2.4. Промывка скважин

Назначение промывочной жидкости и требования к ней.

На первом этапе развития вращательного бурения основной функцией промывочной жидкости было непрерывное удаление с за­боя и из ствола скважины обломков разбуриваемых пород. В даль­нейшем функции ее постепенно расширялись, а требования к составу и свойствам возрастали.

При бурении промывочная жидкость должна:

1. обеспечивать эффективную и полную очистку забоя от выбу­ренных частиц и вынос их на дневную поверхность;

2. удерживать выбуренные частицы во взвешенном состоянии и предотвращать осаждение их на забой при прекращении промывки;

3. способствовать повышению устойчивости горных пород, сла­гающих стенки скважины;

4. создавать на стенки скважины противодавление, достаточное для предотвращения притока пластовых жидкостей и газов. Это давление, однако, не должно быть чрезмерно высоким во избежание резкого снижения эффективности бурения, а также гидравлического разрыва пород или раскрытия естественных микротрещин и поглощения промывочной жидкости;

5. хорошо охлаждать трущиеся поверхности, прежде всего долота;

6. обеспечивать хорошую смазку трущихся поверхностей, осо­бенно опор долота, даже при высоких контактных давлениях между ними;

7. не ухудшать коллекторские свойства продуктивных горизонтов;

8. обладать закупоривающими свойствами, т. е. создавать в порах и микротрещинах стенок скважины тонкую, плотную, мало проницаемую корку, достаточно прочно связанную с горными породами и препятствующую проникновению в них не только самой промывочной жидкости, но и ее фильтрата;

9. иметь высокую термостойкость при проходке высокотемпературных скважин и низкую температуру замерзания, а также небольшую теплопроводность при бурении в многолетнемерзлых породах;

10. быть достаточно инертной к воздействию обломков выбуренных пород и минерализованных пластовых вод, по относительно легко поддаваться химической обработке при регулирования ее свойств;

11. облегчать или не затруднять разрушение породы забоя долотом;

12. не содержать, по возможности, компонентов, способных оказывать сильное абразивное воздействие на оборудование;

13. защищать буровое оборудование и инструмент от коррозии;

14. достаточно легко перекачиваться буровыми насосами;

15. состоять в основном из дешевых и недефицитных материалов.

Промывочная жидкость передает энергию от буровых насосов, установленных па поверхности, забойному двигателю при турбин­ном бурении, а также на забой, особенно при применении гидро­мониторных долот.

Классификация промывочных жидкостей

Различные требования к составу и качеству промывочной жидко­сти, предъявляемые в конкретных условиях разбуривания объекта, многообразие геологических условий, наличие подходящего сырья обусловили появление промывочных жидкостей нескольких типов. Все промывочные жидкости можно разделить на следующие основ­ные группы.

1. Промывочные жидкости на водной основе:

а) вода (пресная, морская, рассолы);

б) глинистые суспензии;

в) естественные суспензии, образующиеся при разбуриванине глинистых пород и аргиллитов;

г) суспензии па базе гидрогелей;

д) эмульсии типа «масло в воде».

2. Промывочные жидкости на неводной основе:

а) дегазированная нефть и нефтепродукты;

б) многокомпонентные растворы на углеводородной основе;

в) обращенные эмульсии типа «вода в масле».

3. Газообразные рабочие агенты (воздух, природные газы, выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания).

4. Аэрированные промывочные жидкости и пены.

При бурении скважин наиболее широко используют жидкости па водной основе; за ними следуют газообразные агенты и аэриро­ванные жидкости. Промывочные жидкости на неводной основе применяют чаще всего для решения специальных задач (см. гл. XII), а также при разбуривании пород, склонных к пластическому тече­нию (бишофит, карналлит, сильно засоленные глинистые породы), и глубоко залегающих аргиллитов в скважинах с высокими забой­ными температурами.

Приготовление промывочной жидкости на водной основе

Глинистые растворы готовят как из порошкообразных материа­лов, получаемых путем сушки специально подобранных сортов глин хорошего качества и последующего размола, так и из комовых глин, добываемых в местных карьерах. Для приготовления растворов из комовых глин применяют -механические и гидромониторные мешалки, фрезерно-струйные мельницы, а из глипопорошков — также гидравлические мешалки эжекторного типа.

Для приготовления промывочного раствора гидромониторный смеситель системой трубопроводов соединяют с буровым (или спе­циально для этой цели установленным поршневым) насосом, который подает в гидромониторы воду (или жидкий раствор). Если комовая глина недостаточно высокого качества, для получения хорошего раствора суспензию, поступающую из отсека Б в приемную емкость, насосом вновь подают в гидромониторы, чем достигается лучшее диспергирование глинистых частиц. Чтобы насадки гидромониторов не засорились комочками материала, перед ними установлены фильтры.

Гидромониторные смесители имеют высокую производительность и позволяют легко механизировать загрузку сырья. Так, произ­водительность смесителя ГСТ достигает 40 м³/ч, тогда как произво­дительность механической двухвальной глиномешалки — 4 м³/ч. Исходное сырье для приготовления раствора подается в отсек А самосвалом или бульдозером по загрузочному трапу 1.

Для приготовления растворов из порошкообразных глин широко используют гидравлические мешалки ГДМ-1 Такая ме­шалка состоит из воронки 1 для загрузки порошка, камеры смеше­ния 4 с соплом 5, емкости 2 и сварной рамы 3, на которой смонтиро­ваны все элементы. К камере смешения насосом через сопло подается вода (или глинистый раствор, плотность которого требуется увели­чить) под давлением 2—3 МПа. Так как скорость струи на выходе из сопла высокая, то в камере смешения образуется вакуум, в ре­зультате чего из воронки засасывается порошок глины (или утяже­лителя)- Порошок смешивается с жидкостью, а образующаяся пульпа поступает в емкость 2. При входе в емкость поток пульпы ударяется в специальный башмак; при этом происходит дополнительное диспергирование твердых частиц.

По мере подъема суспензии вверх по емкости скорость ее движе­ния уменьшается, крупные нераспустившиеся комочки выпадают на дно, а готовая суспензия сливается в циркуляционную систему буровой через выходную трубу в верхней части емкости. Осадок периодически удаляют через нижнюю сливную трубу.

Глинистый раствор можно готовить непосредственно на буровой либо централизованно на глинозаводе, обслуживающем участок или район. Раствор, приготовленный на заводе, транспортируют либо по специально проложенным к буровым трубопроводам, либо в автоцистернах.