ВВЕДЕНИЕ. Промывочные жидкости

Промывочные жидкости

Для бурения

Осложненных пород.

Красноярск 2005

ВВЕДЕНИЕ

Сооружение скважин - трудоёмкий инженерно-технологический процесс, нередко связанный с различного рода осложнениями и авариями, борьба с которыми, особенно при бурении глубоких скважин, является важнейшей и трудно решаемой проблемой. От её решения во многом зависит технический прогресс, повышение производительности труда и снижение себестоимости одного погонного метра.

Для борьбы с осложнениями необходимо знать местоположение, мощность, проницаемость, скважность, пластовое давление и ряд других показателей осложненной зоны, дающих возможность объективно оценить её с точки зрения предстоящих буровых работ.

Успех буровых работ во многом зависит от своевременных исследований скважины и своевременного принятия мер профилактики. Эффективность выбора методов профилактики и их реализация связаны с правильным трактованием процессов в скважине, как в ходе, бурения, так и в ходе тампонирования.

Способы решения проблемы определяются многообразием горнотехнических условий, которые практически исключают универсальность какого-то одного решения. Однако общий подход должен включать в себя комплекс обязательных операций: изучение зоны осложнения, её оценка, выбор способа борьбы с осложнениями и авариями, реализация принятого способа, контроль результатов работ.

Осложнениями при бурении скважин называют нарушение целостности и герметичности скважин. Нарушение целостности скважин при бурении обусловлено, с одной стороны, наличием неустойчивых горных пород в разрезе (объективный фактор), с другой - воздействием на них горного давления (естественный геологический фактор), промывочной жидкости и вращающегося бурового снаряда (технический фактор).

К неустойчивым горным породам относят породы со слабыми химическими связями в слагающих их минералах (хемогенные горные породы) и слабыми связями между минеральными зёрнами (терригенные породы). К хемогенным породам относят легко растворимые осадочные галогенно-сульфатные породы: галенит, сильвин, карналлит, бишофит, гипс, ангидрит и т.д. К терригенным - раздельнозернистые и глинистые горные породы. К этим породам можно отнести и мёрзлые породы.

Нарушение целостности стенок скважин под воздействием естественного фактора (горного давления) называют естественной дестабилизацией скважины, а под воздействием технического фактора (промывочной жидкости, вращающейся бурильной колонны) - искусственной дестабилизацией скважины. В результате естественной дестабилизации скважин в пластических породах (галоидных, глинистых) возникают пластические деформации - пучение стенок скважин, а в хрупких и раздельно-зернистых - осыпи и обвалы. В первом случае диаметр скважин уменьшается, во втором - образуются каверны.

В чистом виде естественная дестабилизация при сооружении скважин наблюдается редко. Обычно она сопровождается воздействием бурильной колонны и промывочной жидкости, т.е. искусственной дестабилизацией скважин.

Под воздействием искусственной дестабилизации скважин в глинистых породах происходит набухание горных пород с последующим их размягчением и обрушением, в хрупких и трещиноватых породах - ослабление связей между кусками породы с последующим осыпанием и обвалом. При набухании диаметр скважины уменьшается, в остальных случаях образуются каверны. Набухание глин обусловлено капиллярным и осмотическим всасыванием горной породой воды. Капиллярное всасывание происходит благодаря высокой пористости глины, высокого поверхностного потенциала капилляров, а осмотическое - высокой объёмной электрической энергии отрицательно заряженных глинистых частиц. Такие же явления имеют место и в микротрещиноватых глинистых породах: аргиллитах, алевролитах, глинистых сланцах. В результате проникновения воды по микротрещинам связи между кусками породы ослабляются, и под воздействием горного давления происходит осыпание стенок скважин или даже "выстреливание" кусков породы в скважину ("стреляющие" аргиллиты). Наряду с размягчением породы промывочная жидкость способна дестабилизировать стенки скважин и за счёт растворения хемогенных горных пород и диспергирования ("растворения") глинистых пород, а так же за счёт размывания хемогенных и терригенных горных пород циркулирующим потоком.

Набухание горных пород, осыпи, обвалы, как правило, приводят к затруднениям при спуске и подъёме снаряда, "прессовке" насоса, "недохождению" снаряда до забоя, прихватам, затяжкам бурового снаряда. В кавернах часто наблюдаются поломки бурильных труб. Все эти осложнения и аварии требуют дополнительных затрат труда, времени, средств, снижают производительность труда, ухудшают качество опробования. Поэтому требуют пристального изучения и разработки специальной технологии бурения.

Классические учебники по бурению скважин рассматривают процессы бурения преимущественно устойчивых горных пород, не вызывающих больших трудностей и осложнений. Однако около 70 % всех перебуриваемых в нашей стране горных пород относятся к неустойчивым, требующим специальной весьма трудоёмкой технологии бурения. Важнейшим элементом этой технологии является правильный выбор качества промывочной жидкости, её рецептуры.

Многие исследователи считают, что правильный выбор рецептуры промывочной жидкости для бурения неустойчивых горных пород является решающим фактором в предупреждении осложнений, в повышении производительности бурения и своевременного выполнения геологического задания. В связи с этим разработке новых рецептур промывочных жидкостей, технологии промывки скважин уделяется огромное внимание, ведутся поиски новых материалов, новых промывочных жидкостей.

Для студентов составляются новые учебные пособия. Большая работа в этом плане проделана Л.М. Ивачёвым. Им написан ряд монографий и учебных пособий по разработке рецептур промывочных жидкостей для трещиноватых горных пород. Значительное внимание вопросам выбора промывочных жидкостей при бурении мёрзлых пород уделено Б.Б. Кудряшовым и А.М.Яковлевым. Написанные ими монографии и учебное пособие "Бурение скважин в осложненных условиях" посвящены преимущественно технологии бурения в мёрзлых породах. Кратко рассматриваются в пособии и применяемые для бурения глинистых и раздельно-зернистых пород современные промывочные жидкости.

Более глубокие исследования по предупреждению осложнений при бурении скважин в неустойчивых породах (хемогенных и терригенных) проведены В.Д. Городновым. Для инженерно-технических работников буровых предприятий нефтяной и газовой промышленности и геологической службы им написана работа, представляющая большой практический и теоретический интерес - "Физико-химические методы предупреждения осложнений в бурении".

Существует целый ряд работ М.И. Липкеса, O.K. Ангелопуло, Н.Н. Круглицкого и их школ. Однако все эти работы базируются на экспериментальных исследованиях без привлечения фундаментальных современных наук. При разработке и выборе эффективной рецептуры промывочной жидкости будущий специалист должен уметь определять причины осложнений и способы их устранения. Для этого он должен знать механизм взаимодействия промывочных жидкостей с горными породами, чётко представлять все процессы, происходящие в промывочной жидкости.

Характер взаимодействия жидкостей с твёрдыми телами изучает физикохимия и коллоидная химия. За последние годы в связи с практическим использованием в различных областях народного хозяйства эти науки достигли значительных успехов, особенно в области дисперсных систем и адсорбции жидкостей на поверхности твёрдых тел.

Фундаментальные положения физикохимии могут быть использованы и при разработке теории о структуре промывочных жидкостей и стабилизации неустойчивых зон в скважинах при помощи промывочных жидкостей. Однако незавершённость ряда теоретических положений сдерживает их применение при разработке новых рецептур промывочных жидкостей. Большинство исследователей по-прежнему ориентируются только на экспериментальные методы.

Современная физикохимия и коллоидная химия рассматривают взаимодействие жидкой и твердой фаз только в непосредственном их контакте, толщиной в несколько слоев молекул (от нескольких нанометров до сотни нанометров).

Однако, как показывает практика и многочисленные эксперименты учёных, влияние поверхности твёрдого тела на свойства жидкостей распространяется на существенно большие расстояния. Поэтому ряд положений теории взаимодействия жидкости с твёрдым телом требует дальнейшей доработки, что позволит в более широком масштабе использовать науку для решения проблем теории промывочных жидкостей.
В данной работе делается попытка привлечь внимание буровиков к более глубокому изучению механизма воздействия промывочных жидкостей на горные гюроды, наметить пути решения актуальных задач по предупреждению осложнений при бурении скважин с помощью промывочных жидкостей, научить будущих специалистов на основе фундаментальных наук решать проблемы, связанные с выбором и разработкой новых рецептур промывочных жидкостей.
В работе обобщен и систематизирован имеющийся в печати материал по взаимодействию воды с твёрдым телом, на основе современной фундаментальной науки разработана теория структурирования и стабилизации промывочных жидкостей, теория взаимодействия промывочных жидкостей с горными породами, теория стабилизации стенок скважины.
Теоретические выводы проверялись на экспериментальных материалах известных учёных, в первую очередь, М.И. Липкеса и его - школы, Б.д. Городнова и его школы, О.К. Ангелопуло и его школы, Н.Н. Круглицкого и его школы и др.

Поиск по сайту: