Transcript
1. Перейти на первую страницу БуровыеБуровые технологические жидкоститехнологические жидкости 2. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 2 Для удаления выбуренной породы с забоя скважины и транспортировки ее на поверхность создают замкну- тую циркуляцию через скважину технологического (циркуляционного) агента – жидкости или газа. При использовании жидкости технологический процесс ее циркуляции через скважину называется промывкойпромывкой, а при использовании газа – продувкойпродувкой. Как правило, применяется промывка скважин. Технологическую жидкость, прокачиваемую через скважину, называют промывочнойпромывочной (ПЖПЖ) или буровым растворомбуровым раствором (БРБР). 7.1. Принципиальная схема процесса промывки скважины 3. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 3 4. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 4 Принципиальная схема процесса промывки скважины Материалы и реагенты Материалы и реагенты ПриготовлениеПриготовление ПЖПриготовлениеПриготовление ПЖ Исходная (кондиционная ПЖ) Исходная (кондиционная ПЖ) КондиционированиеКондиционирование ПЖ КондиционированиеКондиционирование ПЖ Некондиционная (отработанная) ПЖ Некондиционная (отработанная) ПЖ ИспользованиеИспользование ПЖ ИспользованиеИспользование ПЖ 5. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 5 7.2. Функции БПЖ Основные функцииОсновные функции: • удалять выбуренную породу с забоя скважины; • транспортировать выбуренную породу (буровой шлам) на поверхность; • охлаждать долото. • передавать гидравлическую энергию забойному двигателю. 6. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 6 Функции БПЖ Дополнительные функцииДополнительные функции: • создавать достаточное давление на вскрытые скважиной пласты, чтобы исключить газонефтеводопроявление; • образовывать на стенках скважины тонкую, но прочную и малопроницаемую фильтрационную корку, предотвращающую проникновение ПЖ или ее фильтрата в породы; • удерживать во взвешенном состоянии твердую фазу при временном прекращении циркуляции; 7. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 7 Гидростатическое давление столба БПЖ 8. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 8 Функции БПЖ Дополнительные функцииДополнительные функции: • снижать трение между породой и долотом, между стенками скважины и БК; • снижать вес БК или ОК, находящейся в скважине за счет выталкивающей силы, уменьшая нагрузку, действующую на подъемный механизм БУ. 9. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 9 7.3. Требования к БПЖ •• облегчать разрушение породы долотом или, по крайней мере, не затруднять процесс разрушения и удаления обломков с поверхности забоя; • не ухудшать коллекторские свойства продуктивных пластов; • не вызывать коррозию и износ бурильного инструмента и бурового оборудования; • обеспечивать получение достоверной геолого-геофизической информации при бурении скважины; 10. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 10 Требования к БПЖ • не растворять и не разупрочнять породы в стенках скважины, сохраняя ее номинальный диаметр; • обладать устойчивостью к действию электролитов, температуры и давления; • обладать низкими пожаровзрыво- опасностью и токсичностью, высокими гигиеническими свойствами; • быть экономичной, обеспечивая низкую стоимость метра проходки. Ни одна из известных ПЖ не является универсальной 11. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 11 7.4. Классификация БПЖ Большинство БПЖ представляет собой дисперсные системы, которые могут быть подразделены по следующим признакам: • фазовому состоянию дисперсионнойфазовому состоянию дисперсионной средысреды; • природе дисперсионной средыприроде дисперсионной среды; • степени дисперсностистепени дисперсности; • фазовому состоянию дисперсной фазыфазовому состоянию дисперсной фазы; • методу получения дисперсной фазыметоду получения дисперсной фазы; • природе дисперсной фазыприроде дисперсной фазы. 12. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 12 Классификация БПЖ Соответствующие данной классификации типытипы БПЖ принято далее подразделять на различные видывиды в зависимости от степени минерализации дисперсионной среды, вида растворенных в ней неорганических соединений, характера химической обработки, соотношения между водой и углеводородной жидкостью и т.п. 13. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 13 7.4.1. Дисперсная фаза и дисперсионная среда ФазаФаза - часть системы, имеющая одинаковые физические и химические свойства во всех своих точках, отделенная от всех других частей системы поверхностью раздела, причем эти другие части обладают иными физическими и химическими свойствами. Дисперсная системаДисперсная система - раздробленная система, в которой одно вещество раздроблено (диспергировано) и распределено в другом веществе. 14. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 14 Дисперсная фаза и дисперсионная среда Вещество, которое диспергировано, называется дисперсной фазойдисперсной фазой, а среда, в которой это вещество распределено, – дисперсионной средойдисперсионной средой. Системы, состоящие из одной фазы, называются гомогеннымигомогенными, системы, состоящие из двух и более фаз и имеющие поверхность раздела между фазами, – гетерогеннымигетерогенными. 15. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 15 Дисперсная фаза и дисперсионная среда К гомогеннымгомогенным относятся истинные (молекулярные) растворы веществ, к гетерогенныгетерогенным – коллоидные растворы, суспензии, эмульсии, пены. БПЖБПЖ – это многокомпонентные двух- или трехфазные гетерогенные системы. 16. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 16 Дисперсная фаза и дисперсионная среда У гетерогенных систем дисперсионная средадисперсионная среда представлена жидкостью (вода, нефть, дизельное топливо, синтетическая жидкость), а дисперсная фазадисперсная фаза: •• твердыми частицами глины, утяжелителей, наполнителей (суспензиисуспензии); •• жидкостью, нерастворимой в дисперсионной среде, например нефтью, дизельным топливом (эмульсииэмульсии); •• газом (пены и аэрированныепены и аэрированные жидкостижидкости). 17. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 17 7.4.2. Классификация БПЖ по природе дисперсионной среды На водной основе На углеводородной основе На газовой основе На синтетической основе Глинистые Безглинистые Пресные Минерали- зованные Утяжеленные Неутяжеленные Тип БПЖ Вид БПЖ Прямые эмульсии Обратные эмульсии Пены Аэрированные жидкости 18. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 18 7.4.3. Глинистые суспензии В БПЖБПЖ как в дисперсных системах образуется пространственная коагуляционная структура, определяющая их основные свойства. Дисперсная фаза в виде мицеллы - глинистой частицы, покрытой гидратной оболочкой Дисперсионная среда - межмицеллярная жидкость (свободная вода) 19. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 19 7.4.4. Эмульсии Эмульсия -Эмульсия - термодинамически неустойчивая дисперсная система, образованные двумя (или более) взаимонерастворимыми или слаборастворимыми друг в друге жидкостями. Жидкость, являющаяся непрерывной в эмульсии, в составе которой диспергирована другая жидкость в виде мелких глобул, называется дисперсионной (внешней) средой, а диспергированная жидкость - дисперсной (внутренней) фазой. 20. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 20 Эмульсии Если дисперсионная среда в эмульсии пред- ставлена: •• полярной жидкостью, то это эмульсия прямаяпрямая или I родаI рода - масло в водемасло в воде (м/в). •• неполярной или малополярной жид- костью (называемой, как правило, маслом), то это эмульсия обратнаяобратная или II родаII рода - вода ввода в маслемасле (в/м). глобула водной фазы адсорбционно-сольватный слой ПАВ углеводородная среда; 21. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 21 Эмульсии Термины: "инвертнаяинвертная", "гидрофобнаягидрофобная", "водонефтянаяводонефтяная" эмульсии являются синонимами обратной эмульсии. Обратными эмульсиями являются: •• инвертно-эмульсионный буровой раствор (ИЭР,ИЭР, ИЭБРИЭБР) •• высококонцентрированный инвертно-эмульсионный раствор (ВИЭРВИЭР) •• гидрофобно-эмульсионный раствор (ГЭРГЭР). 22. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 22 Эмульсии Термины ИЭБРИЭБР, ВИЭРВИЭР, ИЭРИЭР и ГЭРГЭР неверныневерны, поскольку объединяют два понятия - эмульсию и раствор, характеризующиеся принципиально различными коллоидно- химическими состояниями. •• РастворРаствор - гомогеннаягомогенная (однородная) термодинамически стабильная жидкая система с растворенными в ней одним или несколькими компонентами. •• ЭмульсияЭмульсия - гетерогеннаягетерогенная (неоднород- ная) жидкая система с четким разделением компонентов на две фазы - полярную и неполярную, обладающие значительной свободной энергией. 23. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 23 Эмульсии Размер глобулглобул в эмульсиях, как правило, составляет 1 мкм1 мкм и более (можно наблюдать в оптический микроскоп), что придает им свойства, отличные от растворов. Эмульсии, наряду с такими коллоидными системами как пены (пузырьки газа, разделенные тонкими прослойками жидкости) и туманы (капли воды или кристаллы льда в воздухе) являются неравновесными, т.е. термодинамически неустойчивыми системами. 24. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 24 Эмульсии Процессы, происходящие в эмульсиях, само- произвольно направлены на сокращение по- верхности раздела, т.е. на слияние дисперги- рованных частиц между собой и, в итоге, к полному расслоению их на две фазы. Это су- щественно отличает их от равновесных кол- лоидных систем (дисперсность 0,001-0,1 мкм): •• мицеллярных растворовмицеллярных растворов (растворы коллоидных ПАВ); •• солюбилизированных системсолюбилизированных систем (раст- воры коллоидных ПАВ + дисперсная фаза); •• микроэмульсиймикроэмульсий (растворы коллоидных ПАВ + дисперсная фаза + спирт). 25. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 25 Эмульсии При дополнительном введении в эмульсию мелкодисперсных твердых наполнителей, полностью не растворяющихся ни в одной из фаз, но сохраняющих ее агрегативную стабильность, образуется эмульсионно-суспензионная система.эмульсионно-суспензионная система. 26. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 26 7.5. Свойства БПЖ СвойствоСвойство - то, что отличает один объект от другого. Свойства выражают в одном или нескольких измеряемыхизмеряемых показателях. Свойства подразделяют на простые и сложные. Простые свойстваПростые свойства раскрывает один показа- тель, который может быть непосредственно измерен инструментальноинструментально или экспертноэкспертно. Сложные свойстваСложные свойства непосредственно изме- рить нельзя, их для этого следует разделить на более простые. 27. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 27 Свойства БПЖ Свойства Показатели Физические Плотность, относительная плотность Реологиче- ские Условная, динамическая и пластическая вязкость вязкости; Динамическое напряже- ние сдвига; Коэффициент пластичности; Показатель неньютоновского поведения; Показатель консистенции; Эффективная вязкость при скорости сдвига 100 с-1 , при полностью разрушенной структуре и др. Структурно- механические Статическое напряжение сдвига (через 1 мин через 10 мин); Коэффициент тиксотро- пии Фильтрацио- но-коркообра- зующие Фильтратоотдача (показатель фильтрации статической, динамической, мгновенной); Толщина фильтрационной корки; Прихва- тоопасность фильтрационной корки (на- пряжение сдвига, липкость, коэффициент трения и коэффициент сдвига корки и др). 28. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 28 Свойства БПЖ Свойства Показатели Элекрохимиче- ские Удельное электрическое сопротивление; Электростабильность; Водородный пока- затель Теплофизиче- ские свойства Температура; Коэффициенты температу- ропроводности, теплопроводности; Удельная теплоемкость и др. Устойчивость к внешним воз- действиям Термостойкость; Солестойкость; Недис- пергирующая способность; Флокули- рующая способность; Микробиологиче- ская устойчивость; Агрегативная устой- чивость Триботехниче- ские Коэффициенты трения скольжения и тре- ния качения; Интенсивность износа мате- риала; Продолжительность работы пары трения без заедания; Диаметр пятна из- носа; Нагрузка заедания и др. 29. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 29 Свойства БПЖ Свойства Показатели Седиментаци- онная устойчи- вость Стабильность; Суточный отстой (показа- тель седиментации) Коррозионная активность Коэффициент коррозии Поверхностное натяжение фильтрата ПЖ Поверхностное натяжение на границе с газом, на границе с углеводородной жид- костью Консолиди- рующая спо- собность Коэффициент консолидации Ингибирующая способность Обобщенный показатель устойчивости; Показатель увлажняющей способности; Коэффициент устойчивости, Коэффици- ент разупрочнения, Коэффициент набуха- гия и др. 30. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 30 7.6. Параметры БПЖ Из всей совокупности свойств БПЖ выделяют те, которыми можно оперативно управлять в процессе промывки скважины - параметрыпараметры (технологические свойстватехнологические свойства). Параметры подлежат обоснованию в рабочих проектах на строительство скважины. К основным параметрам БПЖ относятся: 31. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 31 Масса единицы объема ПЖ. •• ПлотностьПлотность ρρ,, кг/м3 ρ = m/v Рис. 6.2. Прибор АБР-1 Оказывает влияние на: -гидростатическое давление столба жидкости; - прокачиваемость БПЖ по циркуляционной системе. 32. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 32 . .. Рис. 6.3. Рычажный плотномер 33. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 33 Реологические свойства буровых растворов оказывают влияние: на степень очистки забоя скважины от шлама и охлаждения породоразрушающего инструмента транспортирующую способность потока величину гидравлических сопротивлений во всех звеньях циркуляционной системы скважины величину гидродинамического давления на стенки и забой скважины в процессе бурения амплитуду колебаний давления при пуске и остановке насосов, выполнении СПО и проработке скважины с расхаживанием бурильной колонны интенсивность обогащения бурового раствора шламом скорость эрозии стенок скважин и др. 34. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 34 •• Условная вязкостьУсловная вязкость УВ,УВ, с τ = τ0 + η⋅γ τ = k⋅(γ)n где τ - касательное напряжение сдвиаг, дПа; γ - скорость сдвига, мПа*с; η - пластическая вязкость ПЖ, мПа*с; τ0 - динамическое напряжение сдвига ДНС, дПа; n - показатель неньютоновского поведения ПЖ; k - показатель консистенции ПЖ, мПа*с. Косвенно характеризует гидравлическое сопротивление течению. Определяется временем истечения заданного объема ПЖ через вертикальную трубку. 35. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 35 Реометрические измерения от момента окончания перемешивания бурового раствора и до момента снятия последнего отсчета при частоте вращения гильзы равной 200 об/мин должны проводиться непрерывно с минимально возможной продолжительностью для того, чтобы исключить тиксотропное схватывание и потерю устойчивости бурового раствора под действием центробежных и гравитационных сил. 36. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 36 ФИЛЬТРАЦИОННЫЕ И КОРКООБРАЗУЮЩИЕ СВОЙСТВА Процессы фильтрации - процесс разделения фаз дисперсной системы, происходящий при движении системы через пористую среду, размер пор которой того же порядка, что и размер частиц дисперсной фазы или меньше их 37. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 37 Фильтрация есть процесс, затухающий во времени а б Схема образования фильтрационных корок а) тонкой корки при качественном растворе б) толстой корки при некачественном растворе 38. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 38 Скорость фильтрации зависит: - от дисперсности частиц фильтрующейся системы. - от свойств фильтрационной корки - от защиты частиц дисперсной фазы - от агрегативной неустойчивости - от вязкость дисперсионной среды. - от перепада давления - от температуры 39. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 39 Определение показателя фильтрации Принцип работы прибора ВМ-6 основан на способности жидкости отфильтровываться под давлением из раствора через фильтровальную бумагу, на поверхности бумаги при этом формируется фильтрационная корка.. За показатель водоотдачи (фильтрации) принимается количество жидкости, отфильтровавшееся через круглый бумажный фильтр за 30 мин при избыточном давлении 0,1 МПа. 40. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 40 Водоотдача косвенно характеризует способность ПЖ отфильтровываться через стенки ствола скважины. Определяется количеством дисперсионной среды, отфильтрованной через проницаемую перегородку. •• Показатель фильтрацииПоказатель фильтрации Ф,Ф, см3 Регламентируют: •• площадьплощадь •• перепад давленияперепад давления •• время.время. Для ПЖ на водной основе – основной показатель – водоотдача.водоотдача. 41. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 41 Косвенно характеризует способность ПЖ к образованию фильтрационной корки на стенках скважины. Определяется толщиной корки, полученной при измерении показателя фильтрации. •• Толщина фильтрационной коркиТолщина фильтрационной корки К,К, мм а б Схема образования фильтрационных корок а) тонкой корки при качественном растворе б) толстой корки при некачественном растворе 42. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 42 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЛИПКОСТИ ФИЛЬТРАЦИОННОЙ КОРКИ Этот метод определения липкости глинистой корки может быть применен и для фильтрационных корок буровых растворов любых видов. 43. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 43 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ПЕСКА Под песком понимается количество (объем) всех крупных частиц, имеющихся в промывочной жидкости. Сюда относятся собственно песок, грубодисперсные частицы выбуренной породы и исходной твердой фазы промывочной жидкости. Содержание песка обозначается обычно буквой П, измеряется в %. Для промывочных жидкостей нормальным считается содержание песка до 4%. 44. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 44 СОДЕРЖАНИЕ ГАЗА Пузырьки, находящиеся в буровом растворе, могут состоять из естественного газа, проникшего в жидкость из стенок скважины или из выбуренной породы или пузырьков воздуха, захваченного на дневной поверхности или внесенного насосами, которые захватывают воздух при незаполненных приемах В некоторых случаях газ находится в растворенном состоянии и вследствие уменьшения давления по сравнению с давлением в скважине вскипает. Содержание газа в растворе обозначается буквой Г и измеряется в процентах (%). 45. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 45 Характеризует темп роста касательных напряжений сдвига при увеличении скорости сдвига в случае, когда зависимость касательного напряжения сдвига от градиента скорости сдвига представлена в виде прямой (не проходящей через начало координат), определяемая углом наклона этой прямой. •• Пластическая вязкостьПластическая вязкость η,η, Па×с 46. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 46 Характеризует прочностное сопротивление ПЖ, находящейся в покое заданное время (1 и 10 мин). Определяется касательным напряжением сдвига, соответствующим началу разрушения ее структуры. •• Статическое напряжение сдвигаСтатическое напряжение сдвига СНССНС,, Па 47. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 47 СТАТИЧЕСКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ СДВИГА Физический смысл:Физический смысл: условная характеристикаусловная характеристика прочности тиксотропнойпрочности тиксотропной структуры, возникающей вструктуры, возникающей в промывочной жидкости послепромывочной жидкости после нахождения в покое в течениенахождения в покое в течение одной (СНСодной (СНС11) или десяти (СНС) или десяти (СНС1010)) минут.минут. В отечественной практике применяются распространение прибор СНС-2 завода КИП. 48. Перейти на первую страницу Балаба В.И. 48 •• Косвенно характеризует прочностное сопротивление ПЖ течению. Определяется отрезком на оси касательного напряжения сдвига, отсекаемым прямой, отображающей зависимость касательной напряжения сдвига от градиента скорости сдвига при течении ПЖ.
