 1 — устье скважи­ ны; г — прямой желоб; з — отстойник; 4 — желоб с перегородками; 5 — перегородки; в — приемный зумпф.

Рис. 33. Гидроциклонная установка для очистки промывочной жидкости типа ОГХ-8Б:

а — схема гидроциклона; б — гидроциклон­

ная установка.

1 — рама; г — винтовой насос; з — всасываю­ щий шланг; 4 — нагнетательная линия; 5 —

гидроциклона; 11—электромотор; 12 — зумпф

стойник для раствора, поступающего из сква­ жины; 16 — сливной шланг; 17 — манометр .

8

Желоба и отстойники должны регулярно очищаться от шлама. Желоба и отстойники занимают много места, и зимой их трудно утеплять.

Более приемлемы для колонкового бурения очистные устрой­ ства, основанные на принципе центрифугирования — гидроциклоны {рис. 33).

Гидроциклонный шламоделитель работает по следующему прин­ ципу (рис. 33, а): зашламованный раствор подается по трубе 7 через насадку в верхнюю цилиндрическую часть диффузора и получает вращательное движение. Под влиянием центробежных сил частицы шлама отбрасываются к стенкам и, двигаясь вниз под влиянием силы тяжести, попадают в нижнюю коническую часть диффузора и выходят вместе с частью жидкости из нижней насадки 6. Жидкость, очищенная от шлама, вытекает через патрубок 8 и сливной шланг 16.

Такое устройство обеспечивает очистку раствора от частиц шлама размером более 0,02 мм.

На рис. 33, б показана гидроциклонная шламоотделительная установка. Глинистый раствор засасывается винтовым насосом 2 из отстойника через шланг 3 и по нагнетательной линии 4 подается в гидроциклон. Очищенный раствор вытекает по шлангу 16 в отстой­ ник 14, а отходы спускаются по желобу 13 в зумпф 12.

Шламоотделитель типа ОГХ-ЗА может очищать до 300 л/мин зашламованного раствора.

§ 8. ЕСТЕСТВЕННЫЕ ГЛИНИСТЫЕ РАСТВОРЫ

Глинистые растворы способны загустевать при бурении в гли­ нистых породах. При воздействии на них минерализованных вод качество их резко ухудшается. Кроме того, разработка глин, изго­ товление и транспортировка растворов требует иногда значитель­ ных средств, а в осенне-зимнее время бывает затруднительна.

Работами П. А. Ребиндера, К. Ф. Жигача, С. Н. Ятрова, Н. Г. Шевалдина и других доказана целесообразность получения естественных растворов при бурении таких пород, как известняки, аргиллиты, сульфатные и сульфатно-галлоидные отложения.

Создание естественных промывочных растворов происходит при использовании в качестве промывочной жидкости воды.

При разбуривании неглинистых пород в стволе скважины обра­ зуется неустойчивая, неконцентрированная водная суспензия. Использование поверхностно-активных веществ и активных добавок дает возможность создания стабильных естественных промывочных растворов из выбуриваемых пород различного литологического состава и регулировать их свойства в желаемом направлении.

Обработка водных суспензий выбуриваемых пород соответству­ ющими поверхностно-активными веществами позволяет получить про­ мывочный раствор, обладающий оптимальными структурно-меха­ ническими и реологическими свойствами.

По данным Н. Ф. Семенко, эффективными стабилизаторами и ре­ гуляторами свойств неглинистых суспензий являются:

а) сульфат целлюлозы (СЦ); б) этансульфонат целлюлозы (ЭСЦ);

в) смеси сульфонатриевых солей сланцевых смол (СНС). Исследованиями установлено, что эти синтетические поверхност­

но-активные вещества часто действуют более эффективно, чем хими­ ческие реагенты, ныне распространенные в бурении.

Так, при оптимальной концентрации СЦ (1,0—1,5%) достигается хорошая седиментационная устойчивость карбонатных и сульфат­ ных суспензий.

Окисленный лигнин, гипан, полиакриламид (в сочетании с СаСЦ и NaOH) также являются эффективными стабилизаторами и регуля­ торами реологических и структурно-механических свойств негли­ нистых суспензий.

Фильтрационные показатели этих суспензий имеют минимальные значения (7,5—5,0 см3 по ВМ-6).

И. Е. Шебалдиным разработана рецептура аргиллитовых и кар­ бонатно-аргиллитовых естественных растворов, полученных путем обработки естественных водных суспензий 3% порошкообразногоУЩР и 0,5% КМЦ.

На основании фактического материала, полученного при бурении скважин в сопоставимых интервалах с промывкой глинистыми и есте­ ственными карбонатными растворами, показано, что механическая скорость при применении естественных растворов повышается в 1,5 раза, проходка на долото — на 20—40%.

Таким образом, естественные промывочные жидкости, получае­ мые в процессе бурения из неглинистых пород, перспективны, осо­

Исследования акад. П. А. Ребиндера показали, что промывочная жидкость с очень небольшими добавками некоторых поверхностно­ активных веществ, получивших название «понизителей твердости», может активно участвовать в разрушении пород при бурении.

При разрушении породы происходит не только отделение частиц, от забоя, но и образование так называемой зоны предразрушения, пронизанной обильными микротрещинами. После снятия нагрузки микротрещины замыкаются — «залечиваются». Понизители твер­ дости проникают в микротрещины под высоким давлением, не дают им сомкнуться после снятия нагрузки, производят расклинивающее действие, увеличивают размеры и глубины микротрещин и тем пони­ жают прочность породы.

В соответствии с характером адсорбционных слоев и их влиянием на сопротивление горных пород механическому разрушению пони­ зители твердости разделяют на две группы.

1. Понизители твердости, эффективность действия которых имеет максимум. К этой группе относятся неорганические электролиты: хлориды металлов, щелочи и различные соли. Однако, в связи с тем что поддерживать концентрацию, соответствующую максимуму эф­ фективности их действия, в производственных условиях не всегда возможно, электролиты как понизители твердости пока не полу­ чили применения.

2. Понизители твердости, эффективность которых возрастает с повышением концентрации, а затем остается постоянной или воз­ растает медленно. К их числу относятся, главным образом, органи­ ческие поверхностно-активные вещества: амины, фенолы, сульфо­ нафтеновые кислоты и другие. Эти вещества способны адсорбиро­ ваться на поверхностях раздела фаз и понижать их поверхностную энергию.

В результате экспериментальных исследований, проведенных Е. Ф. Эпштейном, установлено, что применение водных растворов: превацелла, сульфонола НП-3, «прогресса» и других позволяет уве­ личить механическую скорость бурения на 25—50%.

Но оценка эффективности действия поверхностно-активных ве­ ществ по процентному их содержанию в растворе неправомерна если не учитывается поверхностное натяжение фильтрата.

Е. Ф. Эпштейном установлено, что увеличение механической скорости бурения вращательным способом находится в зависимости от величины поверхностного натяжения раствора ПАВ.

Ожидаемая механическая скорость может быть оценена по фор­ муле

(21)

где ѵх и ѵ2 — соответственно механическая скорость бурения с про­ мывочной жидкостью без и с добавкой ПАВ в м/ч; сгх и о2 — соответ­ ственно поверхностное натяжение промывочной жидкости без и с до­ бавкой ПАВ в мДж/м2.

Контроль содержания ПАВ в промывочной жидкости в полевых условиях можно производить путем измерения поверхностного, натяжения ее фильтрата сталагмометрическим методом.

Рациональные составы промывочных жидкостей с добавкой ПАВ должны устанавливаться на основании результатов лабораторных исследований с учетом конкретных условий бурения, химическогосостава пластовых вод и литологического состава разбуриваемых пород.

Наилучшими из исследованных ПАВ для обработки растворов: из часовъярской глины оказались сульфонол НП-1 и «прогресс»- (при концентрации до 2%).

Расход ПАВ составляет 0,4—0,8 кг на 1 м скважины диаметром 76—112 мм.

Применение ПАВ при бурении твердосплавными, алмазными и дробовыми коронками в условиях Донбасса позволяет повысить механическую скорость на 25—30%.