Лекция 24. Проектирование промывочных растворов для бурения скважин

При разработке проектов на бурение скважин решаются вопросы и проектирования буровых растворов. Проектирование растворов проводится по интервалам бурения и включает в себя три этапа: 1) обоснование выбора типа растворов; 2) обоснование параметров растворов; 3) обоснование рецептур растворов.

От того, насколько инженерно грамотно будут решены вопросы выбора состава и свойств буровых растворов на стадии проектирования во многом зависит технико-экономическая эффективность бурения скважин в целом. Это связано с тем, что технология промывки скважины, т.е. комплекс реализованных при бурении научных знаний и инженерных решений в области буровых растворов, является одним из решающих факторов успешного завершения строительства скважины при минимальных расходах средств.

Тип бурового раствора выбирается в первую очередь из условий экологической безопасности и обеспечения устойчивости стенок ствола скважины, зависящей от физико-химических свойств горных пород и содержащихся в них флюидов, пластовых и горных давлений, забойной температуры. При этом руководствуются накопленным опытом бурения в проектном и других районах бурения с промывкой различными буровыми растворами. Критерием оптимальности применяемого типа раствора являются качества вскрытия продуктивного пласта, а также затраты времени и средств на борьбу с осложнениями, связанными с типом бурового раствора: обвалами, затяжками и прихватами бурильных колонн, течением и растворением соленосных горных пород, отталкиванием зон вечной мерзлоты и др.

Как правило, для проводки скважины требуется несколько типов буровых растворов. Стремятся к тому, чтобы буровые растворы, применявшиеся при бурении вышележащих интервалов, использовались при бурении нижезалегающих пород либо в качестве основы для приготовления бурового раствора требуемого типа. Целесообразно также предусматривать возможность повторного использования растворов при бурении последующих скважин.

При проектировании параметров буровых растворов также стремятся к тому, чтобы раствор способствовал достижению высоких скоростей бурения, высококачественному вскрытию продуктивных пластов, предупреждению всевозможных осложнений. Для повышения скоростей бурения плотность, вязкость, содержание твердой фазы, «песка» должны быть минимальными, а показатель фильтрации ограничивается лишь при разбуривании интервалов залегания неустойчивых пород и продуктивных пластов. Ограничивают показатель фильтрации обычно до 4 – 6 см³ за 30 мин по ВМ-6.

В связи с опасностью проявлений пластовых флюидов строго нормируется плотность раствора, остальные параметры проектируются исходя из имеющихся научных знаний и опыта промыслового бурения.

Плотность бурового раствора в интервалах совместимых условий бурения определяется из расчета создания гидростатического давления в скважине, превышающего пластовое (поровое) давление на величину:

- 10 – 15% для скважин глубиной до 1200 м (интервалов от 0 до 1200 м), но не более 1,5 МПа;

- 5 – 10% для скважин глубиной до 2500 м (интервалов от 1200 до 2500 м), но не более 2,5 МПа;

- 4 – 7% для скважин глубиной более 2500 м (интервалов от 2500 м и до проектной глубины), но не более 3,5 МПа.

Расчет потребной плотности проводится по формуле:

где k – коэффициент аномальности (k = 1,04 – 1,15);

P_пл – пластовое давление, Па;

g – ускорение свободного падения, м / с²;

H - глубина залегания кровли горизонта с максимальным градиентом пластового давления в интервале совместимых условий бурения, м.

В интервалах, сложенных глинами, аргиллитами, глинистыми сланцами, солями, склонными к потери устойчивости и текучести, плотность, показатель фильтрации, химсостав бурового раствора устанавливаются исходя из необходимости обеспечения устойчивости стенок скважины. При этом репрессия не должна превышать пределов, установленных для всего интервала совместимых условий бурения. Допускается депрессия на стенки скважины в пределах 10 – 15% эффективных скелетных напряжений (разница между горным и поровым давлением пород).

При проектировании параметров бурового раствора можно ориентироваться на наиболее распространенные в буровой технологии рабочие значения показателей растворов на водной основе, приведенные в таблице.

Таблица

Значения параметров буровых растворов

Условия бурения	Значения параметров*
R1, Па	УВ, с	h, мПа×с	t0 , Па	Сп, %	jк	рН	D r, г/см3
Нормальные	1,25-2,0	20,0-28,0	1,5-10,0	2,0-8,0	£3,0%	£ 0,2	7,0-10	£ 0,02
Осложненные	2,5-6,0	40,0-60,0	25,0-50,0	10,0-20,0	-	£ 0,3	8,0-12,0	£ 0,06

* Р₁ – предельное статическое напряжение сдвига через 1 мин; УВ – условная вязкость (по СПВ-5), h - пластическая вязкость, t₀ - динамическое напряжение сдвига, С_п – содержание песка (по ОМ-1), j_к - коэффициент трения корки (по КТК-2), D r - допускаемые отклонения плотности от проектной.

Для растворов на углеводородной основе дополнительно проектируются термостойкость (80¸200⁰С), водосодержание (10-70%), глиноемкость (20-50%), температура вспышки в открытом тигле (> 80⁰С), электростабильность (180-200 В по ИГЭР-1).

При проектировании рецептур буровых растворов используются теоретические и опытные данные (лабораторные, промысловые) по взаимосвязи уровня параметров растворов с составом и содержанием в них средств управления этими параметрами. При этом учитываются эффективность целевого назначения, стоимость, недефицитность, экологическую безопасность и технологичность используемых химических реагентов. Сведения по проектным рецептурам приводят в технологической карте поинтервальной обработки буровых растворов.

Рекомендуемая литература

Основная:

1. Грей Дж.Р., Дарли Г.С.Г. Состав и свойства буровых агентов (промывочных жидкостей). – М.: Недра, 1985.

2. Булатов А.И., Пеньков А.И., Проселков Ю.М. Справочник по промывке скважин. -М.: Недра, 1984.

3. Резниченко И.Н. Приготовление, обработка и очистка буровых растворов.-М.: Недра, 1982.

Дополнительная:

4. Булатов А.И., Аветисов А.Г. Справочник инженера по бурению. Т. 1,2. – М.:Недра, 1985.

5. Городнов В.Д. Физико-химические методы предупреждения осложнений в бурении. –М.: Недра, 1984.

Учебные пособия кафедры:

6. Методические указания по определению параметров буровых растворов.

7. Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Буровые промывочные растворы».

8. Методическое руководство по выполнению курсовой работы по дисциплине «Буровые промывочные растворы».