Оптимизация режима бурения

Как показала практика, в силу разнообразия условий проводки скважин и множества переменных, от которых зависят показате­ли, не представляется возможным, даже при помощи ЭВМ, зара­нее абсолютно точно рассчитать и установить величины парамет­ров, отвечающих оптимальном режиму. В любом случае в процессе бурения приходится корректировать расчетные параметры режима бурения применительно к конкретным условиям. Однако эта кор­ректировка зависит от индивидуальных способностей бурильщика и его квалификации и поэтому в ряде случаев связана с лишними затратами времени. Для того чтобы максимально исключить влия­ние бурильщика и вместе с тем помочь ему в принятии оконча­тельных решений, разработаны и используются, особенно за ру­бежом, устройства для управления буровыми операциями с помо­щью ЭВМ главным образом персональных. Аппаратура и датчи­ки, размещенные в различных пунктах буровой установки, обес­печивают ЭВМ исходными данными, необходимыми для оценок. Обрабатывая полученную информацию, ЭВМ выдает: прогноз проходки на долото до его износа, прогноз времени работы доло­та до его износа, оптимальную величину нагрузки на долото, оптимальную частоту вращения долота, а также другие рекоменда­ции по проводке скважины.

0. Назначение, состав и свойства промывочных растворов, их роль в преду­преждении осложнений

Основные функции промывочных жидкостей:

1) вынос частичек выбуренной породы из скважины;

2) удерживание частичек выбуренной породы во взвешенном состоянии при прекращении циркуляции;

3) создание противодавления на стенку скважины, а следовательно, предотвращение обвалов пород и предупреждение проникновения в скважину газа, нефти и воды из разбуриваемых пластов;

4) глинизация стенки скважины;

5) охлаждение долота, турбобура, электробура и колонны;

6) смазывание трущихся деталей долота, турбобура;

7) передача энергии турбобуру;

8) защита бурового оборудования и бурильной колонны от коррозии;

Промывочная жидкость должна быть инертной к воздействию температур, минерализованных пластовых вод и облом­ов выбуренных пород. О

Промывочные жидкости классифицируются следующим об­разом:

1) затворенные на водной основе, характерные представители которых вода и глинистые растворы;

2) затворенные на неводной основе, к которым относятся уг­леводородные растворы (нефтяные);

3) аэрированные.

Глинистые растворы приготовляют из глины и воды. Однако не всякая глина пригодна для этого.

Глина — смесь глинистых минералов, придающих ей свой­ства пластичности, и твердых минералов (песка, карбонатов), осложняющих процесс качественного приготовления глинистого Раствора. Наиболее распространенные глинистые минералы, вхо­дящие в состав глин: каолинит А1₂О₃-28Ю₂-2Н₂О, галлуизит Al20₃-2SiO₂-3H₂O и монтмориллонит А1₂О₃-45Ю₂-2Н₂О. При большом содержании твердых минералов (примесей) глины превращаются в мергели, глинистые пески и другие осадочные горные породы, обладающие незначительной пластичностью.

Глины содержат также окислы железа Fe2O_3> щелочных (ка-К₂0, натрия NaoO) и щелочноземельных (кальция СаО, MgO) металлов. Образуются глины при выветривании горных пород, главным образом полевого шпата, под действием воды и углекислого газа, содержащегося в воздухе:

К₂О • А1₂О₃ • 6SiO_a+CO₂+2H₂O = K₃CO₃+4SiO₂ + Al₂O₈-2SiO, • 2Н₂0.

полевой шпат каолинит

В результате этого процесса происходит накопление в земле глины, кремнезема и солей калия.

Во всех глинах имеется химически связанная вода, образующая на поверхности глинистых частиц слой гидроксильных групп ОН, которые обладают большой полярностью. Поэтому они со­здают вокруг частиц сильное поле притяжения. Водород этих гидроксильных групп может быть замещен как металлом (Na, К, Са и др.), так и кислотными радикалами (SO₄, C1, СО₃ и др.).

Химически связанная вода глинистых минерал. Я удаляется только при прокаливании глины до температур 500—700° С. После этого вернуть глине первоначальные свойства уже нельзя.

Гидроксильные группы ОН, создающие вокруг глинистых ча­стиц сильное поле притяжения, притягивают к поверхностям глинистых частиц молекулы воды. Эта вода в отличие от химически связанной воды называется физически связанной водой.

Физически связанная вода, окружающая глинистые частицы слоями, почти полностью удаляется при нагревании глины 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 соприкосновения гораздо больше, чем при сближении зерен песка, имеющие округлую форму.

В не осложненных условиях бурения плотность глинистого раствора поддерживают в пределах 1180—1220 кг/м³.

Вязкость (внутреннее трение) — свойство жидкостей и га­зов оказывать сопротивление перемещению одной их части от­носительно другой. Внутреннее трение, возникающее при движе­нии глинистого раствора, слагается из трения между молеку­лами физически связанной воды, между глинистыми частицами, а также между молекулами физически связанной воды и глини­стыми частицами.

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 (глинизует) их. Образовавшаяся на стенке скважины глинистая корка препятствует проникновению в пласты даже очень малых частиц ^глины, но не задерживает воду, отделяющуюся от глинистого Раствора.

Статическое напряжение сдвига характеризует прочность структуры неподвижного раствора. Эта прочность воз­растает с течением времени, прошедшего с момента перемеши­вания глинистого раствора.

В глинистый раствор добавляют химические реагенты, условно подразделяющиеся на три группы: реагенты — понизители водоотдачи, реагенты — понизители вязкости и реагенты специального назначения. Кратко рассмотрим наиболее распространенные реагенты каждой группы.