Строительство скважин - Основные проблемы оптимизации качества буровых растворов

ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ОПТИМИЗАЦИИ КАЧЕСТВА БУРОВЫХ РАСТВОРОВ

 

Качество промывочной жидкости является относительной характеристикой, получаемой путем сравнения фактических значений показателей ее свойств с регламентируемыми (эталонными) значениями.

 

Требуемые качество бурового раствора и соответственно его свойства, обеспечивающие выполнение требуемых функций, а также регламент на значения показателей этих свойств, определяются главным образом геолого-техническими условиями буренияскважины или ее отдельного интервала.

 

Геолого-технические условия бурения включают в себя три основных элемента, которые определяют выбор функций бурового раствора и регламента на значения показателей его важнейших свойств.

 

1. Геологические элементы:

 

- минералогический состав разбуриваемых горных пород и их физико-технические свойства (прочность, влажность, проницаемость, пористость, абразивность, набухаемость, размокаемость, трещиноватость и др.);

 

- степень и состав минерализации подземных (поровых) вод;

 

- градиент пластового давления;

 

- градиент гидроразрыва пластов;

 

- геотермический градиент и др.

 

2. Технические элементы:

 

- способ бурения;

 

- глубина скважины (интервала залегания разбуриваемых горных пород);

 

- диаметр скважины;

 

- зенитный и азимутальный углы скважины;

 

- зазор между бурильными трубами и стенками скважины;

 

- техническое состояние бурильных труб и др.

 

3. Технологические элементы:

 

- параметры режима бурения;

 

- тип породоразрушающего инструмента;

 

- механическая скорость бурения;

 

- величина проходки за рейс и др.

 

На основе анализа состояния перечисленных выше элементов и их связей друг с другом выбираются необходимые для рассматриваемых условий функции промывочной жидкости и формулируются требования к ней. Затем выбираются свойства промывочной жидкости, отвечающие за выполнение ею необходимых функций и требований, после чего устанавливается регламент на значения показателей этих свойств.

 

Для оценки эффективности выполнения промывочной жидкостью своих функций используется множество различных показателей, а для ее обеспечения - множество компонентов. Например, в 1994 г. 98 фирм США выпускали свыше 1900 наименований компонентов промывочных жидкостей, которые только по назначению делятся на 17 групп:

 

      понизители фильтрации,

 

      понизители вязкости,

 

      структурообразователи (загустители),

 

      регуляторы щелочности,

 

      ингибиторы глинистых пород,

 

      регуляторы термостойкости,

 

      пенообразователи,

 

      пеногасители,

 

      эмульгаторы,

 

      смазочные добавки,

 

      понизители твердости горных пород,

 

      бактерициды,

 

      флокулянты,

 

      ингибиторы коррозии и нейтрализаторы сероводорода,

 

      утяжелители,

 

      закупоривающие материалы (наполнители);

 

      реагенты, связывающие ионы кальция.

 

Естественно, что такое многообразие компонентов порождает множество возможных вариантов компонентных и долевых составов промывочных жидкостей.

 

При этом в процессе эксплуатации промывочные жидкости подвержены воздействию большого числа возмущающих факторов, которые, как правило, изменяют их качество не в лучшую сторону:

 

    выбуренные породы,

 

    пластовые флюиды,

 

    температура и др.

 

Эти особенности накладываются на традиционное многообразие геолого-технических условий бурения скважин и связанное со всем этим множество альтернатив при выборе показателей свойств промывочной жидкости.

 

И в такой много альтернативной по всем позициям ситуации специалисты по промывочным жидкостям вынуждены решать проблему выбора.

 

Но и это еще не все. По окончании бурения промывочная жидкость, содержащая различные химические реагенты, превращается в чуждые для окружающей природной среды отходы. Кроме того, в процессе бурения промывочная жидкость успевает загрязнить транспортируемую ею на поверхность разрушенную горную породу, а нередко, в результате ухода в поглощающие пласты, и недра.

 

Анализ влияния различных факторов на формирование объема основных отходов бурения свидетельствует о том, что большинство из этих факторов являются управляемыми и тесно связаны с функциональными свойствами промывочных жидкостей. Эти же свойства в значительной мере определяют и вероятность повышения экотоксичности промывочной жидкости в процессе бурения, под которой понимают ее токсичность по отношению к биологическим объектам окружающей природной среды.

 

Таким образом, подход к достижению технократических целей (бурить быстрее, лучше, дешевле) и гуманистических (минимизировать объемы отходов и их экотоксичность) общий - оптимизация качества промывочных жидкостей.