Промивання свердловин.

5.1 Призначення і класифікація промивальних рідин

Періодичне промивання свердловин почали застосовувати з другої половини XIX сторіччя, тобто з того часу, коли широкого поширення набув ударний спосіб буріння. При цьому було доведено, що найкраще очищення вибою від розбуреної породи досягається при доливанні в свердловину невеликої кількості води. Застосування обертового способу буріння свердловин привело до необхідності безперервного промивання їх в процесі буріння. Вода була першою промивальною рідиною і при цьому способі буріння. Розвиток технології буріння показав, що при розбурюванні глин і глинистих відкладень глинистий розчин, що утворюється в свердловині, значно полегшує процес проходки свердловини. Тому стали не тільки зберігати глинистий розчин, що утворився в свердловині, але і штучно готувати його на поверхні. Із зростанням глибин свердловин вимоги до промивання свердловин все більш зростали, що зумовило створення нових промивальних рідин. Основні функції промивальних рідин:

1) винесення частинок розбуреної породи зі свердловини;

2) утримування частинок розбуреної породи у зваженому стані при припиненні циркуляції;

3) створення протитиску на стінку свердловини, а отже, запобігання обвалам порід і попередження проникнення в свердловину газу, нафти і води з розбурених пластів;

4) глинизація стінки свердловини;

5) охолоджування долота, турбобура, електробура і колони;

6) змащування деталей (що труться) долота, турбобура;

7) передача енергії турбобуру (гвинтовому двигуну);

8) захист бурового обладнання і бурильної колони від корозії.

Промивальна рідина повинна бути інертною до дії температур, мінералізованих вод пластів і уламків розбурених порід. Промивальні рідини є:

1) замішані на водній основі, характерні представники яких вода і глинисті розчини;

2) замішані на неводній основі, до яких відносяться вуглеводневі розчини (нафтові);

3) насичені повітрям.

5.2 Механізми для приготування бурових розчинів.

Спосіб приготування промивальних рідин

Промивальні рідини можна готувати безпосередньо на буровій або централізовано на глинозаводі, який обслуговує дільницю чи район. Рідину, що приготовлена на заводі, транспортуючи або спеціально прикладеними до бурових трубопроводами або в автоцистернах.

Для приготування промивальної рідини із порошкоподібних матеріалів використовують спеціальний блок обладнання. Такий блок включає в себе два суцільнометалевих бункери від 20 до 50 м³ кожний. Бункери призначені для зберігання і подачі в камеру змішувача порошкоподібних матеріалів (глинопорошків, бариту і т. д.).

Для приготування промивальної рідини насосом подають дисперсійне середовище в ежекторний гідрозмішувач через штуцер. Так, як рідке середовище витікає із штуцера з великою швидкістю, то в камері змішувача виникає вакуум.

Під дією вакууму порошкоподібний матеріал з бункера по рукаву поступає в камеру змішувача, де змішується з рідиною, і по зливній трубі направляється в ємність. Для рівномірного розподілу компонентів промивальної рідини по всьому об’єму в ємності встановлені механічні лопатеві перемішувачі, які приводяться в дію з допомогою електродвигунів.

Будова гідрозмішувача:

1. розвантажувальний пристрій;

2. повітряні фільтри;

3. бункера;

4. гумово тканні гофровані рукави;

5. лійка;

6. гідравлічний змішувач;

7. зливна труба;

8. ємність;

9. штуцер.

Для приготування промивальних рідин з порошкоподібних глин використовують ежекторні мішалки.

Така мішалка складається із заглибини для завантаження порошку, камера змішування з соплом, ємності і зварної рами, на якій змонтовані всі елементи.

Очищення промивальної рідини

Промивальну рідину необхідно очищувати від вибуреної породи, абразивних частинок, що міститься у вихідному матеріалі, а деколи від надлишкової твердої фази.

Очищення промивальної рідини проводиться двома способами: гідравлічним і примусовим.

Гідравлічний спосіб очищення оснований на природному осіданні уламків вибуреної породи під дією сили тяжіння. При цьому способі рідина самостійно звільняється від уламків вибуреної породи, протікаючи по жолобній системі.

При примусовому способі промивальна рідина очищається з допомогою спеціальних механізмів.

Основним механізмом в очисній системі для видалення з промивальної рідини великих фракцій частинок вибуреної породи є вібраційне сито. Найпростіше вібраційне сито являє собою металеву раму, встановлену з допомогою амортизаторів на міцній основі під деяким кутом до горизонту. На рамі змонтовано решето з прогумованою поверхнею і натягнутою зверху сіткою з нержавіючого стального дроту, часто із спеціальним проти абразивним покриттям. Рама приводиться в рух з частотою від 100 до 2000 коливань за хвилину з допомогою електродвигуна через ексцентричний вал.

Для кращого очищення промивальної рідини на буровій встановлюють гідроциклон.

Гідроциклон складається з вертикального циліндра з тининціальним ввідним патрубком, конуса, зливної труби і регулювального пристрою з насадкою. Промивальну рідину з відстійника подають спеціальним відцентрованим насосом через патрубок в циліндр під надлишковим тиском 0, 2-0, 3 МПа. Оскільки патрубок приварений до циліндра тангенціально, то промивальна рідина набуває в циліндрі обертового Рузу. Під дією відцентрової сили рідина розшаровується: найважчі частинки відкидаються до периферії, а найлегші концентруються ближче до центра, в середніх ділянках поперечного перерізу гідро циклона.

Продуктивність гідроциклону залежить від його діаметра і надлишкового тиску на вході. Для нормальної роботи очисної системи продуктивність пісковідділювача повинна приблизно на 25 %, а муловідділювача на 50 % перевищувати найбільшу витрату бурових насосів при бурінні свердловини.

Для вилучення частинок, більших 40 мкм, використовують батарею гідроциклонів діаметром 150 мм і більше, в якій паралельно працюють декілька гідро циклонів. Умовно батарею гідро циклонів діаметром не менше 150 мм називають пісковідділювачем. Для вилучення твердих частинок розміром від 25 до 40 мкм використовують гідро циклони діаметром меншим ніж 100 мм, батарею яких називають муловідділювачем.

Дегазатор - пристрій для дегазації бурових розчинів з метою відновлення їх щільності. Розрізняють вакуумні (циклічного або безперервної дії), відцентрово-вакуумні і атмосферні дегазатори бурової.

Вакуумний дегазатор бурової циклічної дії (наприклад, ДВС-3) - автоматична установка, що складається з двокамерної герметичній ємності, вакуум в якій створюється вакуум-насосом. Камери включаються в роботу по черзі за допомогою золотникового пристрою. Продуктивність по розчину досягає 25-60 л/с, потужність 30 кВт, тиск у камері 0, 02 МПа.

Вакуумний дегазатор бурової безперервної дії являє собою горизонтальну циліндричну ємність з поміщеними в її верхній частині похилими пластинами. Аеровані буровий розчин надходить в камеру під дією вакууму, що створюється вакуум-насосом, і дегазується, розтікаючись тонким шаром по пластинах. У деяких модифікаціях дегазатором бурових створення вакууму і відкачка дегазованого розчину проводяться за допомогою ежектора. Продуктивність дегазатором бурових до 40-60 л/с, тиск у камері 0, 02-0, 035 МПа, споживана потужність до 100 кВт.

Відцентрово-вакуумний дегазатор бурової складається з циліндричного вертикального корпусу, на стінки якого спеціальної крильчаткою розбризкується буровий розчин, що надходить у підвідний трубопровід під дією вакууму. Продуктивність дегазатором бурових 50, 5 л/с, тиск у камері 0, 032 МПа, споживана потужність 15 кВт.

Дегазатор бурової складається з циліндричної вертикальної камери, в центральній частині якої буровий розчин розбризкується радіально на стінки корпусу за допомогою кільцевого пружинного дроселя. Виділився в результаті удару і розпилення газ йде в атмосферу або відсмоктується повітродувкою низького тиску. Продуктивність дегазатором бурових 38 л/с, тиск у камері 0, 087 МПа, споживана потужність 6, 5 кВт. Дегазатори бурові цього типу недостатньо ефективні при обробці розчинів з підвищеними структурно-механічними показниками

Блок сепаратора призначений:

-для поділу на фази газорідинної суміші бурового розчину з пластовим флюїдом;

-напрямку потоку газової фази на розсіювання в атмосферу або на факельний стояк для спалювання;

-повернення бурового розчину в циркуляційних систем бурової установки в процесі ліквідації газонефтепроявленія при будівництві глибоких свердловин на нафту і газ.

5.4.Прилади для дослідження фізичних властивостей бурових розчинів.

Густина – це маса одиниці обєму промивальної рідини..Вона характеризує здатність промивальної рідини здійснювати в сврдловині гідродинамічні і гідростатичні функції.Для вимірювання густини в лабораторних умовах використовують ареометр АГ-ЗПП(рис 5.1).

Рис 5.1.Ареомет АГ-3ПП

Він складається з:

1-зйомний тягарець;

2-стакан;

3-поплавок;

4-циліндрична частина поплавка;

5-відро футляр;

6-герметизуюча пробка;

7-шкала;

8-герметизуюча кришка;

Мірний стакан заповнюють рідиною, призамірюванні прикріплюється до поплавка.На поверхні циліндричної частини поплавка, герметизованою пробкою нанесені 2 шкали для заміру густини в межах 900-1700 і 1600-2400.

Умовна вязкість – це умовна характеристика гідравлічного опору прокачування промивальної рідини.Під умовною вязкість розуміють тривалість витікання пів літра ретельно перемішаної промивальної рідини через калібровану трубку з внутрішнім діаметром 5мм і довжиною 100мм приладу ПВ-5 (рис 5.2), в який налито 700 мл.

У

Рис 5.2.Прилад ПВ-5.

Для кількісної оцінки реологічних параметрів промивальних рідин використовують різні реологічні моделі. Для визначення реологічних характеристик використовують ротаційні віскозиметри.Тиксотропією називають здатність суспензії утворювати структуру в стані спокою (гель) і втрачати її при перемішуванні. Міцність утворюваної суспензією структури в стані спокою називають статичним напруженням зсуву (СНЗ.). СНЗ – це те напруження, яке необхідно створити, щоб зруйнувати структуру і відновити текучість системи. Промивальна рідина характеризується двома значеннями статичного напруження зсуву: початковим (θ 1), яке заміряють через 1 хв. спокою після інтенсивного перемішування, і другим (θ 10), яке заміряють після 10 хв. спокою. Перша величина (θ 1) характеризує утримувальну здатність промивальної рідини.

Рис 5.3.Прилад для заміру СНЗ.

Фільтраційні властивості. У промивальній рідині міститься значна кількість вільного дисперсійного середовища, що не зв'язане з дисперсною фазою. Якщо така рідина вступає в контакт з проникною породою, а тиск у свердловині перевищує пластовий, то промивальна рідина намагається проникнути поровими каналами і тріщинами породи. Так як розміри основної маси частинок дисперсної фази близькі до розмірів порових каналів або перевищують їх, то більшість частинок затримується на поверхні проникної породи, і з них формується фільтраційна кірка. Проникність кірки зменшується з ростом її товщини. Із зниженням проникності кірки зменшується швидкість фільтрації вільного дисперсійного середовища в породу. Фільтрація (Ф) вимірюється в см3/30 хв. і характеризує здатність промивальної рідини фільтруватись в стінки свердловини під впливом перепаду тиску з утворенням малопроникної фільтраційної кірки. За величину фільтрації беруть об'єм фільтрату, який відділяється від промивальної рідини протягом 30 хв. при фільтруванні через паперовий фільтр площею 44 см2 (діаметром 75 мм) при визначеному перепаді тиску. Цей параметр називають показником фільтровіддачі Ф30 або водовіддачею, якщо рідина на водній основі. Фільтрація залежить від складу промивальної рідини, дисперсності твердих частинок, перепаду тиску, температури та деяких інших факторів. В статичних умовах фільтрація завжди менша, ніж при русі промивальної рідини. Для заміру фільтрації використовують прилади двох груп. У першій групі величину фільтрації визначають за зменшенням об'єму промивальної рідини, яка знаходиться на фільтрі (ВМ-6, ВГ-1, прилад ГрозНДІ та ін.). Зменшення об'єму дорівнює об'єму фільтрату. У другій групі безпосередньо заміряють об'єм фільтрату (ФП-200, УИВ-2 та ін.). Фільтраційні властивості на приладі ВМ-6 вимірюють в статичних умовах (рис. 5.4) при перепаді тиску 0, 1 МПа. Процес фільтрації здійснюється через паперовий фільтр, розміщений на дні спеціального пристосування.

1 – плунжер; 2 – втулка; 3 – напірний циліндр; 4 – голковий клапан; 5 – фільтраційний стакан; 6 – гумовий корок; 7 – підставка; 8 – паперовий фільтр; 9 – отвір для виходу фільтрату.

Рис 5.4.Прилад ВМ-6