Обоснования выбора бурового раствора для промывки скважин в процессе бурения

Дальнейшая задача выбора типов буровых растворов заключается в определении по некоторым критериям тех растворов, которые применимы при разбуривании той или иной группы пород.

Выбор типа бурового раствора для бурения скважин

Наличие соленосных пород в геологическом разрезе месторождений Беларуси обусловило условное подразделение на части: надсолевую, верхнесоленосную, межсолевую, нижнесоленосную и подсолевую. В зависимости от вскрываемого разреза необходимо использовать несколько типов бурового раствора. Выбор типа раствора является одним из основных элементов технологии проводки скважин. Он определяет номенклатуру реагентов и материалов для его создания и эксплуатации.

Надсоль бурят пресным сапропелевым раствором (при мощности до 800 м), пресным глинистым, обработанным Лигнополом (от 800 до 2000 м) и пресным сапропелевым, обработанным Лигнополом (более 2000 м).

Соленосные комплексы бурят тремя типами растворов:

- соленасыщенным глинистым, обработанным крахмальным реагентом «Фито-РК»;

- соленасыщенным сапропелевым, обработанным крахмальным реагентом «Фито-РК»;

- соленасыщенным глинистым, обработанным Лигнополом.

Межсолевые и подсолевые отложения, являющиеся продуктивными, бурят в основном пресным сапропелевым раствором (в случае перекрытия соленосных отложений колонной) и соленасыщенным, который использовался при бурении основного ствола, если соленосные отложения не перекрывались колонной.

Буровые растворы для вскрытия продуктивных отложений не требуют обработки химическими реагентами.

Нефтяные растворы

Нефтяные растворы относятся к классу растворов неэлектролитов и представляют собой смеси молекул неполярных и малополярных веществ с различной степенью отклонения их поведения от идеального. Обладают свойством вращения плоскости поляризации. Электромагнитные волны являются поперечными. Направление вектора напряженности электрического поля в волне определяет ее поляризацию. Если это направление остается постоянным, говорят, что волна линейно поляризована.

Нефтяные растворы за рубежом широко применяют для вскрытия пласта. У нас в Советском Союзе работу в этой области проводят более 5 лет. Было пробурено 20 скважин на этих растворах и получены положительные результаты, но широкого внедрения эти растворы не получили. До сих пор невозможно наладить их промышленное производство. Раньше это тормозилось тем, что не было соответствующих установок для приготовления нефтяных растворов, поскольку первоначально предложенная технология оказалась трудно осуществляемой в крупных заводских масштабах.

Компонентами нефтяного раствора являются вещества с существенно нецентральными межмолекулярными взаимодействиями.

Компоненты нефтяных растворов имеют повышенную склонность к межмолекулярным взаимодействиям.

В нефтяных растворах и обратных эмульсиях лецитин как вспомогательный эмульгатор обеспечивает гидрофобизацию твердой фазы, в широком интервале температур, тем самым предотвращает ее смачивание при обводнении и позволяет сохранить необходимый ГЛБ.

В нефтяных растворах предложено применять также лийосуль-фонаты, конденсированные с алифатическими аминами, цепи которых содержат 12 - 22 атома углерода. Образующиеся продукты водонерастворимы и эффективно снижают фильтрацию.

3.6 Методы, материалы и применяемое оборудование для приготовления бурового раствора

Материалы для приготовления буровых растворов на углеводородной основе (РУО)

Дисперсионная среда РУО:

- дизельное топливо;

- нефть;

- углеводородорастворимые ПАВ.

Дисперсная фаза РУО:

- высокоокисленный битум;

- гидроокись кальция (CaO);

- глина, в том числе органобентонит;

- барит (при необходимости утяжеления РУО);

- небольшое количество эмульгированной воды.

Первый отечественный РУО имел следующий состав:

- дизельное топливо - 80 %;

- высокоокисленный битум - 16 %;

- окисленный парафин - 3 %;

- каустическая сода (NaOH) - 1 %.

Несколько позже для структурирования РУО в него стали добавлять тонкоразмолотую негашеную известь - СаО. Такие растворы получили название известково-битумных растворов (ИБР).

В настоящее время наиболее распространены ИБР- 2 и ИБР- 4.

Компонентный состав ИБР- 2:

- дизельное топливо марки Л;

- битум высокоокисленный;

- известь негашеная;

- бентонит (ПББ, ПБВ);

- вода;

- сульфонол НП-3;

- СМАД-1;

- эмультал;

- барит.

Долевой состав ИБР- 2 (ИБР- 4) зависит от требуемой плотности раствора (от содержания в нем барита).

РУО по сравнению с буровыми растворами на водной основе имеют целый ряд преимуществ:

- обладают высокой стабильностью во времени (можно длительно хранить и многократно использовать);

- инертны в отношении глин и солей;

- обладают хорошими антикоррозионными и триботехническими свойствами (f = 0,14…0,22, тогда как у растворов на водной основе f = 0,2…0,4);

- могут утяжеляться любыми стандартными утяжелителями;

- обладают высокой термостойкостью (до 220…220 С);

- почти не фильтруются в проницаемые пласты, а их фильтрат не оказывает вредного влияния на продуктивные нефтяные горизонты, так как имеет общее сходство с пластовой нефтью.

Недостатками, сдерживающими широкое применение РУО, являются:

- высокая стоимость (200…625 $/м3) и дефицитность основных компонентов;

- пожароопасность;

- трудность очистки от шлама;

- трудность проведения электрометрических работ;

- экологическая вредность.

Основная область применения РУО: вскрытие продуктивных нефтяных пластов с низким пластовым давлением. Кроме этого, РУО применяют при бурении скважин в условиях высоких положительных и отрицательных (бурение во льдах) забойных температур, а также для проходки соленосных толщ и высокопластичных глинистых пород.

Инвертные эмульсионные растворы (ИЭР)

ИЭР представляют собой гидрофобно - эмульсионно -суспензионные системы.

Дисперсионная среда ИЭР:

- дизельное топливо марок «Л» или «З»;

- разгазированная нефть (с температурой вспышки > 70 С).

Дисперсная фаза ИЭР:

- жидкая - минерализованная CaCl2 (NaCl, MgCl2) техническая или пластовая вода (содержание соли 180…240 кг/м3);

- твердая - молотая негашеная известь (гидроокись кальция - СаО), глинопорошок (ПББ, ПБВ), железный купорос, хлорное железо, мел (утяжелитель), барит (утяжелитель).

Для эмульгирования воды в углеводородной среде используют следующие ПАВ:

- эмультал;

- окисленный петролатум;

- СМАД - 1;

- украмин (или его аналог ИКБ - 2);

- высокоокисленный битум;

- АБДМ - хлорид.

ИЭР по свойствам и условиям применения близки к РУО, но выгодно отличаются от них тем, что содержат значительное количество воды, а следовательно существенно дешевле.

Соотношение водной и углеводородной фаз в ИЭР изменяется в диапазоне от 60 : 40 до 40 : 60. Содержание твердой фазы (без утяжелителя) составляет при этом 5…30 кг/м3.

Различают несколько видов ИЭР:

- ВИЭР (высококонцентрированный ИЭР);

- ТИЭР (термостойкий ИЭР);

- эмульжел (ИЭР, содержащий железный купорос);

- ГЭР (гидрофобно-эмульсионный раствор).

Перечисленные виды ИЭР отличаются между собой номенклатурой используемых ПАВ и активных твердых веществ.

Рецептура ГЭР, кг/м3 (в качестве примера):

- дизтопливо - 400…420;

- украмин - 40;

- техническая вода - 420;

- CaCl2 (MgCl2) - 240;

- мел - 40.

Основным недостатком ИЭР (кроме общих недостатков с РУО) является их обратимость при повышенном содержании твердой фазы.

Оперативным показателем устойчивости ИЭР к фазовому обращению является величина глиноемкости, определяемая по количеству бентонитового глинопорошка (ПББ, ПБВ), которое может быть введено в ИЭР при перемешивании в течение 0,5 ч без снижения исходного значения электростабильности (U = 150…600 В).

Методы, применяемое оборудование для приготовления бурового раствора.

В практике бурения скважин используются разнообразные технологические приемы для приготовления буровых растворов.

Наиболее простая технологическая схема (рис. 1) включает емкость для перемешивания компонентов бурового раствора 1, оснащенную механическими и гидравлическими перемешивателями 9, гидроэжекторный смеситель 4, оснащенный загрузочной воронкой 5 и шиберным затвором 8, центробежный или поршневой насос 2 (обычно один из подпорных насосов) и манифольды.

Рисунок 1.- Простейшая схема приготовления бурового раствора

С использованием этой схемы приготовление раствора осуществляется следующим образом. В емкость 1 заливают расчетное количество дисперсионной среды (обычно 20 -- 30 м³) и с помощью насоса 2 по нагнетательной линии с задвижкой 3 подают ее через гидроэжекторный смеситель 4 по замкнутому циклу. Мешок 6 с порошкообразным материалом транспортируется передвижным подъемником или транспортером на площадку емкости, откуда при помощи двух рабочих его подают на площадку 7 и вручную перемещают к воронке 5. Ножи вспарывают мешок, и порошок высыпается в воронку, откуда с помощью гидровакуума подается в камеру гидроэжекторного смесителя, где и происходит его смешивание с дисперсионной средой. Суспензия сливается в емкость, где она тщательно перемешивается механическим или гидравлическим перемешивателем 9. Скорость подачи материала в камеру эжекторного смесителя регулируют шиберной заслонкой 8, а величину вакуума в камере -- сменными твердосплавными насадками.

Круговая циркуляция прекращается лишь тогда, когда смешано расчетное количество компонентов и основные технологические показатели свойств раствора близки к расчетным. Если раствор приготавливают впрок, то его готовят порционно, а порции откачивают в другие емкости циркуляционной системы либо в специальные запасные.

Утяжеление бурового раствора порошкообразным баритом и обработку порошкообразными химическими реагентами осуществляют аналогично после приготовления порции исходной коллоидной системы (например, водоглинистой).

Зарубежные фирмы обычно оборудуют гидроворонки аэрожелобом или вибратором для побуждения течения порошка и обеспечения более равномерной его подачи в зону смешения.

Основной недостаток описанной технологии -- слабая механизация работ, неравномерная подача компонентов в зону смешения, слабый контроль за процессом. По описанной схеме максимальная скорость приготовления раствора не превышает 40 м³/ч.

В настоящее время в отечественной практике широко используют прогрессивную технологию приготовления буровых растворов из порошкообразных материалов. Технология основывается на применении серийно выпускаемого оборудования: блока приготовления раствора (БПР), выносного гидроэжекторного смесителя, гидравлического диспергатора, емкости ЦС, механических и гидравлических перемешивателей, поршневого насоса.

Блок БПР предназначен для приготовления и утяжеления бурового раствора, а также хранения на буровой запаса порошкообразных материалов. Выпускается несколько типов БПР, отличающихся вместимостью бункеров для хранения материалов.

Рисунок 2. Схема блока приготовления раствора

Наиболее широко применяется БПР, выпускаемый Хадыженским машзаводом. Он представляет собой (рис. 2) два цельнометаллических бункера 1, которые оборудованы разгрузочными пневматическими устройствами 7, резинотканевыми гофрированными рукавами 3 и воздушными фильтрами 2. В комплект БПР входит выносной гидроэжекторный смеситель 4, который монтируется непосредственно на емкости ЦС и соединяется с бункером гофрированным рукавом.

Бункера предназначены для приема, хранения и подачи порошкообразных материалов в камеру гидроэжекторного смесителя. Они представляют собой цилиндрические резервуары с коническими днищами и крышей, которые установлены на четырех приваренных к раме 5 стойках 6. Порошкообразный материал подается в них из автоцементовозов по трубе, закрепленной на внешней поверхности цилиндрической части бункера. К коническому днищу прикреплено разгрузочное устройство, включающее аэратор, поворотную шиберную заслонку и воздушный эжектор. На крышке бункера установлен воздушный фильтр.

Выносной гидроэжекторный смеситель состоит из корпуса с тремя патрубками. К верхнему патрубку крепится прием для поступающего из бункера или через воронку порошкообразного материала. В левом патрубке установлены сменный твердосплавный штуцер и труба для подачи жидкости от насоса. К правому патрубку прикреплены диффузор и сливная труба. При прохождении подаваемой насосом жидкости через штуцер в камере гидроэжекторного смесителя создается вакуум. В результате этого порошкообразный материал из бункера поступает по резинотканевому гофрированному рукаву в камеру.

Принцип действия блока БПР состоит в следующем (рис. 3). Порошкообразный материал (глина, барит и др.), привезенный на скважину автоцементовозом, загружается в сило-сы 1 пневмотранспортом при помощи компрессора. Поступая в силос, материал отделяется от воздуха, а воздух выходит в атмосферу через фильтр 2. При необходимости подачи порошкообразного материала в гидроэжекторный смеситель вначале аэрируют материал в силосе, чтобы исключить его зависание при опорожнении силоса, затем открывают шиберную заслонку, в результате чего обеспечивается доступ материалов в гофрированный шланг.

Жидкость, прокачиваемая насосом через штуцер гидросмесителя, в камере последнего создает разрежение, а так как в силосе поддерживается атмосферное давление, то на концах гофрированного шланга возникает перепад давления, под действием которого порошкообразный материал перемещается в камеру гидросмесителя, где смешивается с прокачиваемой жидкостью. Воронка гидросмесителя служит для ввода материала в зону смешивания вручную. В обычном случае ее патрубок закрыт пробкой.

Блок БПР-70 оборудован гидравлическим измерителем массы порошкообразного материала ГИВ-М.

Рисунок 3. Схема работы блока БПР: 1 -- силос; 2 -- фильтр; 3 -- загрузочная труба; 4 -- разгрузочное устройство; 5 -- система аэрирования; 6 -- аэродорожка; 7 -- подводящий шланг; 8 -- гидросмеситель

Техническая характеристика БПР-70

Число силосов в одном блоке - 2

Объем каждого силоса, м3 - 35

Способ загрузки силосов - Пневматический

Смесительное устройство - Гидравлическое эжекторного типа

Производительность блока при подаче порошкообразных материалов в гидросмесители одновременно из двух силосов, кг/с - 10

Габариты, мм 0 6200x3300x8000

В настоящее время в отечественной практике широко используют прогрессивную технологию приготовления и утяжеления буровых растворов из порошкообразных материалов. Технология основывается на применении серийно выпускаемого оборудования: блока приготовления раствора (БПР), выносного гидроэжекторного смесителя, гидравлического диспергатора, емкости ЦС, механических и гидравлических перемешивателей, поршневого насоса. Выпускается несколько типов БПР, различающихся вместимостью бункеров для хранения материалов.

Для транспортирования тампонажных материалов к буровым скважинам и для механизированного приготовления растворов применяют цементно-смесительные машины и агрегаты, которые принято называть установками смесительными (УС). До создания этих машин цемент затворяли с помощью гидромешалок, засыпая вручную из мешков.

Создание этих машин позволило механизировать и облегчить труд обслуживающего персонала, снизить потери сухого материала, повысить качество и стабильность свойств растворов, т.е. повысить качество цементирования скважин. Эти машины могут быть использованы также и для приготовления промывочных жидкостей и сухих смесей.

Цементно-смесительные машины, имеющие в качестве основных узлов бункер, погрузочно-разгрузочное устройство и устройство для приготовления растворов, монтируют на автомобилях ил и прицепах. Существуют два типа смесительных машин: с механической и пневматической разгрузкой бункера. Распространение получили установки смесительные УС6-30, которые являются модернизацией цементно-смесительной машины с механической разгрузкой 2СМН-20.

Установка смесительная механическая УС6-30

Передвижная установка смесительная механическая УС6-30 предназначена для транспортирования сухих порошкообразных материалов (цемента, тампонажных смесей и др.), механически регулируемой подачи этих материалов винтовыми конвейерами и приготовления тампонажных растворов при цементировании нефтяных и газовых скважин. Она работает совместно с цементировочным агрегатом, от насоса которого к смесительному устройству подводится жидкость затворения. Установка предназначена для работы в районах с умеренным и холодным климатом.

Устройство и принцип работы установки. Оборудование установки монтируют на шасси автомобиля КрАЗ-250. Состоит оно из бункера, коробки отбора мощности, трансмиссии, загрузочного и дозировочного винтовых конвейеров, устройства смесительного, системы управления и вспомогательного оборудования (рис. 4).

Рисунок 4 - Установка смесительная механическая УС6-30: 1 - коробка отбора мощности; 2 - карданные валы; 3 - привод загрузочного шнека; 4 - загрузочный шнек; 5 - загрузочная воровка; 6 - бункер; 7 -вибратор; 8 - приемная камера; 9 - дозировочные шнеки; 10 - смесительное устройство; 11 - домкраты; 12 - автошасси

Устройство и принцип работы установки. Оборудование установки монтируют на шасси автомобиля КрАЗ-250. Состоит оно из бункера, коробки отбора мощности, трансмиссии, загрузочного и дозировочного винтовых конвейеров, устройства смесительного, системы управления и вспомогательного оборудования (рисунок 1).

Бункер установки предназначен для аккумулирования транспортируемого тампонажного материала и представляет собой влагонепроницаемую емкость, боковые и передняя стенки которой имеют угол наклона, превышающий естественный угол откоса цемента.

В верхней части бункера предусмотрены два люка с крышками, днище выполнено в виде двух параллельных корыт, в которых размещаются дозировочные винтовые конвейеры. Полость между передней стенкой бункера и наклонным листом, установленным внутри бункера, закрыта с боков откидными дверцами и используется как ящик для перевозки запасных деталей, инструмента и приспособлений.

Передняя стенка бункера утоплена в нижней части и служит базой для крепления передних опор дозирующих винтовых конвейеров.

На верхней площадке бункера имеются настил и откидные перила с фиксаторами. Для подъема оператора на верхнюю площадку предусмотрена стационарная лестница на передней стенке бункера. Приемная камера приварена к задней стенке бункера. Передняя стенка приемной камеры имеет смотровое окно, закрытое прозрачной откидной крышкой, для визуального контроля поступления тампонажного материала к смесительному устройству, и служит базой для крепления задних опор дозирующих винтовых конвейеров.

В нижней части приемной камеры расположена заслонка с зубчатыми рейками и приводной рукояткой для ее выдвижения. В транспортном положении заслонка закрывает приемную камеру.

Установка смесительная механическая 1СМР-20

Эта установка предназначена, как и все цементно-смесительные машины, для приготовления тампонажного раствора при цементировании скважин и для доставки К месту работ некоторого количества сухого тампонажного материала с догрузкой бункера на месте проведения работ. Оборудование установки смонтировано на санях для возможности ее буксировки трактором по снегу. В исключительных случаях за небольшие расстояния ее можно транспортировать на внешней подвеске вертолета.

Установка может быть использована морских нефтяных месторождениях, где может быть установлена на эстакаде или на палубе судна, обслуживающего морские месторождения.

На установке отсутствует водоподающйй насос, поэтому она должна работать совместно с цементировочным агрегатом (насосной установкой).

Устройство и принцип работы. Установка смесительная механическая 1СМР-20 (рисунок 5) состоит из смесительного устройства 7 со сменными насадками, бункера 6, оборудованного основными 4 и загрузочными 5 шнеками, редуктора 3, а также из силовой установки 2. Силовая установка расположена на монтажной раме 1 и состоит из двигателя КамАЗ с фрикционной муфтой, коробки перемены передач, систем питания, охлаждения и смазки, электрооборудования, управления КИП.

Рисунок 5 - Установка смесительная механическая 1СМР-20 384

Рама установки цельносварная с четырьмя откидными кронштейнами 8, по два с каждой стороны, для подвески к вертолету при транспортировании по воздуху. Для транспортирования тягачом рама устанавливается на сани 9, состоящие из двух полозьев, жестко связанных между собой поперечинами.

Привод всех механизмов установки осуществляется от двигателя ГАЗ-52 через редуктор. Вращение основным шнекам передается от редуктора, а к загрузочному шнеку - через редуктор и систему зубчатых и цепных передач. Управление редуктора осуществляется рычагами, находящимися на редукторе. В корытах днища бункера размещены два шнека, которые производят подачу цемента из емкости в приемную воронку и дальше на смесительное устройство. Смесительное устройство крепят на фланцах к нижней части приемной камеры. Работает оно по принципу струйного насоса, благодаря чему из приемной камеры цемент подсасывается водой и, проходя через смесительное устройство и выкидную трубу, перемешивается за счет турбулентного движения.

Установка смесительная пневматическая УС5-30

Установка смесительная УС5-30 оснащена пневматической системой. Цифра 5 в шифре - тип установки, а 30 - производительность приготовления тампонажного раствора (в дм³/с).

К преимуществам данной установки следует отнести возможность выполнения следующих технологических операций:

- приготовление тампонажного раствора при работе в составе комплекса оборудования, предназначенного для цементирования скважин;

- пневматическая перегрузка тампонажных материалов, минуя сепаратор в другие смесительные установки пневматического или механического типов, а также в склады с помощью собственного или постороннего компрессора;

- вакуумная самозагрузка из складов напольного типа и крытых вагонов;

- гравитационная и пневматическая загрузка собственных бункеров из складов силосного типа;

- загрузка собственных бункеров из автоцементовозов.

К недостаткам установки следует отнести сравнительно небольшое количество перевозимого тампонажного материала в двух имеющихся бункерах (11т).

Устройство и принцип работы установки УС5-30. Оборудование установки (рис. 5) монтируется на шасси автомобиля КрАЗ-250 и состоит из двух бункеров, коробки отбора мощности с карданным валом, компрессора, пневмосистемы, фильтрующей системы вакуумной загрузки и обеспыливания, смесительного устройства, системы разгрузки и системы управления с устройством для взвешивания гидравлического типа, системы выхлопа и обогрева бачка компрессора.

Бункеры установки предназначены для аккумулирования транспортируемого тампонажного материала и представляют собой две вертикальные влагонепроницаемые емкости цилинд-роконической формы (рисунок 6).

Рисунок 6. Установка смесительная УС5-30: 1 -бункеры; 2 -фильтрующая система; 3-вспомогательное оборудование; 4-циклон; 5 -смесительное устройство; 6 - система управления; 7 - шасси КрАЗ-250; 8 - брызговики; 9 - система выхлопа и обогрева бачка компрессора; 10 -пневмосистема; 11- привод компрессора.

Осреднительная установка УО

Установка предназначена для обработки тампонажных растворов в процессе их приготовления при цементировании нефтяных и газовых скважин. Основное назначение установки - понижение колебаний плотности тампонажного раствора при его непрерывном приготовлении или накоплении отдельных порций с последующей откачкой. Кроме того, установку применяют для приготовления буферных и других рабочих жидкостей, содержащих труднорастворимые вещества.

Установка работает только в комплексе с насосными и смесительными установками, предназначенными для цементирования нефтяных и газовых скважин.

Рисунок 7 - Установка осреднительная УО

Устройство и принцип работы осреднительной установки УО.

Осреднительная установка (рисунок 7) представляет собой резервуар 5 с перемешивающим устройством 6 внутри, смонтированным на шасси трехосного автомобиля 1. В нижней части задней стенки резервуара расположена горловина 7 с установленным в ней фильтром. К горловине прикреплен коллектор 10, выполненный из трубы диаметром 168 мм и снабженный запорным устройством 9 и патрубком 8 для подсоединения цементировочных агрегатов посредством приемных рукавов с целью откачки обработанного раствора из резервуара. Перемешивающее устройство 6 состоит из двух ленточных мешалок, лопасти которых направлены по спирали в разные стороны. При вращении мешалок образуются два встречных потока, способствующие лучшему перемешиванию раствора. Форма днища резервуара, размеры и конструкции мешалок выполнены с учетом уменьшения до минимума застойных зон.

Привод перемешивающего устройства обеспечивается ходовым двигателем шасси автомобиля через коробку отбора мощности 13, карданную передачу 12 и цепную трансмиссию 2. Валы перемешивающего устройства расположены на концевых и промежуточных опорах. Концевые опоры представляют собой подшипники скольжения из текстолита, заключенные в металлические корпуса. Промежуточные опоры выполнены в виде роликов с осями. Находясь погруженными в растворе при низкой частоте вращения валов, подшипники обеспечивают достаточно надежную работу перемешивающего устройства в течение 80-120 ч.

Смена подшипников предусмотрена при техническом обслуживании установки. Уплотнение наконечников валов в передней торцовой стенке резервуара обеспечивается с помощью сальникового устройства. Соединение этих наконечников с основной частью валов мешалок осуществляется устройством со свободным сцеплением. Такое соединение исключает передачу биения вала наконечнику, что способствует сохранению сальниковых уплотнений и предотвращению пропусков жидкости во время работы мешалок. В центре резервуара установлена мерная линейка с ценой делений 0,5 м³, предназначенная для контроля за объемом раствора, поступающего или откачиваемого из резервуара. Резервуар установки открытого типа (без крыши). Это создает удобство при монтаже мешалок, их ремонте и обслуживании установки в целом.

Над резервуаром расположены мостики с поручнями 4 и лестница 3. На раме закреплены четыре домкрата 11, которые устанавливаются в рабочее положение перед заполнением резервуара для обеспечения устойчивости установки в процессе работы. Резервуар оборудован наливными стояками, приспособленными для подачи раствора непосредственно от цементно-смесительной машины или цементировочного агрегата.

Порядок работы на осреднительной установке УО. Установку располагают на площадке у буровой вблизи мостков, обвязывают с цементировочными агрегатами (насосными установками).

Располагая установку на площадке, необходимо обеспечить небольшой уклон (1:50) -(1:70) вдоль оси в направлении к коллектору. Установить домкраты.

Приготовление буферных составов и жидкостей затворения. Для приготовления жидкости затворения или буферных составов необходимо сделать следующее.

Набрать в резервуар расчетный объем воды, нагнетательную линию цементировочного агрегата подсоединить к одному из наливных стояков установки, открыть соответствующую заслонку (кран) на отводе коллектора, включить насос и создать циркуляцию по системе установка - агрегат - установка. Включить мешалки и постепенно загружать химические реагенты в резервуар. Включение мешалок производить перемещением рукоятки от себя. Перемешивание и циркуляцию продолжать до полного растворения химических реагентов в жидкости.

Приготовленную жидкость откачать в специально приготовленную емкость или в мерные баки цементировочных агрегатов.

Обработка раствора с целью понижения колебания его плотности. Обработку тампонажного раствора установкой производят в следующем порядке. Через стояки из цементно-смесительных машин непосредственно или с помощь цементировочных агрегатов подать в резервуар установки исходный тампонажный раствор. Включить мешалки, обеспечив частоту вращения 20-30 об/мин. После подъема уровня раствора в резервуаре выше опор валов частоту вращения мешалок довести до 45-50 об/мин.

Накопив раствор в резервуаре объемом 6-7 м³, начать откачивание его в скважину, не прекращая работы мешалок.

Приготовление тампонажного раствора порциями. Если расчетный объем тампонажного раствора не превышает вместимости резервуара установки, то откачивание его следует начать после накопления и тщательной обработки всего объема. Время перемешивания при этом должно составлять примерно 1 мин на 1 м³, т.е. при полной загрузке - 12-15 мин. В процессе перемешивания следует постоянно, через каждые 1,5-2 мин, замерять плотность раствора. При цементировании ответственных зон в скважинах время перемешивания определяют по результатам контрольных замеров плотности.

При необходимости доутяжеления раствора, приготовляемого отдельными порциями, операцию производить в следующем порядке.

Заменить штуцер смесительного устройства цементно-смесительной машины на другой, имеющий диаметр 20 мм.

Подключить к смесительному устройству нагнетательную линию цементировочного насоса и подать раствор из резервуара под давлением 2,0-2,5 МПа, обеспечив циркуляцию по системе резервуар - цементировочный насос - смесительное устройство - резервуар.

Подать дозирующими шнеками цементно-смесительной машины утяжеляющий материал в смесительное устройство.

При осуществлении операции по утяжелению тампонажного раствора мешалки должны работать непрерывно до конца его откачивания из резервуара. Операцию продолжать до получения заданной плотности, после чего остановить работу цементно-смесительной машины и переключить цементировочный насос на откачивание раствора в скважину.

После окончания работы установка должна быть вымыта. Особое внимание необходимо уделить при этом внутренней полости резервуара.

Приготовление буровых растворов

Вид, состав и свойства буровых растворов выбирают в зависимости от геолого-технических условий бурения. Если эти условия при бурении всей скважины или части ее интервала не позволяют использовать для промывки воду или осуществлять продувку газообразными агентами, то приходится специально готовить соответствующий данным условиям буровой раствор. Существуют два метода приготовления буровых растворов:

1) приготовление растворов в скважине (наработка) в процессе механического бурения;

2) приготовление раствора с помощью механизмов: непосредственно на буровой и централизованно на глинозаводах.

Приготовление буровых растворов первым методом наиболее дешево и просто, но возможно лишь там, где разрез сложен породами подводящего -состава и достаточной мощности. Например, в ряде районов запада Татарстана верхняя неустойчивая часть разреза разбуривается с применением или свежеприготовленного раствора, или доставленного с ранее пробуренных скважин глинистого раствора. Затем этот интервал ствола закрепляют обсадными трубами с заливкой кольцевого пространства цементным раствором, и дальнейшее бурение ведут с промывкой водой.

При разбуривании глин образуется водно-глинистая суспензия, которую в дальнейшем обрабатывают химическими реагентами и приводят показатели технологических свойств раствора к требуемому уровню. Причем важно добиться минимального содержания глинистой фазы в буровом растворе.

Аналогично получают карбонатные или карбонатно-глинистые растворы в в Пермской области. При разбуривании с промывкой водой мощных толщ карбонатных пород получаемую водно-карбонатную суспензию обрабатывают каустической или кальцинированной содой, или УЩР. Для стабилизации естественных карбонатных растворов хорошие результаты дает введение небольших добавок высококоллоидальных глин. С целью улучшения диспергирования шлама выходящую из скважины суспензию целесообразно пропускать через специальные механизмы (фрезерно-струйные мельницы).

Чаще приходится готовить растворы вторым методом, т. е. с помощью специальных механизмов. Для приготовления глинистых растворов используют в основном глинопорошки и реже комовые глины из местных карьеров. При приготовлении буровых растворов требуется обеспечить с помощью специальных устройств хорошее диспергирование твердой фазы и перемешивание ее с жидкостью. В качестве таких устройств для приготовления растворов из комовых и порошкообразных материалов используются мешалки механического и гидромониторного типов. Из порошкообразных материалов раствор готовят также с помощью мешалок эжекторного типа.

Особенность приготовления раствооов на углеводородной основе заключается в необходимости подогрева системы для получения коллоидного раствора битума. Например, при приготовлении ИБР зимой в глиномешалку заливают требуемое количество дизельного топлива и при перемешивании вводят молотый окисленный битум с негашеной известью. Смесь подогревают открытым паром до 30--50 °С и добавляют расчетное количество воды для гашения извести. При гашении извести температура смеси поднимается до 100--120 °С. В летнее время готовят раствор аналогично, однако подогрев паром не обязателен.

4. Мероприятия по технике безопасности, противопожарной защите и охране труда при приготовлении буровых растворов

Строительство скважин сопровождается использованием различных самоходных машин и механизмов, автомобильного транспорта и мобильной специальной техники: автокранов, тракторов, бульдозеров, цементировочных агрегатов, цементосмесительных машин, геофизических лабораторий, а так же стационарных агрегатов: дизелей, буровых насосов, трансмиссий, ротора, лебедки, компрессоров и т.д. (в дальнейшем оборудования).

Перечисленное оборудование в процессе своей работы является источником шумового и вибрационного воздействия, прежде всего на обслуживающий персонал, а также является фактором беспокойства объектов животного мира.

Шум - одна из форм физического (волнового) загрязнения, адаптация к которой невозможна; сильный шум (более 90 дБ) приводят к болезням нервно-психического стресса и ухудшению слуха вплоть до полной глухоты. Очень сильный шум (свыше 110 дБ) вызывает резонанс клеточных структур протоплазмы, ведущей к шумовому «опьянению», а затем к разрушению тканей.

Воздействие шума на человека можно выделить в три основных блока:

1) физиологическое воздействие:

- расстройство ЦНС, неврозы;

- заболевание сердечно-сосудистой системы, гипертония;

- заболевание желудочно-кишечного тракта, например язва;

2) эмоциональное воздействие: вызывает раздражение и иногда угнетение организма;

3) информационное воздействие. Шум мешает восприятию необходимой информации.

Вибрация представляет один из видов силового воздействия на грунты, вызванного периодически действующими нагрузками, прикладываемыми к грунту в короткие промежутки времени. Возникающие при этом колебания вызывают ухудшение прочностных и деформационных свойств грунта, что в свою очередь приводит к деформациям и авариям сооружений, дискомфорту человека и объектов животного мира.

Основными источниками колебаний являются различные стационарные машины с вращающимися частями (лебедка, ротор), с кривошипно-шатунными механизмами (буровые насосы и компрессоры), а также передвижение автотракторной техники. В результате возникающих колебаний определенной частоты происходит уменьшение сил внутреннего трения в несвязных грунтах, которое приводит к их доуплотнению.

Вибрации, возникающие под фундаментами оборудования, вызывают в сопредельных сооружениях неравномерные осадки фундамента и дополнительные напряжения в их конструкциях, а в результате - образование трещин и даже разрушения. Наиболее опасными в этих условиях являются колебания, возникающие от работы низкочастотного оборудования (с частотой менее 400 мин^-1), и в особенности возбуждающие колебания с частотами, совпадающими с частотами собственных колебаний конструкции (сооружения).

Этот вид воздействия, не являясь серьезной угрозой для компонентов природной среды, безусловно, является фактором беспокойства животного мира.

Зачастую источник вибрации является одновременно и источником шума и наоборот, поскольку механические волны достаточно легко проходят из газовой среды в твердую или в обратном направлении.

Искусственные электромагнитные поля разделяются на две группы:

1) электромагнитные поля от линии электропередач.

2) электромагнитные поля, создаваемые радиотехническими объектами.

Характер воздействия электромагнитных полей (ЭМП) на живые организмы до конца не изучен. Известно негативное влияние на нервную и эндокринную системы, а так же на обменные процессы организма.

Взаимодействие электромагнитных полей с биологическим объектом определяется:

1) параметрами излучения (частотой или длиной волны, когерентностью колебаний, поляризацией волны, скоростью распространения, интенсивностью и др.);

2) физическими и биохимическими свойствами биологического объекта, как среды распространения ЭМП (диэлектрической проницаемостью, электрической проводимостью, глубиной проникновения и т.д.).

Мероприятия по снижению интенсивности образования осадков, содержащих природные радионукулиды (ПРН), обеспечению радиационной безопасности при добыче и подготовке нефти, должны вписываться в существующую технологию. При этом обязательным является выполнение всех действующих санитарных норм и правил по ограничению облучения персонала, населения, предотвращения неконтролируемого выноса ПРН.

4.1 Обеспечение пожарной безопасности

Пожарная опасность - возможность возникновения и (или) развития пожара, заключенная в каком-либо веществе, состоянии или процессе. ГОСТ 12.1.033-81.

Показатели пожарной опасности - величина, количественно характеризующая какое-либо свойство пожарной опасности.

Пожарная опасность, любого технологического процесса, определяется следующим:

наличием горючей нагрузки;

величиной возможного избыточного давления, при сгорании газов, паров и пыли воздушной смеси в помещении или на открытых пространствах.

Пожарную опасность горючих веществ характеризуют температурами вспышки и воспламенения.

Легковоспламеняющиеся жидкости также способны самостоятельно гореть после удаления источника зажигания, но имеют температуру вспышки не выше 61 ^оС в закрытом тигле или 66 ^оС в открытом тигле .

Исследование пожарной опасности производства включает следующие этапы: определение пожаровзрывоопасности материалов, обращающихся в производстве; исследование опасности возникновения пожара; исследование опасности его распространения; определение возможного материального ущерба; исследование опасности для жизни людей.

Определение пожаровзрывоопасности материалов, обращающихся в производстве, начинают с установления основных показателей их пожарной опасности (горючести, воспламеняемости, взрывоопасности, температуры вспышки, нижнего концентрационного предела воспламенения), а также с определения их физико-химических свойств, влияющих на условия возникновения и развития пожара (давления, температуры).

Сведения о пожарной опасности тех или иных материалов обычно получают из соответствующих ГОСТов на вещества и материалы, а также из справочников и других информационных источников. Если же данные о свойствах какого-либо материала отсутствуют, их можно определить расчетом или экспериментально по стандартным методикам.

В большинстве случаев на производствах окислителем является кислород воздуха из окружающей среды. Возможность его контакта с горючим веществом зависит от степени герметизации технологического оборудования. Источники зажигания на производстве могут быть технологическими, естественными (например, удар молнии) либо как следствие неосторожного обращения людей с огнем.

В соответствии с общей методикой анализа пожарной опасности технологического процесса исследованием опасности возникновения пожара необходимо установить: возможность образования горючей среды внутри оборудования при его нормальной работе, в периоды пуска и остановки; возможность образования горючей среды в помещениях и на открытых площадках при выходе горючих материалов из нормально действующего оборудования; возможность повреждения оборудования с выходом из него горючих материалов и образованием горючей среды в помещениях и на открытых площадках; возможность появления и контакта с горючей средой источников зажигания .

Исследование опасности распространения пожара заключается в установлении возможных размеров различных зон пожара (зоны горения, зоны излучения, зоны задымления, зоны взрыва), в которых могут наступить тяжкие последствия: человеческие жертвы и материальный ущерб. Исходными пункта ми для расчета размеров зон пожара являются, во-первых, места наиболее вероятного возникновения пожара от технологических причин; во-вторых, места возникновения пожара от естественного источника зажигания; наконец, места возникновения пожара из-за неосторожного обращения с огнем.

Опасными факторами, воздействующими на людей и материальные ценности, являются:

1) пламя и искры;

2) повышенная температура окружающей среды, предметов и т.п.;

3) токсичные продукты горения и термического разложения;

4) дым;

5) пониженная концентрация кислорода.

К вторичным проявлениям опасных факторов пожара, воздействующим на людей и материальные ценности, относятся:

осколки, части разрушившихся аппаратов, агрегатов, установок, конструкций;

радиоактивные и токсичные вещества и материалы, вышедшие из разрушенных аппаратов и установок;

электрический ток, возникший в результате выноса высокого напряжения на токопроводящие части конструкций, аппаратов, агрегатов;

опасные факторы взрыва по ГОСТ 12.1.010, происшедшего вследствие пожара;

огнетушащие вещества.

По производственным коммуникациям пожар и взрыв распространяются в тех случаях, если внутри трубопроводов, воздуховодов, траншей, туннелей или лотков образовалась горючая среда, когда трубопроводы с этой горючей средой работают неполным сечением, если в системе заводской канализации на поверхности воды имеется слой горючей жидкости, когда имеются горючие отложения на поверхности труб, каналов и воздуховодов, если в системе находятся газы, газовые смеси или жидкости, способные разлагаться с воспламенением под воздействием высокой температуры или давления. Огонь в таких случаях может распространиться по транспортерам, элеваторам и другим транспортным устройствам, а также через незаделанные проемы в стенах и перекрытиях.

Чтобы предотвратить распространение огня по производственным коммуникациям применяют сухие огнепреградители, огнепреградители в виде гидравлических затворов, затворы из твердых измельченных материалов, автоматические задвижки и заслонки, водяные завесы, перемычки, засыпки и т. п.

5. Охрана недр и окружающей среды при бурении на специальных буровых растворах (нефте-эмульсионные)

При приготовлении и применении растворов на нефтяной основе (ИБР и инвертных эмульсий) необходимо выполнять требования, направленные па предотвращение потерь раствора и загрязнения окружающей среды, обеспечение противопожарной безопасности и создание благоприятных условий работы для буровой бригады.

Пена представляет собой агрегативно-неустойчивую дисперсную систему, состоящую из пузырьков газа (дисперсная фаза), разделенных пленками жидкости или твердого вещества (дисперсионная среда). По линейным деформациям тампонажного камня при твердении в водной среде тампонажные цементы разделяются на группы: 1--безусадочные (расширение не более 0,1%), способность затвердевать и длительное время работать в водной среде. При нормальных условиях шлаковые цементы очень медленно твердеют, однако с повышением температуры до 100°С и выше процессы схватывания и твердения интенсифицируются и из шлакопесчаного цемента образуются плотные и прочные камни, очень стойкие в агрессивных средах.

С добычей нефти и газа, как и с добычей полезных ископаемых вообще, непосредственно связаны два рода проблем 177]: охрана недр -- рациональное использование минеральных ресурсов; охрана окружающей среды -- земной поверхности в районах бурения и разработки нефтяных и газовых месторождений, включая восстановление (рекультивацию) земель, мероприятия по предотвращению загрязнения почв, водоемов, атмосферы.

В качестве среды затворения может быть рекомендован только насыщенный раствор хлористого магния.

Комплексное использование месторождений служит задачам охраны недр и охраны окружающей среды.

Цемент-тина ТСЦ выпускается заводами Министерства нефтяной промышленности в соответствии с ТУ 39-081--75 и предназначен для цементирования нефтяных и газовых скважин в условиях воздействия агрессивных сред с общей минерализацией до 400 г/л, в том числе для изоляции пластов соленосных отложений.

Плотность раствора может быть получена низкой, однако при помещении раствора в среду гидродавления она повышается.

С учетом рационального использования добытых нефти и газа охрана недр и охрана окружающей среды в нефтегазовой промышленности имеют свои особенности, которые необходимо учитывать. Отвечать условиям охраны недр и окружающей среды и исключать возможное загрязнение пластовых вод и межпластовые перетоки флюидов не только при бурении и эксплуатации, но и после окончания работ и ликвидации скважины.

Жидкая фаза раствора ОНЭЦР (дисперсионная среда) представлена дизельным топливом, которое загущают высокоокисленным битумом; внутренней (дисперсной) фазой служат частицы цементного порошка, смоченные водой, и эмульгированные капельки воды.

К свойствам цементного камня следует отнести механическую прочность, проницаемость, объемные изменения, коррозионную устойчивость в агрессивных средах и модуль упругости.

Предупреждение открытых нерегулируемых газонефтеводопроявлений с целью сбережения полезных ископаемых и охраны окружающей среды. Полимерные тампонажные растворы имеют ряд преимуществ перед растворами минеральных вяжущих веществ: малую плотность, удобство регулирования сроков схватывания, хорошую фильтруемость в пористых средах, отсутствие проницаемости тампонажного камня, высокую прочность и стойкость к агрессии тампонажного камня.

Движение природных жидкостей и газов в пористой среде. Транспортировка нефти и газа в танкерах морем, утечки нефти и газа при бурении, добыче и авариях способствуют загрязнению окружающей среды. Приведены примеры расчетов технико-экономической эффективности промышленного внедрения новых видов специальных тампонажных растворов, обеспечивающих высокое качество цементирования и защиту окружающей среды при бурении скважин в сложных условиях.

Перечисленные и многие другие причины обязывают работников нефтегазовых предприятий принимать все установленные меры и предъявлять узаконенные требования в целях предупреждения нарушения охраны недр и загрязнения окружающей среды.

Максимально допустимая температура окружающей среды для скважинного прибора, °С 150 габаритные размеры, мм: скважинный прибор диаметр. В неводных средах в связи с малым значением диэлектрической проницаемости среды электрический заряд частиц обычно невелик.

промывочный жидкости бурение скважина

Вывод

Конечная цель бурения скважин -- получение нефти и газа из земных недр. Получение начального притока нефти и газа из пласта в большой степени зависит от технологии бурения, от состава и свойств промывочной жидкости, длительности воздействия ее на продуктивный пласт, а также от качества работ по разобщению данного пласта от других проницаемых горизонтов.

Физико-механическое воздействие на продуктивный горизонт оказывают следующие факторы:

- разгрузка горного массива в результате разбуривания пласта;

- изменяющееся противодавление столба бурового раствора (впоследствии изменяющееся давление столба цементного раствора);

- фильтрация фильтрата бурового (и цементного) раствора;

- изменяющийся температурный режим в скважине;

- гидродинамическое и механическое воздействие на породы в разбуриваемом пласте движущимся инструментом;

- гидродинамические эффекты (гидроудары, понижение давления и др.) в стволе и призабойной зоне в процессе цементирования и освоения скважины.

В процессе написания курсовой работы были рассмотрены следующие вопросы:

1) Назначение, классификация и области применения буровых растворов.

2) Буровые растворы для вскрытия продуктивных пластов.

3) Выбор типа бурового раствора для вскрытия продуктивных пластов.

4) Методы, материалы и применяемое оборудование для приготовления бурового раствора

5) Критерии выбора бурового раствора для вскрытия продуктивного пласта

Так же был выполнен расчет материалов и химических реагентов для приготовления бурового раствора необходимый для бурения скважины на Ново-Елховском месторождении глубиной 1185 м.

Литература

Государственные стандарты

1. ГОСТ 2. 104-68 ЕСКД. Основные надписи.

2. ГОСТ 12.1.007-76 ССБТ. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности.

3. ГОСТ 2.105 - 95 ЕСКД. Общие требования к текстовым документам.

ГОСТ 2.305 - 08 ЕСКД. Изображения - виды, разрезы, сечения

4. Орешина Л.Н., Методические указания для студентов по выполнению курсовой работы, 2013г

Учебная

1. Булатов А.И., Аветисов А.Г. Справочник инженера по бурению: В 4 кн. Кн. 3 - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1995. - 320 с

2. Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М. Заканчивание скважин. Учеб. пособие для вузов. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр» 2000. - 670 с.

3. Логвиненко С.В.. Техника и технология цементирования скважин. М.,

«Недра», 1998. 384 с.

4. Рязанов Я.А., Энциклопедия по буровым растворам.- Оренбург: издательство «Летопись», 2005.- 664 с.

5. Соловьев Е.М. Заканчивание скважин. М, Недра, 1999, 303 с.

Размещено на Allbest.ru