РАЗНОВИДНОСТИ ПРОМЫВОЧНОЙ СРЕДЫ, УСЛОВИЯ ЕЕ РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ

 В настоящее время при бурении скважин в зависимости от условий в качестве промывочной среды используются. капель­ные жидкости (техническая вода, солевые растворы, жидкие уг­леводороды), структурные жидкости (глинистые, неглинистые, шламовые растворы, эмульсии), газы и газожидкостные двухфазные смеси.

Вода явилась первой в истории развития бурения промы­вочной жидкостью. Впервые вода была применена для про­мывки при ударном штанговом бурении Фовеллем во Франции в 1848 г.   

Вода как пресная, так и минерализованная, в том числе морская, может с успехом применяться при проходке устойчивых и неразмывающихся пород в условиях, когда пластовое давление не превышает гидростатического при данной глубине скважины. Если вода доступна в неограниченном количестве, можно вести бурение с частичной и даже полной потерей цир­куляции, следя за тем, чтобы это не сказалось отрицательным образом на химическом составе и режиме движения пластовых вод.

Достоинствами воды, помимо сравнительной доступности и дешевизны, являются малая вязкость v = 1 • 10-⁶ м²/с при t =15 °С), достаточная в большинстве случаев для создания про­тиводавления плотность (р=1000 кг/м³), высокая турбулент­ность потока, способствующая эффективной очистке забоя, хо­рошие смазывающие и охлаждающие свойства. Применение воды вместо глинистого раствора в благоприятных условиях по­зволяет увеличить механическую скорость бурения и проходку на долото до 50 % , достичь экономии за счет сокращения рас­ долот и коронок, глины, химических реагентов, затрат на транспорт и др.

Применение воды наиболее целесообразно при алмазном бурении, использовании забойных двигателей, гидромониторных, при вскрытии водоносных горизонтов. Область рацио­нального применения воды в качестве промывочной жидкости .Может быть распространена на бурение в глинистых и соляных отложениях за счет ее химической обработки.

Повсеместное применение воды в качестве промывочной жидкости невозможно в силу ряда присущих ей недостатков, среди которых важнейшими являются высокая проникающая, филь­трационная способность; активное размывающее и растворяю­щее действие; физико-химическое взаимодействие с рядом широко распространенных пород, приводящее к их разбуханию, потере устойчивости, обрушениям: отсутствие способности удер­живать шлам при прекращении циркуляции; кольматирующее (закупоривающее) влияние на продуктивные горизонты нефте­газовых месторождений; замерзание при отрицательной температуре.

Глинистые растворы стали применяться для промывки сква­жин в мягких осадочных породах в начале века, в период ос­воения роторного бурения на нефть, когда было замечено, что после проходки пластов глины с промывкой водой процесс бурения заметно улучшался, устранялись осложнения, связанные с неустойчивостью пород, слагающих стенки скважины. В даль­нейшем быстро распространялось применение искусственно при­готовленных глинистых растворов, совершенствовались методы и средства контроля и направленного регулирования их реоло­гических  свойств. Глинистые растворы превратились в важ­нейшую разновидность буровых промывочных жидкостей. Эф­фективность их применения обеспечила бурный рост объемов и глубин бурения вплоть до современного его состояния.

Глинистые растворы в зависимости от состава и способа приготовления, помимо очистки забоя,-выноса шлама и охлаж­дения инструмента; обеспечивают: 1) закрепление стенок сква­жины в результате образования тонкой глинистой корки, под­держиваемой гидростатическим давлением столба раствора в скважине; 2) предупреждение оседания шлама на забой при прекращении циркуляции вследствие быстрого превращения раствора в гель (застудневания); 3) противодавление на высоконапорные горизонты, устраняющее выбросы нефти, газа и воды, достигаемое повышением удельного веса раствора путем введения в него тонкоизмельченных минералов —утяжелителей; 4) смазку шарошечных долот, бурового снаряда и обсадных труб и уменьшение их износа; 5) устранение потерь циркуля­ции в пористых и трещиноватых породах и др.

Особо важное значение имеет способность глинистого рас­твора закреплять стенки скважины. Это дает возможность при бурении по слабосвязным, неустойчивым породам проходить сотни и тысячи метров без крепления трубами. В результате улучшения качества глинистых растворов и технологии их применения стало возможным существенное упрощение конструк­ций скважин. Характерным является также и то, что процесс крепления происходит одновременно с углублением скважины.

Способность глинистого раствора в случае прекращения циркуляции удерживать во взвешенном состоянии шлам за счет образования прочной пространственной решетки в процессе об­ратимого застудневания полностью устраняет неизбежные в других случаях тяжелые осложнения по причине оседания на забой породного шлама, содержащегося в восходящем потоке в боль­шом количестве и тем большем, чем глубже скважина.

Эти и другие свойства объясняются тем, что глинистый раствор является коллоидно-дисперсной системой.

Для приготовления глинистых растворов используют широко распространенные в природе осадочные горные породы — глины, образовавшиеся за счет химического выветривания и разложе- ния магматических и других пород и представляющие собой смесь минералов, главным образом глинистых, среди которых преобладают монтмориллонит, иллит (гидрослюда), каолинит и палыгорскит.

Различают глинистые растворы на пресной воде и минера­лизованные. Те и другие подразделяют на малоглинистые, с нормальной концентрацией глины и утяжеленные.

Малоглинистые растворы применяют, когда использование воды может приводить к осложнениям, но проходимые породы относительно устойчивы, поглощения невелики, а пластовые давления близки к гидростатическому для чистой воды.

Утяжеленные глинистые растворы предназначены для создания противодавления на высоконапорные пласты, предупреждения выбросов и фонтанирования, содержат значительное количество измельченного инертного материала — утяжелителя с большой плотностью и поэтому должны отличаться повышенными структурно-механическими и вязкостными свойствами.

Минерализованные глинистые растворы в результате специальной химической обработки обладают повышенной стойкостью против разрушающего действия минеральных  солей и предназначены для использования при проходке соленосных отложе­ний или в условиях сильноминерализованных  подземных вод. В этом смысле полезными свойствами, обладают растворы из палыгорскитовых глин, по своей природе более солестойкие, чем обычные глинистые растворы.

Группу специальных растворов представляют ингибированные глинистые растворы. Сущность ингибирования заключается в частичной регулируемой коагуляции, агрегатировании коллоидных частиц глины при сохранении структурной   связности. В качестве ингибиторов, добавляемых в глинистый раствор, ис­пользуют жидкое стекло, гипс (алебастр), гашеную известь, хлористый кальций. Соответственно с этим различают силикат­ные, гипсовые, известковые и хлоркальциевые (высококальцие­вые) глинистые растворы. Ингибиторы придают глинистому рас­твору способность не загустевать за счет перехода в раствор выбуренных глинистых пород, повышать устойчивость этих по род в процессе бурения, а также противостоять действию минеральных солей. Основное назначение этих растворов — устране­ние осложнений при проходке глинистых пород, которые могут выражаться в набухании, обрушении последних и недопустимом загустевании обычных глинистых растворов. Добавление к рас­твору различных ингибиторов или их комбинаций требует, кроме того, дополнительной обработки химическими реагентами, иногда весьма сложной и дорогостоящей, поскольку сами по себе ин­гибиторы снижают некоторые полезные свойства глинистого раствора.

Проходку мощных толщ глины можно вести с промывкой водой, в результате чего происходит образование естественного глинистого раствора, свойства которого в дальнейшем поддер­живаются в нужных пределах путем периодического добавления воды и химических реагентов.

Эмульсионные глинистые растворы- (гидрофильные эмуль­сии) содержат 5—15 % тонкодиспергированной нефти или ди­зельного топлива (размеры глобул 10—100 мкм) и при необхо­димости поверхностно-активные вещества -эмульгаторы в количестве 0,1—1 % или пеногасители. В качестве исходного используют высококачественный глинистый раствор, в частности, 'заранее химически обработанный. Эмульсионные глинистые рас­творы образуют на поверхностях каналов течения тонкие слои смазки, что устраняет образование сальников, снижает слипа­ние и агрегатирование выбуренных частиц породы, уменьшает износ долот, заметно сокращает потребную мощность на вра­щение бурильной колонны и приводов насосов, повышает механическую скорость и рейсовую проходку.