Буровой раствор для бурения нефтяных скважин

В процессе разработки нефтяных и газовых скважин буровым промыслом в обязательном порядке используются специальные технологические жидкие среды, именуемые буровыми растворами или промывочными жидкостями. Такие растворы для бурения приготавливают непосредственно на месте обустройства скважины и их наличие в достаточном количестве является обязательным условием, необходимым для начала реализации бурильных работ и последующего процесса добычи полезных ископаемых.

Применение буровых растворов обеспечивает возможность эффективного решения целого спектра производственных задач, начиная от обеспечения очистки и фильтрации ствола скважины от частиц выбуренной породы и заканчивая соблюдением основных требований техники промышленной безопасности.

Буровым раствором принято считать сложную дисперсионную систему жидкостей эмульсионного, аэрационного и суспензионного типа, основным назначением которых является обеспечение промывки стволов в ходе бурения скважин. Кроме этого, буровой раствор, циркулируя внутри скважины, обеспечивает чистку ее стенок от наслоений, вымывает остатки выбуренной породы, выводя их на поверхность, способствует разрушению слоев бурильным инструментом, что в комплексе позволяет реализовать качественное вскрытие горизонта, а также решить ряд других важных технологических задач.

Для чего предназначены буровые растворы

Применение буровых растворов при бурении нефтяных скважин обусловлено необходимостью обеспечения целого комплекса технологических требований:

Эффективное охлаждение рабочих поверхностей бурильного инструмента, а также его смазка (из-за больших сил трения, возникающих при работе такого оборудования, в обязательном порядке требуется смазка и понижение температуры бурильных долот, что существенно повышает их износостойкость и эксплуатационную долговечность).
Удаление из забоя бурового шлама. Одним из основных целевых назначений бурового раствора является обеспечение эффективной промывки скважины и зоны забоя от частиц выбуренной породы, а также обеспечение гидротранспортировки шлама на поверхность скважины. При этом качество и глубина очистки будут определяться физико-химическими характеристиками составов буровых растворов, а также геологическими особенностями грунта в зоне бурения. Для обеспечения таких требований еще на стадии приготовления бурового раствора учитывают минералогический состав пород данного месторождения.
Формирование очистного слоя на стенках ствола. Буровой раствор содействует образованию поверхностной корки, имеющей умеренную проницаемость, благодаря чему обеспечивается устойчивость песчаного грунта в верхней зоне разреза, а также осуществляется разграничение скважины и слоев с повышенной проницаемостью.
Предупреждение водяных, газовых и нефтяных межпластовых проявлений;
Предохранение стенок ствола от обвалов и обрушений, вероятность проявления которых увеличивается по мере повышения в составе пород неустойчивых форм глины.
Обеспечение качественного вскрытия горизонтов благодаря тому, что практически все современные разновидности буровых растворов минимизируют их загрязнение в процессе проведения бурильных работ, а также позволяют исключить возможность полной закупорки, делающей разработку весьма трудоемким процессом.
Уменьшение затрат на обеспечение фиксации скважины с помощью колонн.
Обеспечение получения информационных данных, необходимых для анализа разведывательных бурильных работ – в данном случае объектом исследования являются шламовые частицы, выносимые буровым раствором на поверхность.
Содействие повышению коррозионной устойчивости труб и технологического оборудования.
Обеспечение выполнения требований техники промышленной и экологической безопасности, содействие уменьшению загрязнения окружающей среды.

Классификация буровых растворов для нефтяных скважин

Согласно принятой современной классификации, промывочные жидкости подразделяются на следующие виды:

Буровые растворы на водной основе – к этой категории относятся безглинистые составы такие как техническая вода, суспензии и растворы на основе полимеров, а также глинистые вещества (на основе пресной или минеральной воды, гипсовые, глиняные и хлорные растворы).
Буровые растворы на неводной основе: составы на основе углеводородов и нефтепродуктов с минимальным содержанием газов.
Аэрированные буровые растворы пенообразные.
Специальные буровые реагенты, находящиеся в газообразном состоянии.

Свойства буровых растворов

При принятии решения об использовании той или иной разновидности бурового раствора, необходимо принимать во внимание комплекс его свойств, которые должны соответствовать преследуемым целям. К числу ключевых показателей, которые необходимо обязательно учитывать при выборе бурового раствора относят:

Показатель плотности, который должен находится в пределах 900-2500 кг на куб. метр.
Показатель водопоглощения, напрямую зависящий от степени пористости грунтов. Физический смысл данного показатели состоит в определении того количества буровой промывочной жидкости, которое не будет возвращаться на поверхность скважины, а останется в недрах. Следует понимать, что чем больше пористость грунта, тем больше будет удельный расход бурового раствора.
Вязкость бурового раствора – показатель, характеризующий реологические свойства промывочной жидкости, в частности, ее консистенцию. Данное свойство напрямую связано с водопоглощением: чем больше поглощается раствор грунтом, тем более вязким он должен быть, чтобы минимизировать количество впитываемой в землю жидкой фазы.
Стоимость приготовления – основной технико-экономический показатель, который подлежит обязательному просчету, поскольку реальная технологическая эффективность бурового раствора обязательно должна всегда превышать расходы на его приготовление и обслуживание, в противном случае утрачивается экономическая целесообразность применения данного материала.

Для правильного определения всех необходимых характеристик бурового раствора с целью наиболее рационального его дальнейшего применения, производят соответствующий расчет бурового раствора, который представляет собой комплекс сложных математических вычислений. Их цель состоит в учете всех факторов и выдаче наиболее оптимального результата, что позволяет сделать технологический процесс бурения и обслуживания скважины максимально эффективным и выгодным.

Получение буровых растворов

В том случае, когда в самой скважине имеются залежи глины коллоидного типа, то жидкость для промывки будет образовываться там при бурении ствола естественным образом. Когда вода попадает в ствол, она оказывает содействие диспергированию глинистого состава, частицы которого выбуриваются долотом, в результате создается раствор на основе глины. Качественные характеристики такого раствора будут зависеть от объема воды и могут быть улучшены за счет добавления специальных химических реагентов. Данный способ является наиболее экономически выгодным и наименее трудозатратным.

Другим вариантом является приготовление раствора в мешалках, когда глину в специальных емкостях, оснащенных лопастными смесителями, соединяют с водой и активно перемешивают. В случае необходимости улучшения свойств в мешалки добавляют реагенты, содействующие повышению или понижению плотности, регулированию вязкости и других качественных показателей. После приготовления раствора осуществляется его очистка, для этого в стволе скважины организовывается специальный желоб с перегородками: по нему промывочная жидкость транспортируется до устья, где и происходит фильтрация от примесей.