2.8.2. Промывочные жидкости на водной основе

Вода в качестве промывочной жидкости может быть при­менена в районах, где геологический разрез сложен тверды­ми породами, не обваливающимися в скважину без глиниза­ции ее стенки. В этих условиях промывка скважины водой становится наиболее выгодной из-за ее малой вязкости и относительно небольшой плотности. В результате уменьша­ются гидравлические сопротивления в бурильной колонне, турбобуре, долоте и затрубном пространстве, улучшаются ус­ловия работы буровых насосов, повышается их подача и уве­личивается мощность турбобура.

Однако как промывочная жидкость вода имеет два суще­ственных недостатка. Во-первых, возникает опасность при­хвата бурильной колонны, так как вода не способна удержи­вать во взвешенном состоянии обломки выбуренной породы при прекращении циркуляции. Во-вторых, могут быть обвалы пород со стенок скважины, так как вода не обеспечивает должного гидростатического давления. Кроме того, обвалы объясняются физико-химическим воздействием воды на по­роду, слагающую стенку скважины.

Следует отметить, что при разбуривании продуктивного нефтеносного пласта нельзя промывать скважину водой, так как интенсивная ее фильтрация в пласт затрудняет впослед­ствии вызов притока нефти из пласта в скважину после окончания ее бурения.

Глинистые растворы приготовляют из глины и воды. Од­нако для приготовления качественного раствора пригодна не всякая глина. Глина представляет собой смесь глинистых материалов, придающих ей пластичность, и твердых минера­лов (песка, карбонатов), усложняющих процесс приготовле­ния качественного глинистого раствора. Наиболее распрост­раненные глинистые минералы, входящие в состав глин: као­линит Al₂O₃∙2SiO₂ ∙2H₂O, галлуизитАl₂О₃∙2SiO2∙ЗН2О, монтмо­риллонит Al₂O₃ ∙4SiO₂ ∙2H₂O.

При большом содержании твердых минералов (примесей) глины превращаются в мергели, глинистые пески и другие осадочные горные породы, обладающие незначительной пла­стичностью.

Во всех глинах присутствует химически связанная вода, образующая на поверхности глинистых частиц слой гидроксильных групп ОН, которые обладают большой полярнос­тью. Химически связанная вода глинистых материалов удаля­ется только при прокаливании до температуры 500 — 700 °С. После этого вернуть глине пластические свойства нельзя.

Гидроксильные группы ОН создают вокруг частиц сильное поле притяжения. Под действием притяжения к поверхностям глинистых частиц притягиваются молекулы воды. Эта вода в отличие от химически связанной воды называется физически связанной. Физически связанная вода почти полностью удаля­ется при нагревании до 100— 150 °С. Однако при этом перво­начальные пластические свойства глины почти не теряются.

Глинистые частицы имеют вид плоских чешуйчатых плас­тинок. Следовательно, площадь контакта при их соприкосно­вении намного больше, чем при сближении зерен песка, имеющих округлую форму. При смачивании глины водой молекулы воды проникают между пластинками глины и раз­двигают их. Вследствие этого объем глины увеличивается за счет ее набухания, глинистые частицы удаляются друг от друга, силы притяжения между ними ослабевают и глинис­тый комочек распадается на мельчайшие частицы, покрытые водной оболочкой. Так происходит раздробление (дисперги­рование) глины в воде и образование глинистого раствора.

Таким образом, для получения глинистого раствора хоро­шего качества необходимо применять высокосортную глину и совершенные методы приготовления глинистого раствора. Качество глинистого раствора характеризуется многими па­раметрами: плотностью, вязкостью, водоотдачей, статическим напряжением сдвига и др.

Плотность — параметр, с помощью которого определяет­ся гидростатическое давление, создаваемое столбом раствора в скважине на данной глубине.

В неосложненных условиях бурения плотность раствора поддерживается на уровне 1,18— 1,2 г/см³. При разбуривании горизонтов, предрасположенных к обвалам пород, плотность раствора увеличивают. Для утяжеления промывочной жидко­сти применяют минералы барит (плотность которого 4,5 г/см³) и гематит (плотность 5,19 — 5,28 г/м³). При прохождении тре­щиноватых кавернозных пластов, наоборот, плотность промы­вочной жидкости уменьшают.

Вязкость — параметр, характеризующий свойство раство­ра оказывать сопротивление его движению.

При бурении в пористых, трещиноватых породах с не­большим пластовым давлением, поглощающих промывочную жидкость, высокая вязкость последней способствует закупор­ке пор и каналов в пласте. При бурении в пластах, содержа­щих газ, приходится уменьшать вязкость для лучшего про­хождения пузырьков газа через столб жидкости.

Водоотдача — способность раствора при определенных условиях отдавать воду пористым породам.

При бурении скважины глинистый раствор под влияни­ем перепада давления проникает в поры пластов и со вре­менем закупоривает (глинизирует) их. Образовавшаяся на стенках скважины глинистая корка со временем препят­ствует проникновению в пласты даже очень мелких частиц глины, но не задерживает воду, отделяющуюся от глинис­того раствора.

Если применять глинистый раствор низкого качества, то на стенках скважины образуется толстая, рыхлая и неплот­ная корка, через которую отфильтровывается вода в пласт. Это сужает ствол скважины, что может вызвать прилипание (прихват) бурильной колонны. Кроме того, проникновение отфильтрованной воды в породы может привести к их набу­ханию и обвалам. В связи с этим всегда стремятся макси­мально снизить водоотдачу глинистого раствора.

Статическое напряжение сдвига — усилие, которое тре­буется приложить, чтобы вывести раствор из состояния по­коя. Этот параметр характеризует прочность структуры, об­разующейся в растворе и возрастающей с течением времени, прошедшего с момента перемешивания глинистого ра­створа. Определяют его 2 раза: 1) через 1 мин после интен­сивного перемешивания; 2) через 10 мин после перемешива­ния. Статическое напряжение сдвига определяют прибора­ми разного типа.

При нормальных условиях бурения рекомендуется поддер­живать статическое напряжение не более 20 мг/см². Глинис­тый раствор с большим статическим напряжением сдвига (до 200 мг/см² и более) применяется для предупреждения поглощения глинистого раствора в пористые пласты.

Стабильность характеризует способность раствора сохра­нять плотность длительное время.

Для измерения стабильности раствор наливают в цилинд­рический сосуд, имеющий отверстия в дне и в средней час­ти. После его отстаивания в течение 24 ч определяют плот­ность раствора из проб, отобранных из верхней и нижней частей сосуда. Разница в значениях плотности раствора ха­рактеризует меру стабильности. Для неосложненных условий бурения стабильность должна быть не более 0,02.

Суточный отстой характеризует коллоидные свойства про­мывочной жидкости. Для его определения хорошо переме­шанный раствор наливают в градуированный цилиндр объе­мом 100 см³ и оставляют в покое на сутки. Для высококаче­ственного раствора значение суточного отстоя должно быть равно нулю [9].

Содержание песка — это количество в растворе частиц породы, не способных растворяться в воде. Определяют со­держание песка по объему образовавшегося осадка (в ра­створе, выходящем из скважины, в начале желобной системы и из приемного мерника, т. е. в растворе, поступающем в скважину) в специальном отстойнике при нахождении в нем разжиженного глинистого раствора.

Степень очистки раствора от выбуренной породы на по­верхности представляет собой разницу содержания песка в этих пробах (в %).