Техника и технология строительства нефтяных и газовых скважин

1.

Семинарские занятия по дисциплине
«Техника и технология строительства нефтяных и газовых скважин».
Семинар №7
Буровые растворы. Оборудование для приготовления и
очистки буровых растворов.
Основные Темы семинара:
1. Функции и свойства бурового раствора.
2. Классификация и типы буровых растворов;
3. Приготовление и очистка буровых растворов.
1

2. ФУНКЦИИ БУРОВОГО РАСТВОРА

• Удаление продуктов разрушения из скважины;
• Охлаждение породоразрушающего инструмента и бурильных труб;
• Удержание частиц выбуренной породы во взвешенном состоянии;
• Облегчение процесса разрушения горных пород на забое;
• Сохранение устойчивости стенок скважины;
• Создание гидростатического равновесия в системе "ствол
скважины пласт“;
• Сохранение проницаемости продуктивных горизонтов;
• Перенос энергии от насосов к забойным механизмам;
• Обеспечение проведения геофизических исследований;
• Предохранение бурового инструмента и оборудования от коррозии и
абразивного износа;
• Закупоривание каналов с целью снижения поглощения бурового
раствора и водопритоков;
• Предотвращение газо-, нефте-, водо проявлений.
2

3. Свойства бурового раствора

Плотность – масса единицы объема жидкости, кг/м3 (г/см3), характеризует
гидростатическое давление столба жидкости в скважине и определяет
гидравлические потери при циркуляции.
Реологические свойства – характеризуют подвижность (текучесть) жидкости
под действием приложенной нагрузки: условная вязкость, УВ, с;
динамическое напряжение сдвига; структурная вязкость.
Тиксотропные свойства – характеризуют способность жидкости
структурироваться в покое и вновь становиться подвижной при
перемешивании: статическое напряжение сдвига, СНС.
Фильтрационные свойства – характеризуют способность жидкости
проникать в породы, слагающие стенку скважины, через фильтрационную
корку: фильтроотдача; толщина корки.
Водородный показатель pH – характеризует качество жидкости.
Электрические свойства - характеризуют способность жидкости
препятствовать прохождению электрического тока.
Седиментационная устойчивость - характеризует отстой жидкости после
пребывания в покое.
Термостабильность - характеризует способность жидкости не изменять
свойства после нагрева.
Газосодержание – характеризует содержание газовых примесей в жидкости.
Содержание твердой фазы – характеризует содержание сухого остатка.
3

4. Состав бурового раствора

Буровой раствор состоит из:
дисперсионной среды, жидкой, газообразной или
газожидкостной;
дисперсной фазы, равномерно распределенной в
дисперсионной среде;
химических реагентов, растворенных в дисперсионной среде
для регулирования свойств бурового раствора.
4

5. ФАЗЫ БУРОВОГО РАСТВОРА

Водная фаза (дисперсионная среда)
• Соли, щелочи, растворимые химреагенты
Дисперсная фаза
• Бентонит
• Активная выбуренная порода
• Инертная выбуренная порода
• Утяжелитель
• Химреагенты
5

6. КЛАССИФИКАЦИЯ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ по составу дисперсионной среды

6

7. КЛАССИФИКАЦИЯ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ по назначению

растворы общего назначения: для неосложненных условий
бурения;
ингибирующие растворы: для предотвращения или
затруднения разупрочнения глинистых пород при контакте с
водной фазой буровых растворов;
утяжеленные растворы: для противостояния повышенному
пластовому давлению и для обеспечения устойчивого
состояния пород на стенке скважины;
растворы для хемогенных отложений: затрудняют
растворение и текучесть солей;
растворы для многолетнемерзлых пород: затрудняют
растепление мерзлых пород;
растворы для вскрытия продуктивных пластов: не наносят
ущерб коллектору.
7

8. МИНЕРАЛЬНЫЕ И СОЛЕНАСЫЩЕННЫЕ ГЛИНИСТЫЕ РАСТВОРЫ ( cодержание NaCl от 35 г/л до полного насыщения.)

Условия применения:
• бурение соленосных пластов( разбавленных солей)
• бурение в неустойчивых глинистых породах;
• бурение в условиях применения минерализованных пластовых
вод;
• • При использовании минерализованной воды для
приготовления раствора при содержании NaCl больше 35 г/л)
• • Бурение газовых скважин на морских месторождениях при
большой глубине моря
8

9. Глинистые растворы , обработанные соединениями Са( кальциевые глинистые растворы )

• Известковые растворы( растворы , обработанные Ca(OH)2).
• Гипсовые ( источников ионов Са2+ служит сульфат кальция ( СаSO4).
• Хлор-кальциевые глинистые растворы(источником ионов Са2+
является СаСl2)
9

10. КАЛИЕВЫЕ ГЛИНИСТЫЕ РАСТВОРЫ

Они различаются по источнику катионов калия в растворе К+
– хлоркалиевый глинистый раствор – источником ионов К+ является
KCl и NaCl
– карбонатно-калиевые глинистые растворы – источник ионов К+ поташ
– ацетатнокалиевые глинистые растворы( источник ионов К+ - ацетат
калия углекислый
– гуматно-калиевый раствор – источник К+
-гуматнокалиевый реагент ( ГКР )
10

11. Безглинистые буровые растворы на водной основе

ТРЕБОВАНИЯ К БЕЗГЛИНИСТЫМ БУРОВЫМ РАСТВОРАМ
• должен обладать способностью к структурообразованию;
• должен быть способен образовывать фильтрационную
• корку, ограничивающую поступление фильтрата в породу;
• должен иметь пресный состав ( практически невозможно, поскольку
всегда содержатся полисоли в воде)
• не должен содержать глину.
11

12. РАСТВОРЫ НА УГЛЕВОДОРОДНОЙ ОСНОВЕ

Это растворы на основе органических жидкостей.
РАЗНОВИДНОСТИ РАСТВОРОВ НА УВО
• Безводный раствор на углеводородной основе (РХО) изначально не имеют
свободной воды (свободная вода не превышает 5% по объему), но в
процессе бурения она может попасть в буровой раствор из пластовой
жидкости.
• Обращенные (инвертные) эмульсионные растворы ( ОЭР); обращенные – это
растворы на синтетической основе жидкой фазой которых является
синтетическая жидкость – они являются обращенными эмульсионными
растворами (ОЭР)
• ОЭР представляют инвертную эмульсию в которых дисперсионной средой
является вода, содержащаяся в растворе до 60% по объему, одновременно
вода выступает в качестве дисперсной фазы ОЭР.
12

13. Химические реагенты для обработки бурового раствора

Все химические реагенты разделяют по наиболее распространенным группам:
по воздействию на свойства буровых растворов:
• понизители фильтрации, вязкости, водоотдачи, структурообразователи,
пеногасители и т.д.;
по устойчивости к воздействию минеральных солей:
• солестойкие и несолестойкие;
по отношению к действию температуры:
• термостойкие и нетермостойкие (до 50°С)
• термосолестойкие и нетермосолестойкие,
органические, неорганические и т.д.
13

14. Реагенты специального назначения

1. Ингибиторы предотвращающие набухания и диспергирования;
2. Термостабильные добавки (Предотвращают загустевания бурового
раствора при высоких температурах);
3. Смазочные добавки;
4. ПАВ (Снижают поверхностное натяжение на границе раздела фаз);
5. Эмульгаторы (Для образования однородных смесей двух не
смешивающих реагентов);
6. Пеногасители (Для предупреждения и ликвидации вспенивания
вызванного некоторыми веществами);
7. Бактерицид;
8. Реагенты для связи ион Ca и Mg;
9. Ингибиторы коррозии (Вещества замедляющие коррозию бурового
раствора)
10.Нетролизаторы сероводорода;
11.Флокулянты – полимерные вещества способные к агрегации
твердых частиц с последующим их выделением в осадок;
12.Пенообразователи;
13.Закупоривающие материалы для предотвращения поглощения;
14.Утяжелители.
14

15. Выбор типа бурового раствора для проводки скважин в осложненных условиях

• Состав пластовых вод: Тип воды, Концентрация хлоридов,
Уровень жёсткости;
• Геология: Тип глин, Тип песчаников, Проницаемость, Другие
типы пластов;
• Потенциальные проблемы: Проблемы с устойчивостью глин,
Сальникообразование на долоте, забойной компоновке, Прихваты
труб, Потери циркуляции, Истощённые песчаники
15

16. Выбор бурового раствора для бурения и заканчивания скважины

16

17. Циркуляционная система буровой установки

ЦС - комплекс механизмов и оборудования, предназначенный для
выполнения технологических операций с промывочной жидкостью
(ПЖ):
приготовление ПЖ;
подача ПЖ в скважину;
кондиционирование ПЖ;
хранение запаса ПЖ.
17

18. Оборудование для приготовления и очистки бурового раствора

18

19. Фрезерно-струйная мельница

1 – диспергирующая рифленная
плита, 2 - лопастной ротор, 3 - вал,
4 - лоток, 5 – отражательный щиток,
6 - решетка, 7 - лопасти ротора,
8 - шарнир, 9 - приемный бункер,
10 - подвижной щиток, 12 - шарнир,
13 – предохранительная шарнирная
плита, 14 - регулирующая планка,
15 - сменные штифты, 16 - ловушка, 17
- резиновая прокладка,
18 - откидная крышка, 19 - механизм
для удаления посторонних включений,
20 - рама.
19

20. Оборудование для приготовления буровых растворов

Схема приготовления бурового раствора
1- емкость; 2- поршневой насос; 3- задвижка; 4- гидроэжекторный смеситель;
5- воронка; 6- мешок; 7- площадка; 8- шиберная заслонка; 9- перемешиватели
20

21. Механико-гидравлические методы

Струйный диспергатор состоит из
корпуса 8, в который вмонтированы два
патрубка 4 с насадками 6,
удерживающимися заглушками 7.
Гайками 5 патрубки крепятся к корпусу.
Глинистый раствор подается через
тройник 1, быстроразъемные
соединения 2, по изогнутым трубкам 3 к
насадкам 6. В корпусе происходит
встреча потоков, обработанный раствор
отводится по патрубку 9.
21

22. Гидромониторные мешалки

Производительность: 40-120 м3/ч;
Давление жидкости: 4-10 МПа;
Масса: 8390 кг.
1 – загрузочный трап; 2 – резервуар;
3 – барабанный фильтр; 4 – люк;
А и Б – сообщающиеся отсеки.
22

23. Механическая лопастная глиномешалка

1 – металлическая емкость корпус; 2 – рабочий шкив;
3 – зубчатый редуктор;
4 – вал; 5 – люк;
6 - поперечные лопасти;
7 – спускной люк;
23

24. Гидравлические мешалки - эжекторного типа

Гидравлические мешалки эжекторного типа
1 - сопла,
2 - воронка,
3 - камера смешения,
4 - выходная труба,
5 - бак,
6 - рама.
Производительность: 70-90 м3/ч;
Объем воронки: 0,175 м3;
Объем бака 1 м3;
Масса: 1120 кг.
24

25. Очистка промывочных жидкостей от выбуренных пород

25

26. Классификация

Методы очистки промывочной жидкости от шлама можно
классифицировать следующим образом.
1. Естественные - в желобной системе и отстойниках.
2. Принудительные:
механические - с помощью сит;
гидравлические - центрифугированием в гидроциклонах и
центрифугах;
физико-химические - введением флокулянтов и разбавителей.
3. Комбинированные - сочетанием приведенных выше методов.
Твердые частицы в буровом растворе делятся:
пески (более 80 мкм);
илы (2-80 мкм);
коллоиды (менее 2 мкм).
26

27. Естественные методы очистки

27

28. Кондиционирование промывочной жидкости

• Очистка ПЖ от твердых частиц
– вибросито;
– пескоотделитель;
– илоотделитель;
– центрифуга.
• Очистка ПЖ от газа
- дегазатор; газовый сепаратор.
• Химическая обработка ПЖ
- дозатор; смеситель; диспергатор; перемешиватель.
28

29. Блок очистки бурового раствора

29

30.

Схема
газового
сепаратора
30

31. Схема работы вибросита

- буровой раствор из скважины
- очищенный буровой раствор
- сброс шлама
1- амортизатор; 2- сетка; 3- желоб; 4- вибратор; 5- электродвигатель
31

32. Вибрационное сито

1 - опорная рама,
2 - барабаны для натяжения сеток,
3 - амортизаторы,
4 - вибрирующие рамы,
5 - кожухи для ограждения ременных
передач,
6 - электродвигатель,
7 - распределительная коробка.
Масса – 987 кг
32

33. Гидроциклонная установка

1 - винтовой насос,
2 - трубопровод,
3 - сливной трубопровод,
4 - гидроциклон,
5 - лоток,
6 - электродвигатель,
7 - специальная емкость.
33

34. Гидроциклон

34

35. Центрифуга

35

36. Химическая обработка промывочной жидкости

Первичная обработка проводится с целью
получить заданные состав и свойства
промывочной жидкости, которые сводят к
минимуму отрицательные последствия ее
воздействия на горные породы.
Вторичная обработка проводится для
поддержания свойств промывочной жидкости
на заданном уровне.
36

37. Конец семинара 7

37