БУРОВОЙ РАСТВОР КАК НДС
Буровой раствор – сложная полидисперсная система, обладающая тиксотропной структурой, особенности которой обуславливают его технологические свойства, главные из которых – структурно-механические и фильтрационные. Управление этими свойствами в основном сводится к изменению физико-химического состояния бурового раствора.

Развитие науки о буровых растворах последовательно отражает постановку и решение наиболее существенных проблем, выдвигаемых практикой бурения. В начале решалась главным образом задача обеспечения устойчивости стенок скважины, что послужило основанием разработки систем бурового раствора как дисперсной системы, в результате чего были созданы ингибированные (соле-, термостойкие и термосолестойкие) буровые растворы. С целью управления процессом взаимодействия раствора со стенкой скважины и шламом, были разработаны ингибирующие и недиспергирующие системы требуемой термостойкости, работающих при температурах свыше 150⁰С. Практически важные выводы получены при изучении механизмов массопереноса между скважиной и пластом. При положительном перепаде давления, приводящем к кольматации стенок скважины и отфильтровыванию в пласты дисперсионной среды бурового раствора, всегда наблюдаются осложнения в виде прихватов инструмента осыпания и кавернообразования. Применение ингибированных буровых растворов позволило предотвращать осложнения, связанные с нарушением устойчивости стенок скважины.

Буровой раствор – важнейший элемент технологии бурения, в значительной мере определяющий стоимость, технико-экономические показатели и качество строительства скважин. Однако главное – то, что его свойства и режимы течения являются основными управляющими факторами в процессе бурения скважин.

Современный роторный и турбинный способы бурения предполагают циркуляцию бурового раствора в скважине. По технологической необходимости или организационным причинам циркуляция может прерываться, в результате чего раствор остается в покое и должен за весь этот период сохранять свои реологические свойства.

Поэтому к буровым растворам предъявляют ряд требований, обуславливающих как их качество, так и функциональное назначение.

Буровой раствор должен выполнять следующие основные функции:

1. 
   быть экологически безопасным, устойчивым к воздействию электролитов, кислых газов, высокой температуры и давления; иметь стабильные во времени свойства; противостоять переходу выбуренной породы ( растворение, диспергирование ) в его состав и удерживать во взвешенном состоянии породу;
   
2. 
   предупреждать осложнения в необсаженном стволе скважины;
   
3. 
   обеспечить качественное вскрытие продуктивных пластов;
   
4. 
   создавать благоприятные условия для разрушения забоя долотом;
   
5. 
   выносить шлам на поверхность, освобождаясь от него на очистных устройствах;
   
6. 
   передавать гидравлическую мощность забойным двигателям;
   
7. 
   облегчать спуско-подъемные операции;
   
8. 
   обеспечить возможность проведения геофизических исследований.
   

---

В процессе бурения раствор подвергается влиянию различных факторов. Наибольшее влияние оказывают дисперсные породы, такие как глинистые, которые, активно взаимодействуя с дисперсионной средой бурового раствора, диспергируются в нем, повышая концентрацию твердой фазы и, как следствие, структурно-механические показатели. В свою очередь, фильтрат бурового раствора, проникая в глинистые породы, слагающие стенки скважины, обусловливает их набухание и потерю устойчивости.

Именно поэтому циркуляционную систему скважины можно рассматривать или использовать как реактор для протекания физико-химических процессов в буровом растворе.

Кроме того, «идеальный» буровой раствор, кроме отмеченных выше требований, должен быть термо-, баро- и солеустойчивым в широком диапазоне высоких температур, давлений и минерализации; инертным по отношению к разбуриваемым породам, препятствуя накоплению последних в нем; предельно диспергированным; приемлемым по составу дисперсионной среды для проведения геофизических исследований экологически безвредным.

В состав бурового раствора целесообразно включать минимум компонентов, эффективность которых обеспечивается при малых концентрациях в течение длительного срока, а технология его приготовления должна быть энергосберегающей.

Исследование закономерностей образования и деформирования дисперсных систем, а также управления ими является предметом новой области знания – физико-химической механики, созданной трудами акад. П.А.Рединбера и его школы. Эта наука позволяет изучать с единых позиций проблемы реологии, молекулярной физики, механики материалов и поверхностных явлений в дисперсных системах.

Свойствами буровых растворов, исходя из коллоидно-химических представлений, можно управлять, изменяя:

-Концентрацию, дисперсность и фракционный состав дисперсной фазы

(глина, утяжелитель, наполнитель, нефтепродукты );

-Энергию взаимодействия частиц дисперсной фазы с дисперсионной средой;

-Энергию взаимодействия (тип контактных взаимодействий) частиц дисперсной фазы, образующих пространственную решетку коагуляционно-тиксотропных структур );

-Тип сопряженной пространственной коагуляционно-тиксотропной структуры.

Задача технолога- управлять этим состоянием с учетом режимов и условий течения в скважине, не допуская чрезмерного загустевания или потери стабильности в результате коагуляционного разжижения. Низкое качество буровых растворов как структурированных дисперсий или неконтролируемое изменение их структурно-механических и фильтрационных свойств под воздействии внешних факторов обусловливает ухудшение технико-экономических показателей бурения, крепления и вскрытия скважин, а также возникновения различных осложнений.

---

Структурно-механические и фильтрационные свойства буровых растворов – не только главные характеристики их технологического качества, но и отражают коллоидно-химическое состояние этих дисперсий. Показатели этих свойств являются интегральными характеристиками происходящих в них коллоидно-химических процессов. На их регулирование ( исключая затраты на утяжелитель ) используют основную массу реагентов и материалов.

По П.А.Рединберу, факторы устойчивости диперсий, препятствующие сближению частиц, в порядке возрастания эффективности следующие:

1) наличие двойного электрического слоя;

2) возникновение на поверхности частиц стабилизирующей адсорбционной пленки ПАВ, являющейся структурно-механическим барьером между частицами (характерно для буровых растворов ).

В буровых растворах, представляющих собой многокомпанентные фазово-неоднородные системы, весьма часто возникают, как показал Н.Н.Круглицкий, сопряженные структуры. Причиной этого могут быть шихтование глин, введение новой высокодисперсной фазы, например утяжелителя, образование такой фазы в самой системе, добавление высокомолекулярных реагентов типа КМЦ, акриловых полимеров, растворы которых обладают свойствами неньютоновских жидкостей.

К числу основных факторов, определяющих состояние бурового раствора и практически влияющих на его технологические свойства, следует отнести содержание и характеристики глин и утяжелителей.

Глина – основной структуро- и коркообразующий компонент бурового раствора. Суспензия глины может рассматриваться как буровой раствор для неосложненного бурения или как основа приготовления более сложных систем.

Особенности структурообразования в растворах в основном зависят от кристаллохимического строения глинистых минералов и определяются их важнейшими коллоидно-химическими свойствами: дисперсностью, гидрофильностью, сорбционной активностью, ионообменной способностью, набуханием и т.п.
ФУНКЦИИ БУРОВОГО РАСТВОРА
Независимо от производимых работ у бурового раствора около 10 функций. Бурраствор должен выполнять следующие функции:

1. 
   создавать на стенки скважины противодавление;
   
2. 
   предотвращать обвал стенок скважины;
   
3. 
   создавать на стенках скважины тонкую, плотную корку;
   
4. 
   очистить забой от выбуренных частиц породы;
   
5. 
   удерживать выбуренные частицы во взвешенном состоянии при остановке промывки;
   
6. 
   выносить выбуренную породу на поверхность;
   
7. 
   охлаждение и смазка долота и бурильной колонны;
   
8. 
   снижать риск кольматации продуктивного пласта;
   
9. 
   позволять производить оценку параметров продуктивного пласта;
   
10. 
    снижать коррозию бурильной колонны.
    

---

При каротаже во время бурения бурраствор должен позволять делать оценку возраста горных пород.
КОНТРОЛЬПЛАСТОВОГОДАВЛЕНИЯ
Он обычно осуществляется с помощи плотности раствора (обычно называемой весом бурраствора). Вес бурраствора может быть увеличен двумя способами:

а) растворением в нем солей;

б) увеличением содержания твердой фазы.

Если в бурраствор попадают дополнительные твердые частицы, он должен обладать достаточной вязкостью, чтобы частицы не осаждались.

Плотность бурового раствора должна быть достаточной для удерживания нефти, воды или газа в пласте. А с другой стороны, слишком высокая плотность бурвого раствора может стать причиной разрыва породы и поглощения бурового раствора.

БАЛАНС МАССЫ.

Буровой раствор является смесью. Вес смеси это сумма веса составляющих материалов. Например, если 700 литров сухой глины с плотностью 2.4 кг/л. смешать с 2000 л воды плотность. 1.00 кг/л.:

700 * 2.4 + 2000 * 1.00 = 3680 кг.

Плотность раствора будет:

Плотность = масса/объём 3680/2700 = 1.36 кг/л.
ЗАЧИСТКА ЗАБОЯ ОТ ВЫБУРЕННОЙ ПОРОДЫ
Легкость удаления выбуренной породы зависит от размера и веса обломков и расхода жидкости, или, скорости восходящего потока бурраствора. Это зависит от такой характеристики бурраствора, как вязкость. Бурраствор с большой вязкостью лучше чистит скважину.

Также играет роль вес бурраствора (плотность). У бурраствора с большим весом больший фактор плавучести. Вероятность того, что обломки осядут обратно на забой, меньше, они легче поднимаются к поверхности.
УДЕРЖИВАНИЕ ШЛАМА ВО ВЗВЕШЕННОМ СОСТОЯНИИ
Для удерживания выбуренных частиц во взвешенном состоянии при остановке циркуляции, бурраствор должен обладать СНС-статическим напряжением сдвига т.е. гелевой структурой. Это не тоже самое, что вязкость. Гелевая структура это свойство бурраствора в статическом состоянии, в то время как вязкость это характеристика движущегося бурраствора.

Статическое напряжение сдвига (СНС, мгс/см²) - величина, определяемая минимальным касательным напряжением сдвига, при котором начинается разрушение структуры бурового раствора в покое. СНС характеризует прочность тиксотропной структуры и интенсивность упрочнения ее во времени.

Статическое напряжение сдвига (СНС) – это усилие, которое необходимо приложить, чтобы вывести из состояния покоя буровой раствор. Единица измерения – н/мм

---

².

ДНС - динамическое напряжение сдвига, это параметр отвечает за то, как выноситься выбуренная порода на поверхность.

Слишком сильная гелевая структура может вызвать перебои в циркуляции и эффект свабирования при спуско-подъемных операциях резко повышая или снижая давление на забое.

Когда бурраствор поступает на поверхность, необходимо отделить от него обломки выбуренной породы. Это обычно делается с помощью специального оборудования или отстаиванием.

Все виды оборудования для удаления обломков лучше работают с буррасвором с низкой вязкостью и СНС. Высокое СНС усложняет осаждение обломков.

Также важен химический состав бурраствора. Если бурраствор вступает в реакцию с обломками, они уменьшаются в размере и их труднее удалить из раствора.
СОСТАВ БУРОВОГО РАСТВОРА
Итак, мы рассмотрели функции свойства бурраствора. Следующий шаг это изучение химического состава при работе со специальными добавками. Для того чтобы все это лучше понять, необходимо изучить химический состав бурраствора.

Бурраствор состоит из смеси жидкостей, твердых частиц и, иногда, газов. Обычно мы говорим о них как о жидкой и твердой фазе. В большинстве растворов присутствуют по крайней мере две фазы. Исключение составляет только газ в бурении с очисткой забоя воздухом и жидкость в проведении испытании на соляном растворе.

1. 
   Газообразная фаза (Gaseous Phase)
   

Это может быть непрерывной фазой при бурении с очисткой забоя воздухом или прерывистой фазой при бурении с промывкой пенообразным материалом. В этом случае газ, чаще всего воздух, содержится в пене в виде пузырьков.

2. 
   Жидкая фаза (Liquid Phase)
   

Так же, как и газообразная, жидкая фаза может быть непрерывной или прерывистой. В любом случае, жидкая фаза достигается следующим образом:

а) Основная жидкость

Вода

Сырая нефть

Диз.топливо

Нефть с парафином

б) продукты, растворенные в основной жидкости.

Это могут быть продукты бурраствора, добавленную в основную жидкость для изменения ее качеств. Например:

Соли для плотности

Соли для ингбирования

Химикаты для щелочности

Битум для вязкости

Также, в бурраствор могут попасть растворимые породы в результате взаимодействия бурраствора и пласта.

Соли из соляных разрезов

Ионы от взаимодействия с глиной

Все растворимые твердые частицы тем или иным образом изменяют свойства бурраствора.

---

Смотрите также файлы

• Объектом исследования является кафе "City park".docx

• Статья 47. Донорство органов и тканей человека и их трансплантация (пересадка).docx

• Группа збэ301бд Хасанов Жалолилиддин Гиёсиддин угли.docx

• Ответ не верно. Слово Регулярно относительное понятие и для каждого свое представление.docx

• Реферат Пушкинская речь Достоевского.docx