->

РУКОВОДСТВО

ПО ПРИМЕНЕНИЮ ПРОМЫВОЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ

в колонковом

БУРЕНИИ

РУКОВОДСТВО ПО ПРИМЕНЕНИЮ ПРОМЫВОЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ

в колонковом

БУРЕНИИ

ИЗДАТЕЛЬСТВО «НЕДРА» МОСКВА 1970

ра ареометр разбирают и промывают. Точность показания этого прибора составляет 0,02.

Показания ареометра необходимо периодически контролировать. Для этого в сосуд ареометра наливают чистую воду, и если при погружении в ведро уровень воды совпадает с делением 1,0

на шкале, то показания ареометра правильны; в противном случае ареометр нужно исправить или вводить поправку в показания.

вязкость

Величина вязкости определяет подвижность раствора, способность раствора проникать в трещины и поры горных пород, т. е. его способность поглощаться проходимыми горными породами. Кроме того, вязкость определяет величину гидравлических сопротивлений при прокачивании раствора через бурильные трубы и отверстия в буровых наконечниках. Вязкость зависит от концентрации раствора и характера взаимодействия в нем глинистых частиц.

Требования к величине вязкости с точки зрения нормального ведения бурового процесса разноречивы. С одной стороны, желательно пользоваться вязким раствором для предотвращения его поглощения в трещинах и порах горных пород, но, с другой стороны, для освобождения глинистого раствора от загрязняющих его примесей при движении через отстойники и для увеличения скорости углубления скважин желательно иметь небольшую вязкость, так как в противном случае примеси выбуренной породы из раствора не выпадают, вызывая чрезмерное увеличение вязкости и потерю подвижности раствора. Необходимость применения более вязких растворов обусловила применение механической очистки вязких растворов. Для сохранения вязкости на заданном уровне разработаны химические методы обработки растворов.

Определение вязкости глинистых растворов производится вискозиметром СПВ-5 мм (рис. 2) следующим образом: промыв водой мерную кружку и воронку стандартного прибора — вискозиметра, вкладывают в последнюю стандартное сито (18 отверстий на 2,5 Ю

линейных см) и, зажав пальцем нижнее отверстие воронки, наливают в нее 700 мл испытуемого раствора. Ставят под воронку мерную кружку, затем отнимают палец от воронки и одновременно пускают секундомер. Когда секция мерной кружки объемом 500 мл наполнится до края, секундомер останавливают и записывают время ее наполнения в секундах. Эту операцию повторяют 2—3 раза.

Время истечения 500 мл раствора характеризует показатель условной вязкости в секундах. После измерения воронка, сетка и кружка должны быть тщательно промыты водой (в особенности внутренняя поверхность нижней части воронки).

Периодически следует проверять точность вискозиметра путем определения времени истечения из него 500 мл воды водного числа. Водное число должно быть не менее 24,5 сек и не более 15,5 сек.

Для нормальных глинистых растворов время истечения 500 мл раствора из стандартного полевого вискозиметра (СПВ-5) принято в пределах не более 20—25 сек.

СТАТИЧЕСКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ СДВИГА (СНС)

Это свойство растворов называют предельным напряжением сдвига, при котором находящаяся в растворе твердая частица по удельному весу тяжелее раствора, преодолев сопротивление сдвига, на- _{Рис 2} Виско-чинает двигаться, опускаясь на дно сосуда.    зиметр    СПВ-5

Этот показатель раствора особо важен при про- с кружкой, мывкс скважин утяжеленными глинистыми растворами, так как он определяет способность раствора удерживать в себе во взвешенном состоянии утяжелитель (барит, гематит и т. д.).

Зная СНС, можно определить размер обломков породы, удерживаемых в растворе в неподвижном взвешенном состоянии. Этот размер определяется по формуле

^_ 0,006 • mQ

Уг - Yi

где d — диаметр обломка в см\ т — коэффициент, зависящий от ормы обломка (для обломка неправильной формы он равен 2); — статическое напряжение сдвига в мГ/см²\ у₂ — удельный вес породы в Г/сл³; yi — удельный вес глинистого раствора в Г/см³.

Согласно формуле размер частиц или обломков тем больше, чем выше СНС.

Величина СНС определяется прибором СНС-2 (рис. 3).

Прибор состоит из пробки 1, стойки 2, указателя 3, трубки 4, подвесного цилиндра 5, вращающегося цилиндра 6, шкива 7, уста-

новочного винта 8, плиты 9, шкива 10, электромотора //, шкалы /2, нити 13.

На стойке прибора, на стальной упругой нити, подвешен цилиндр, снабженный лимбом со шкалой. Соосно с цилиндром расположен вращающийся цилиндр. Вращение сообщается при помощи бесконечной спиральной пружины от электромотора. Скорость вращения цилиндра составляет 0,2 об/мин.

Глинистый раствор заливают в пространство между подвесным и вращающимся цилиндрами так, чтобы уровень его был на одной высоте с верхней плоскостью подвесного цилиндра. После тщательного перемешивания раствор оставляют в покое на 1 мин (10 мин). Затем, выключив электродвигатель, определяют по лимбу максимальный угол закручивания нити, при этом начальный отсчет необходимо взять по лимбу перед заполнением вращающегося цилиндра раствором.

Зная в результате предварительной калибровки прибора коэффициент, выражающий величину статистического напряжения сдвига в мГ/см² при закручивании проволок на Г, вычисляют статическое напряжение сдвига путем умножения велиичны угла закручивания, выраженного в градусах, на коэффициент, согласно табличке в паспорте прибора «СНС».

ТИКСОТРОПИЯ

Тиксотропия—это свойство раствора, которое характеризует способность его разжижаться при движении или встряхивании и застудневать в спокойном состоянии.

О тиксотропных свойствах раствора судят по разности показателей вязкости и СНС раствора в спокойном состоянии и при движении раствора. Чем больше эта разница, тем выше тиксотропные свойства раствора, и наоборот.

Высокая тиксотропия глинистого раствора — признак наличия в нем большого количества коллоидных частиц. Высокими тиксотропными свойствами отличаются растворы, приготовленные из бентонитовых глин. Поэтому для придания тиксотропных свойств глинистому раствору, приготовленному из местных глин, бывает иногда достаточно добавить в него лишь небольшое количество бентонитовой глины.

Примесь песка, точно измеренная в процентах, указывает на степень загрязнения раствора грубодисперсными частицами, поступившими вместе с глиной, а также в результате разрушения горных пород в процессе бурения. Определение содержания песка в глинистом растворе производится при помощи отстойника ОМ-2 (рис. 4). Для определения количества песка с диаметром частиц более 0,05 мм в прибор наливают 50 мл глинистого раствора и 450 мл воды, закрывают его пробкой и интенсивно взбалтывают. После этого отстойник устанавливают в вертикальном положении и одновременно пускают в ход секундомер. Песок и другие грубодисперсные частицы оседают в нижней части отстойника. Объем осадка в миллиметрах отсчитывают по шкале на отстойнике через 3 мин после пуска секундомера. Чтобы выразить его в процентах, следует умножить отсчет на шкале на два.

Пример. Граница осадка по шкале равна 1,5 мл, умножая эту величину на два, получают количество песка крупностью более 0,05 мм — 3%.

Если содержание песка оказывается выше нормы (т. е. более 4%), необходимо убедиться, что в осадок не попали крупные комочки глины. Для этого весь осадок из отстойника нужно растереть в фарфоровой чашке резиновым пестиком или пальцем.

После этого растертый осадок нужно перенести обратно в отстойник, залить водой до 500 мл и вновь определить содержание песка.

ВОДООТДАЧА

Показатель водоотдачи указывает на способность раствора отдавать воду пористым и влагоемким породам. Величина этого показателя должна быть не более 50 мл за 30 мин из расчета фильтрующей площади 100 см². Чем меньше водоотдача, тем качественнее раствор, и наоборот. Промывочный раствор с малой водоотдачей особенно необходим при проходке толщ, состоящих из пылеватых, весьма гигроскопических глин, песков и других пористых и сыпучих пород.

Одни из этих пород, впитывая в себя воду из раствора, разбухают (пучащиеся глины), становятся липкими, прилипают к бурильным трубам, обматываются клейкими лентами и способствуют прихватам снаряда. Другие породы, обладающие большой пористостью (пески), являются как бы фильтром для глинистого раствора. Отфильтровывая из него воду, эти породы покрываются толстой глинистой коркой. Ствол скважины в этих интервалах сужается, мешает проходу снаряда и служит зачастую причиной аварий из-за прихвата снаряда. При проходке малопористых и невлагоемких пород показатель водоотдачи существенного значения не имеет.

Определение водоотдачи глинистых растворов по упрощенному методу Максимовича позволяет непосредственно в поле ориентировочно оценивать качество глинистого раствора по показателю водоотдачи. Определение производят следующим способом. На стекло или металлическую пластинку, установленную горизонтально, накладывают листок плотной фильтровальной бумаги размером 12X12 см. На бумаге, в центральной ее части, заранее прочерчивают мягким карандашом круг диаметром 29—30 мм. Площадь этого круга осторожно заливают глинистым раствором, засекая время; по истечении 30 мин миллиметровой линейкой в двух местах измеряют поперечник увлажненного кольца. Полученная средняя величина (в миллиметрах) будет примерно соответствовать водоотдаче глинистого раствора.

Примерная оценка глинистых растворов по этому упрощенному методу может быть произведена по табл. 2.

Таблица 2

Ширина увлажненного кольца, мм Оценка водоотдачи 30-26 Предельно допустимая 25-16 Нормальная 15-5 Уменьшенная Менее 5 Минимальная

Обычно определение показателей водоотдачи производится так называемым методом под давлением.

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДООТДАЧИ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

Промышленностью выпускается прибор ВМ-6, на котором можно производить определение водоотдачи (рис. 5).

Прибор ВМ-6 состоит из трех узлов: плиты с кронштейном 13, напорного цилиндра 4 и фильтрационного стакана 6. Горловина с наружной резьбой М 36x3 и отверстием. Нижний конец стакана имеет расточку диаметром 53 мм, выточку под решетку фильтра и наружную резьбу М 64X3 под поддон 8, которым крепится решет-

ка 7. В нижней части поддона имеется резьба М 14x2, в которую ввернут винт 11 с перекидной ручкой, заканчивающийся шаровой поверхностью. В поддон вложен клапан 9 с резиновой прокладкой. Он прижимается к решетке винтом 11 и, таким образом, закрывает ее отверстия. Во время определения водоотдачи глинистый раствор наливается в стакан при решетке с закрытым клапаном и уже наложенной на нее фильтровальной бумагой. Узел напорного цилиндра состоит из металлического цилиндра 4, плунжера 1 и груза шкалы 3.

Шкала нанесена на пластинку из прозрачной пластмассы, прикрепленную к грузу. Сквозь прорезь видна отсчетная риска на верхнем конце втулки цилиндра.

Для установки прибора на нуль и для спуска масла из цилиндра после определения водоотдачи в нижней части цилиндра сделано отверстие, перекрытое иглой 5; через это отверстие масло сливается в чашку. Нижний конец цилиндра 4 имеет внутреннюю резьбу М 36X4 для соединения с фильтрационным стаканом, вставляемым в отверстие кронштейна.

Кронштейн 13 укреплен на плите прямоугольной формы.

Подготовка прибора к действию производится следующим образом: прибор устанавливают на столе, вынимают плунжер из циилндра, отвертывают цилиндр ^ и проверяют, закрыта ли игла. После 7Л7тт?п/п\»7/п7М>п7Ь/, этого фильтрационный стакан разбирают,

вынимают решетку и насухо вытирают р_Ис. 5. Прибор ВМ-6 з

сборе.

/—плунжер:    2—риска; J—rpyv

шкала; 4— цилиндр; 5—игла;, ^'-фильтрационный стакан; 7—

прокладки. Заливают в цилиндр машинное или трансформаторное масло, не доливая его до верхнего края втулки цилиндра на 1 см. В цилиндр вставляют плунжер, приоткрывают спускную иглу и, вращая рукой плунжер, с грузом подводят к риске, нанесенной на верхнем крае втулки цилиндра, с нулевым делением шкалы (при этом не должно быть утечки масла).

Не всегда удается совместить нулевое деление с риской. В этом случае записывают показание на шкале против риски, принимая его за нуль, и из полученного показания водоотдачи вычитают число, принятое за нуль; например, нулевой показатель 1,5, показатель водоотдачи за 30 мин — 23 мл\ следовательно, истинная водоотдача будет 23—1,5=21,5 мл.

В процессе испытания необходимо периодически вращать плунжер рукой за накатку на грузе. Через 30 мин испытание прекращают и по цифрам, нанесенным вдоль правой вертикальной стороны против соответствующих горизонтальных линий, отсчитывают величину водоотдачи в миллиметрах.

После взятия отсчета открывают спускную иглу, удаляют масло из цилиндра и опускают плунжер с грузом. Затем при открытой игле вынимают плунжер из цилиндра и, если его конец запачкан раствором, обмывают его. Цилиндр со стакана отвинчивают и масло из чашки цилиндра сливают в емкость. После этого промывают фильтрационный стакан через горловину слабой струей воды, в результате чего масло всплывает и вытекает из стакана вместе с раствором. Стакан разбирают, причем решетку с глинистой коркой вынимают и измеряют толщину последней. По окон-

Рис. 6. Лаборатория ЛГР-3 в сборе. /—тумбочка; 2—прибор ВМ-6; 3—ящик; 4—ведро-футляр с ареометром АГ-2; 5—кружка к вискозиметру; б—бачок для масла. 7—отстойник ОМ-2; 8—вискозиметр СПВ-5; 9—цилиндр ЦС-2.

чании испытания все детали прибора тщательно промывают, протирают и собирают прибор.

Прибор ВМ-6 входит в состав оборудования переносной буровой лаборатории Л ГР-3 (рис. 6). К каждому прибору прилагается инструкция по правилам его применения.

ТОЛЩИНА КОРКИ

Толщина корки на фильтровальной бумаге, получаемой в результате определения водоотдачи, характеризует степень водоотдачи глинистого раствора и показывает, какая корка может образоваться на стенках скважины при промывке ее таким раствором. Большая толщина корки сужает просвет ствола скважины и может представлять серьезное препятствие при спуске и подъеме снаряда и привести к затяжке его и даже к прихвату. Толщина корки поэтому не должна превышать 3 мм, в противном случае раствор считается непригодным к использованию, в особенности если в разрезе скважин имеются пористые породы. Толщина корки до 3 мм обеспечит свободный спуск и подъем снаряда, а также нормальную циркуляцию раствора в скважине.

Перед определением толщины корки ее осторожно обмывают гонкой струйкой воды. Замер толщины корки определяют погружением в корку миллиметровой линейки. Для производства замера корка осторожно укладывается на ровную стеклянную или металлическую плоскость.

Если есть в наличии игла «Вика», то замер толщины корки можно произвести этим прибором с большей точностью.

КОЛЛОИДНОСТЬ. СТАБИЛЬНОСТЬ, ОТСТОЙ воды

Показателем коллоидности является отстой прозрачного слоя воды на поверхности глинистого раствора в сосуде в течение суток. Этот слой не должен превышать 4% общего объема раствора. Если в отстойниках на буровой вышке за время нескольких часов перерыва сверху отстаивается значительный слой воды, то без дальнейших исследований можно сказать, что на буровой работают непригодным раствором. В начале внедрения глинистого раствора, когда еще не было научно разработанных пособий по применению глинистых растворов, по отстою судили о пригодности раствора для бурения. Глины, которые в растворе не давали никакого отстоя прозрачной поды, стали применять в качестве улучшающей добавки к менее коллоидным растворам. Это способствовало уменьшению отстоя воды и вместе с этим улучшению всех других параметров раствора, приготовленного из местных глин.

Стабильность глинистого раствора определяют для того, чтобы знать его способность удерживать во взвешенном состоянии частицы выбуренной породы.

2—719

Показатель стабильности измеряют разностью между удельным весом нижнего и верхнего слоев раствора после его отстоя в течение суток. Для нормального раствора она не должна быть более 0,02. Малая стабильность раствора способствует прихвату бурового инструмента. Нормальная стабильность глинистого раствора способствует удержанию во взвешенном состоянии шлама и утяжелительного порошка.

Отстой воды определяется в градуированном цилиндре емкостью 100 мл.

Глинистый раствор после размешивания заливают в цилиндр до метки «100», закрывают пробкой или стеклышком и оставляют в покое в течение 24 ч. Высоту осадка (в миллиметрах), образовавшегося в цилиндре за 24 ч, принимают за процент коллоидно-сти. Количество остоявшейся прозрачной жидкости над отстоем называется величиной отстоя.

Определение стабильности глинистого раствора по разности удельных весов производится в приборе ЦС-1 (см. рис. 6, позиция 9), представляющем собой металлический цилиндр емкостью 500 мл, или ЦС-2 емкостью 800 мл с двумя сливными отверстиями: одно из них расположено в середине цилиндра, второе — на его дне.

Перед наполнением цилиндра глинистым раствором оба отверстия закрываются пробками. После заливки цилиндра его устанавливают на подставку и оставляют на 1 сутки в спокойном месте (где нет вибраций). По истечении этого срока раствор сливают из верхнего, а затем из нижнего отверстия. В обоих случаях жидкость сливают в стакан ареометра (АГ-2) или в пикнометр. Величина стабильности определяется по разности удельных весов нижнего и верхнего слоев глинистого раствора.

КОНЦЕНТРАЦИЯ ВОДОРОДНЫХ ионов

Одной из наиболее тонких и высокочувствительных характеристик, служащих для оценки качества глинистых растворов в процессе бурения, является концентрация водородных ионов в них.

Концентрацию водородных ионов выражают отрицательным десятичным логарифмом (pH) величины концентрации, который характеризует величину щелочности или кислотности раствора.

Для щелочных растворов pH>7, для кислотных pH<7. Для нейтральной среды (чистой воды) pH = 7.

В глинистых растворах тиксотропные свойства наиболее ярко проявляются при значении pH, равном 8—10. Наибольшая стабильность глинистых растворов отмечается при величине pH = 10,5-М 1,5. Приведение раствора к такой величине pH может иметь большое значение при бурении с утяжеленными растворами.

Для определения концентрации водородных ионов существуют два метода: колориметрический и потенциометрический. Сущность колориметрического метода заключается в изменении цвета индикаторной бумаги в зависимости от pH среды. Для быстрого контроля качества глинистых растворов можно применить индикатор-ную бумагу. Индикаторная бумага представляет собой фильтровальную бумагу, нарезанную полосками, пропитанную индикатором. Она выпускается в виде лент, полосок, книжек и т. п.

При помощи набора эталонных цветов, в которые окрашены полоски в книжке индикаторной бумаги, можно определить величину pH непосредственно на буровой. Для этой цели в стакан на */з его высоты наливают глинистый раствор, в который на 15 мм погружают полоску индикаторной бумаги. Верхний конец полоски подвешивают за проволочку. Концы проволочки можно положить на края стакана. Через 5 мин после погружения в глинистый раствор полоску извлекают. Если бумажка возле места погружения в глинистый раствор окрашивается в зеленый цвет, это указывает на щелочность глинистого раствора (pH выше 7,0).

Сравнение с эталонным набором цветов может дать приближенно величину pH. В лабораторных условиях pH должно определяться потенциометрическим способом при помощи иономера ИМ-2М (рис. 7—8).

/—хромосеребряный полуэлемент; 2—сурьмяный электрод — чашка для испытуемой жидкости; 3—измеритель магнитноэлектрической системы; 4 ящик для хранения прибора.

2*

Руководство по применению промывочных жидкостей в колонковом бурении. Ю. И. Гайдуков, В. Е. Прянишников, В. С. Трепачсв, О. В. Ястребов. Изд-во «Недра», 1970 г„ стр. 144.

В книге даются основные сведения по вопросам, связанным с организацией службы и использованием промывочных жидкостей при бурении скважин колонковым способом. Учтен накопленный за последние годы работы опыт предприятий Волго-Донского территориального геологического управления и других производственных и научно-исследовательских организаций по внедрению новых реагентов, способам приготовления промывочных жидкостей и контролю за их качеством в процессе бурения.

В книге таблиц 28, иллюстраций 16, библиография — 19 названий.

2-9-4

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ПРОМЫВОЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ

ГЛИНИСТЫЕ РАСТВОРЫ

Глинистые растворы применяются при бурении скважин как в неосложненных, так и в осложненных условиях — при наличии поглощения промывочной жидкости, обвалов стенок скважин и т. п. По этому признаку можно подразделить глинистые растворы на: глинистые растворы для нормальных условий и специальные глинистые растворы, применяемые для бурения скважин в осложненных условиях.

Глинистые растворы для нормальных условий бурения должны иметь нижеследующие параметры:

1) удельный вес у — в зависимости от качества применяемой глины (в пределах 1,10—1,20); 2) вязкость по СПВ-5 — 20—22 сек\ 3) песок П — не более 4%; 4) водоотдача В не свыше 25 см³ за 30 мин\ 5) толщина корки К — не свыше 3 мм\ 6) суточный отстой воды О — не свыше 4%; 7) статическое напряжение сдвига С — не менее 10 мГ/см² через 1 мин.

При наклонном бурении или резком искривлении ствола скважины в твердых породах водоотдача должна быть снижена до 10 см³ за 30 мин.

Такой глинистый раствор применим при забурке скважин по наносам, при бурении песчано-глинистых толщ, поддающихся значительному размыву при бурении технической водой, по песчаникам и известнякам, дающим много шлама, независимо от глубины бурения.

При забуривании скважины, т. е. на небольших глубинах, при форсированном бурении под кондуктор возможно применение глинистых растворов несколько пониженного качества.

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ГЛИНИСТЫЕ РАСТВОРЫ ДЛЯ БУРЕНИЯ В ОСЛОЖНЕННЫХ УСЛОВИЯХ

При проходке скважин часто бывают серьезные осложнения, зависящие от геологических условий.

Промывочная жидкость при бурении должна очищать забой скважины от буровой мелочи, создавать гидростатическое давление на стенки скважины, охлаждать долото, укреплять стенки скважины.

Промывочная жидкость должна иметь удельный вес, достаточный для оказания необходимого гидростатического давления на проходимые породы в скважине во избежание их обвала, и в то же время быть достаточно текучей, чтобы насосы могли ее прокачивать. Промывочная жидкость обладает также тиксотропностью, чтобы обломки разрушенной породы оставались во взвешенном состоянии в стволе скважины при остановках циркуляции, так как в противном случае шлам может осесть и вызвать прихват колонны бурильных труб. В то же время напряжение сдвига этой жидкости при перемешивании ее должно быть достаточно малым, чтобы частицы выбуренной породы могли осаждаться в отстойной системе, однако напряжение сдвига при этом не должно быть очень низким, так как частицы могут не подняться в замедленном восходящем потоке в расширенных участках ствола скважины, шлам при этом может накапливаться и вызвать прихваты.

При фильтрации воды из промывочной жидкости в пористые породы образуется корка, закрепляющая стенки скважин. Эта корка должна обладать невысокой проницаемостью во избежание образования слишком большой толщины ее, могущей оказаться препятствием для прохода инструмента. По геолого-техническим условиям разреза параметры раствора должны сохраняться, несмотря на высокие забойные температуры.

Неудивительно, что проблемы, встречаемые в технологии приготовления промывочных жидкостей, привлекают внимание как буровиков, так и химиков-коллоидников, физиков и инженеров-хймиков, а в разработке практических вопросов, связанных с их применением, участвуют многие институты и лаборатории.

Авторы не имели своей целью целиком восполнить существующий пробел в части инструктивных материалов по технологии приготовления промывочных жидкостей, но считают, что руководство, составленное на основе современных знаний, позволит работникам на местах самостоятельно разрабатывать технологию промывки скважин применительно к конкретным геологическим условиям.

Настоящее руководство разработано на основе ранее действовавших временных инструкций и дополнительных указаний и разъяснений по приготовлению и применению промывочных жидкостей и на основе изучения и обобщения накопленного опыта работы как производственных предприятий так и научно-исследовательских организаций.

1. Удельный вес	Y
2.    Вязкость условная 3.    Предельное статическое напряжение сдвига:	Т
через 1 мин	Qi
через 10 мин	Q ю
4. Водоотдача, сл3	в
5. Содержание песка, %	п
6. Отмытый песок, %	оп
7. Содержание нефти, г/л	н
8. Содержание газовой фазы, %	г
9. Концентрация водородных ионов	pH
10. Толщина корки, мм	к
11. Редуцирующие вещества	РВ
12. Карбоксиметилцеллюлоза	кмц
13. Сульфитспиртовая барда	ССБ
14. Конденсированная сульфитспиртовая барда	КССБ
15. Углещелочной реагент	У1ЦР
16. Сульфатцеллюлоза	сц.
17. Оксиэтилированный фенол	ОФ
18. Оксиэтиллированный алкилфенол	ОП
19. Гидролизованный полиакрилонитрил	гипан
20. Полифенол лесохимический	ПФХЛ
21. Лигноеульфонаты железа и хрома	ЛХЛС
22. Поверхностно-активные вещества	ПАВ
23. Силикатно-гуматный реагент	СГР
24. Известково-шламовый раствор	ИШР
25. Эмульсионно-меловой раствор	ЭМР
26. Гекса метафосфат натрия	ГМФН
27. Триполнфосфат натрия	ТПФН
28. Пирофосфат натрия	ПФН
29. Жидкое стекло	же
30. Моносульфатный щелок	мс.щ
31. Окисленный лигнин	ол
32. Нитрогуматный реагент	ИГР
33. Нитрогуматные вещества	нгв
34. Модифицированный крахмал	мк
35. Пенообразователи двух марок	ПО-1 ПО-К-18
36. Алкилсульфонаты	АС
37. Полимер	ОП-7
38. Полимер детергент советский	д с
39. Сульфированный экстракт одубины	сульчор.
40. Еловый экстракт	Е* Э
41. Феррохромлигносульфонат	ФХЛС
42. Нейтрализованный черный контакт	нчк
43. Сульфонат	СП
44. Кремнийорганнческие полимеры	коп ПМС-300", ПМС-1000А, ПМС-2000. ПМС-4000 и ПМС-900
45. Сульфитно-солевой раствор	ССр
Примечание. Прочие условные обозначения вываются непосредственно в тексте.	и сокращения расшифро-

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОМЫВОЧНЫХ ЖИДКОСТЯХ

Распространенной промывочной жидкостью при вращательном бурении является глинистый раствор. Даже в тех случаях, когда промывочной жидкостью является просто техническая вода, последняя скоро превращается в естественный глинистый раствор за счет насыщения ее глинистыми частицами из глиносодержащих пород, встреченных при бурении. То же можно сказать и о так называемом «безглинистом» растворе (представляющем собой слабый водный раствор солей гуматов натрия и частично жидкого стекла), который можно считать безглинистым лишь в начале бурения. В дальнейшем безглинистый раствор за счет обогащения глиной разбуриваемых пород становится «комбинированным» раствором, имеющим в своем составе химикаты и глинистые частицы.

Глинистый раствор приобрел большое значение в технологии вращательного бурения благодаря своей способности глинизировать стенки скважин и удерживать во взвешенном состоянии выбуренные частицы пород в покоящейся жидкости, т. е. в период прекращения циркуляции.

Термин «глинистый раствор» в действительности не отражает физико-химической породы этой системы.

На самом деле глинистый раствор не является раствором, так как не обладает ни одним признаком однородности истинных растворов: 1) однородностью при микро- и макроскопическом исследовании; 2) неспособностью компонентов, составляющих растворов, отделяться друг от друга при обычной фильтрации; 3) стойкостью системы при хранении.

В то же время глинистый раствор не представляет собой простую механическую смесь глины с водой, так как процессы, происходящие при приготовлении глинистого раствора, гораздо сложнее, чем простое размешивание.

Глинистый раствор представляет собой дисперсную систему, состоящую как минимум из двух компонентов — глины и воды, физико-химические свойства которых зависят от многих факторов.

Далее, глинистые растворы, как дисперсные системы, состоят из коллоидно-дисперсной части и более грубой взвеси. Разница между коллоидно-дисперсными системами и взвесями обусловлена размером взвешенных в воде глинистых частиц. К коллоидным относятся частицы размером 0,1—1,0 мк. Процентное содержание таких частиц обусловливает буровые качества глинистых растворов. Чем больше таких частиц, тем стабильнее растворы. Объясняется это тем, что между глинистыми частицами и молекулами воды существуют силы сцепления, величина которых прямо пропорциональна величине взаимодействующих поверхностей. Подсчитано, что 1 г глинистых частиц диаметром меньше 0,01 мк имеет поверхность, близкую к 3 млн. см², в то время как 1 г песка с частицами от 2 до 0,2 мм — всего лишь 45 см².

Глинистые растворы высокого качества получаются из бентонитовых глин, главной особенностью которых является способность расслаивания на чрезвычайно тонкие чешуйки, характеризующиеся большой удельной поверхностью по сравнению с обычными глинами. Поверхностная энергия, от которой зависят силы сцепления между частицами глины и молекулами воды, изменяется также в зависимости от индивидуальных свойств как глины, так и воды. Различают гидрофильные и гидрофобные коллоидные системы. Гидрофобные коллоиды осаждаются при действии минимальных концентраций электролитов, и у них только электрический заряд является мерой устойчивости. В случае же гидрофильных коллоидов факторами, определяющими устойчивость, являются заряды и гидратация, причем эти коллоиды осаждаются под действием только больших количеств электролитов.

Примером глинистых растворов, представляющих собой гидрофильные коллоидно-дисперсные системы, являются глинистые растворы, приготовленные из бентонита.

Вот почему рекомендуется иметь в запасе бентонит или глины типа бентонита. Добавка бентонита в количестве 3% к остальному количеству глины в растворе увеличивает общую поверхность глинистых частиц в сотни раз, и, благодаря этому, глинистый раствор приближается по своим свойствам к коллоидным системам. Глинистые растворы ряда глин не обладают свойствами бентонитовых и поэтому рекомендованы быть не могут, а если к применению их в силу необходимости приходится прибегать, то это бывает связано с искусственным доведением необходимых качественных показателей с помощью химических реагентов и химикатов.

НАЗНАЧЕНИЕ ПРОМЫВОЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ

Назначение промывочных жидкостей при бурении скважин состоит в следующем.

1.    Очищать забой скважин от шлама выбуренной породы и выносить его на поверхность.

2.    Удерживать выбуренные частицы пород во взвешенном состоянии при внезапном прекращении циркуляции промывочной 6

жидкости для предупреждения прихвата инструмента осевшим шламом.

3.    Укреплять стенки скважин с помощью тонкой водонепроницаемой корки и с ее помощью предотвращать значительное смачивание и размокание проходимых пород для сохранения их прочности и во избежание прилипания инструмента к глинисто-карбонатным породам, способствующим его прихватам.

4.    Предохранять керн рыхлых пород от размокания и разрушения.

5.    Обеспечить устойчивость стенок скважин за счет гидростатического противодавления.

6.    Предотвращать газонефтеводопроявления, поглощения и другие осложнения, возникающие при бурении скважин.

7.    Охлаждать рабочую поверхность бурового инструмента при бурении скважин.

8.    Содействовать в разрушении горных пород гидродинамическим воздействием на забой при применении гидромониторных буровых наконечников.

ПРОМЫВОЧНЫЕ ЖИДКОСТИ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИИ БУРЕНИЯ

Характер применяемой промывочной жидкости зависит от геологических условий бурения. Геологические условия по различию предъявляемых к промывочной жидкости требований можно классифицировать следующим образом:

а)    плотные породы с незначительной трещиноватостью, при незначительном поглощении промывочной жидкости во время бурения (нормальные условия);

б)    гигроскопические разности пород (разбухающие, пучащиеся сланцы), подверженных обвалам;

в)    различные породы, при наличии в разрезе скважин водо-газонефтепроявлений;

г)    трещиноватые породы, обладающие значительной водопоглощающей способностью;

д)    соляные купола или толщи пород, сильно минерализованных растворимыми солями.

Изучение этих геологических условий бурения скважин является первейшей обязанностью технолога по бурению, который на основе результатов этого изучения должен со знанием дела разработать технологию промывки, способную обеспечить безаварийное бурение с максимальной скоростью при высоком качестве опробования полезного ископаемого.

В зависимости от геологических условий бурения в качестве промывочной жидкости применяют: 1) техническую воду или естественный глинистый раствор, образующийся от взаимодействия воды с глинистыми частицами выбуренных пород; 2) глинистый раствор; 3) безглинистый раствор; 4) комбинированный раствор; 5) аэрированный раствор; 6) насыщенные растворы солей (рассолы).

ПАРАМЕТРЫ ПРОМЫВОЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ, ИХ ЗНАЧЕНИЕ И СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

УДЕЛЬНЫЙ ВЕС

Удельный вес промывочных жидкостей зависит от концентрации глины и других компонентов раствора.

Удельный вес раствора определяет величину гидростатического давления его на забой и на стенки скважины. Противодавление раствора при бурении скважины создает устойчивость ее стенок, что имеет особо важное значение при бурении в рыхлых, слабо сцементированных породах, таких, как песок, гравий, а также при бурении в твердых породах, разрушенных большой трещиноватостью. В подобных случаях чем больше удельный вес, тем устойчивее будут стенки скважины. При некоторых условиях для повышения удельного веса раствора применяют утяжелители, так как только одним увеличением концентрации глины в растворе нельзя поднять удельный вес более 1,25—1,30 Г/см³. При большей концентрации глины в растворе насосы не смогут его прокачивать из-за большой вязкости.

Бывают в практике и противоположные требования к удельному весу раствора, когда требуется раствор возможно меньшего удельного веса, чтобы вызвать циркуляцию промывочной жидкости при поглощении или для того, чтобы не давать агрессивному, в отношении пройденных пород, раствору (например, обогащенному сильными щелочными реагентами) проникать в стенки скважины на большое расстояние. Наконец, бывают и такие случаи, когда по своему удельному весу не только глинистый раствор, но даже и вода не отвечают геологическим условиям, в которых происходит бурение, и тогда применяют промывочные жидкости с удельным весом ниже 1 Г/см³ (аэрированные растворы).

Удельный вес глинистого раствора во всех случаях имеет важное значение, и выбор величины его должен быть всегда обоснован требованиями, вытекающими из данных геолого-технических условий.

При определении нормы расхода глины и воды на 1 м³ раствора рекомендуется пользоваться данными, приведенными в табл. 1.

Таблица 1

Наименование вещества Потребное количество вещества при концентрации раствора, % вес 10 15 20 25 30 35 40 и удельном весе. Г /см3 1.06 1.10 I.U | 1.17 1.20 | 1.24 | 1.29 Глина в воздушно-сухом состоя- нии, кг ............ 106 162 222 270 319 382 460 Вода, л ............ 954 938 918 900 881 858 830 Глина с влажностью 20%. кг . . 125 184 250 306 362 433 521 Вода, л ............ 940 916 890 864 838 807 769

Примечание. На практике вместо взвешивания глины пользуются мерой-10* литровым ведром, которое вмещает 15—16 кг глины при удельном весе 2,7 ГJсм*.

Лабораторные испытания глин, предназначенных для изготовления глинистых растворов, производятся на средних пробах, отражающих среднее качество сырья данного месторождения или партии привозной глины.

Пробы глинистого раствора необходимо приготовлять в специальной глиномешалке (объемом 1—2 л) или методом растирания в ступе. Глину взвешивают на технических весах и заливают заранее отмеренным количеством воды, необходимым для приведения глины в пастообразное состояние. Через 30 мин добавляют оставшуюся часть отмеренной воды (см. табл. 1) при постоянном размешивании.

Глинистый раствор, полученный таким способом, переносят в стеклянную банку. Все технические показатели глины определяют на образцах этого раствора, который перед каждым испытанием тщательно перемешивают.

Для определения удельного веса глинистого раствора служит ареометр АГ-2 (рис. 1). Испытуемый раствор наливают в стакан, соединяют стакан с поплавком. Избыток раствора при этом выдавливается из стакана, и тем самым механически отмеряется необходимый объем испытуемого раствора. Смыв с поверхности стакана остатки выдавленного раствора, осторожно опускают прибор, держа его вертикально, в ведро с чистой пресной водой и производят отсчет удельного веса по левой шкале. По окончании заме-