 |
Буровые промывочные жидкости
|
|
|
|
БУРОВЫЕ
ПРОМЫВОЧНЫЕ
ЖИДКОСТИ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
Министерство образования Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный горный институт им.Г.В.Плеханова
(технический университет)
Н.И.НИКОЛАЕВ, Ю.А.НИФОНТОВ, П.А.БЛИНОВ
БУРОВЫЕ
ПРОМЫВОЧНЫЕ ЖИДКОСТИ
Учебное пособие
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
УДК 622.244.442.063 (075.80)
ББК 33.131
Н63
Рассмотрены буровые промывочные жидкости, применяемые при бурении на твердые, жидкие и газообразные полезные ископаемые и представляющие собой различной степени сложности и состава гетерогенные и гомогенные дисперсные системы. Широко представлены буровые промывочные жидкости на водной и неводной основе. Дана подробная информация о современных материалах и химических реагентах для приготовления и обработки буровых промывочных жидкостей, описаны используемые способы их приготовления, обработки, контроля качества, очистки и дегазации. Изложены основные сведения по приготовлению и применению аэрированных промывочных жидкостей и пен, дана их подробная классификация.
Учебное пособие предназначено для студентов специальностей 090800 "Бурение нефтяных и газовых скважин", 080700 "Технология и техника разведки месторождений полезных ископаемых" и может быть использовано студентами других специальностей и слушателями ФПК.
| Научный редактор проф. | Б.Б.Кудряшов |
Рецензенты: кафедра разведочного бурения Московского государственного геолого-разведочного университета; доктор технических наук, профессор Ю.Т.Морозов (ВИТР).
Николаев Н.И.
Н63. БУРОВЫЕ ПРОМЫВОЧНЫЕ ЖИДКОСТИ: Учеб. пособие / Н.И.Николаев, Ю.А.Нифонтов, П.А.Блинов. Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет). СПб, 2002. 102 с.
|
|
|
ISBN 5-94211-085-9
УДК 622.244.442.063 (075.80)
ББК 33.131
| ISBN 5-94211-085-9 | © Санкт-Петербургский горный институт им. Г.В.Плеханова, 2002 г. |
Введение
Из всего многообразия проблем, решаемых при бурении глубоких скважин различного назначения, одно из первых мест принадлежит буровым растворам (промывочным жидкостям). Это определяется не только особой важностью технологических функций растворов, но и тем, что они являются средой, в которой происходят процессы разрушения горных пород на забое и формирование ствола скважины в течение длительного периода ее строительства. От соответствия буровых промывочных жидкостей геолого-техническим условиям бурения зависит скорость проходки, предупреждение осложнений и аварий, долговечность бурового оборудования и инструмента, успешное разобщение пластов, эффективность освоения продуктивных горизонтов и, в конечном счете, результативность и себестоимость буровых работ.
Современные промывочные жидкости представляют собой многокомпонентные системы, технология приготовления и управления свойствами которых в настоящее время приобретают все более самостоятельное научное и практическое значение при бурении глубоких скважин на твердые, жидкие и газообразные полезные ископаемые.
Промывочные жидкости претерпели долгое и сложное развитие от "буровой грязи" до сложнейших композиций с заранее заданными и регулируемыми физико-химическими и технологическими свойствами. Более 2000 лет назад в Китае применялось смачивание водой забоя скважин ударного бурения для удаления илистой выбуренной массы. Известны попытки применения в 1815 г. промывки при проходке скважин ударно-канатным способом. Однако до начала ХХ столетия промывочные жидкости в бурении широко не использовались.
|
|
|
Революционный этап в развитии промывочных жидкостей начался одновременно с развитием вращательного бурения. В 1833 г. французским инженером М. Фовилем была выдвинута идея промывки скважин непрерывной циркуляцией воды по трубам и затрубному пространству. В 1848 г. Фовиль впервые применил воду для непрерывной промывки при бурении артезианской скважины в монастыре св. Доминика (Франция). В 1887 г. получен первый патент на промывочную жидкость (А. Краузе и М. Чепмен). В 1901 г. в США впервые было применено роторное бурение с промывкой забоя циркулирующим потоком жидкости. Первые результаты исследований в этой области опубликованы в 1914 г. А. Хеггманом и Д. Поллардом и в 1916 г. В. Мак-Мюрреем. Их работы были направлены на создание рецептур промывочных жидкостей, предотвращающих газопроявления и улучшающих устойчивость ствола скважины. Реальные результаты были получены несколько позже Б. Строудом, предложившим утяжелители и методы утяжеления растворов. К этому времени был накоплен некоторый опыт их химической обработки.
Следующий этап развития промывочных жидкостей начался в 30-е годы, когда К.А. Царевич и Р.И. Щищенко с сотрудниками, а также П. Эванс и А. Рейд начали изучение реологических свойств растворов, заложив тем самым основы буровой гидравлики. В.С. Баранов и другие исследователи (П. Джонс, М. Вильямс и Г. Кеннон) указали на значение водоотдачи и коркообразования растворов. Были предложены новые средства химической обработки – природные таниды (квебрахо), щелочные гуматы (УЩР, ТЩР) (В.С. Баранов, Г. Лаутон и др.), лигносульфонаты, щелочной крахмал (Г. Грей с сотрудниками), солестойкая глина (Р. и М. Кросс) и т.п. В это же время П.А. Ребиндер с сотрудниками заложили основы физико-химии промывочных жидкостей и их влияния на разрушение горных пород. Были созданы представления об адсорбционном понижении прочности, исследованы процессы диспергирования и пептизации, перехода в суспензию глины из выбуренной породы. Физико-химические исследования промывочных жидкостей проводились также В. Льюисом с сотрудниками, А. Лумисом и др.
Главной особенностью последующих исследований промывочных жидкостей явилось использование для химической обработки большой группы новых химических реагентов: защитные коллоиды – карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), акриловые полимеры, модифицированный крахмал, конденсированная сульфит-спиртовая барда (КССБ), понизители вязкости – синтаны, кортаны, окисленный лигнин, хромлигносульфонаты, хроматы и ряд специальных реагентов – смазочных добавок, эмульгаторов, пеногасителей, бактерицидов и др. В настоящее время в ассортименте бурения находится более 50 основных реагентов и сотни их разновидностей. С помощью этих реагентов стало возможным придавать промывочным жидкостям способность преодолевать температурную агрессию, создавать специализированные промывочные жидкости для различных геолого-технических условий и тем самым значительно расширять возможности бурения. Этому во многом способствовало применение ингибированных промывочных жидкостей, обладающих высокой глиноемкостью, длительное время сохраняющих в норме реологические свойства, а также облегчающих проходку неустойчивых отложений.
|
|
|
Столь же быстрыми темпами шло внедрение эмульсионных промывочных жидкостей, способствовавших уменьшению осложнений и аварий, общему улучшению качества промывочных жидкостей и показателей бурения. Несколько позже этот эффект был усилен применением смазочных и противоизносных добавок, позволивших, помимо профилактики затяжек и прихватов, значительно повысить проходку на долото и механическую скорость бурения.
В последние десятилетия все возрастающее значение принимают промывочные жидкости с малым содержанием твердой фазы. Характерными представителями такого рода промывочных жидкостей являются вода и аэрированные жидкости. Основные преимущества подобных буровых сред - уменьшение гидростатического давления, бóльшее проникновение в поры и трещины призабойной зоны и между обломками выбуренной породы, улучшение очистки забоя.
Буровые промывочные жидкости
Как дисперсные системы
|
|
|
