База знаний: БЕНТОНИТ В БУРЕНИИ
При бурении скважин для удаления из забоя и из ствола скважины обломков разбуриваемых пород используют буровой раствор (промывочную жидкость). Раствор глинизирует стенки скважины, покрывая их плотной тонкой коркой, препятствующей проникновению в пласты фильтрата. Утяжеленный буровой раствор предупреждает проникновение пластовых вод, а также нефти и газа в скважину, что исключает открытое фонтанирование при бурении. Качественная буровая помимо прочего ускоряет процесс бурения. Физические и химические свойства бурового раствора играют важную роль при выполнении буровых операций. Эти свойства раствора являются теми переменными в процессе бурения, которые можно быстро изменить для повышения эффективности этого процесса.
Свойства, которые имеют наибольшее значение для гидравлики долота, включают в себя:
• плотность;
• реологические свойства;
• выход раствора.
Плотность – это вес единицы объема бурового раствора, которая обуславливает поддержание частиц бурового раствора во взвешенном состоянии. Увеличение плотности бурового раствора усиливает его несущую способность за счет повышения его подъемной силы и вязкости вследствие возросшего содержания в растворе твердой фазы. Плотность бурового раствора непосредственно связана с количеством и средним удельным весом твердой фазы в системе. Контроль плотности имеет ключевое значение потому что гидростатическое давление, создаваемое столбом бурового раствора, необходимо для противодействия пластовым давлениям и предотвращения смятия ствола.
Реология буровых растворов и связанная с ней гидравлика кольцевого пространства непосредственно влияют на то, насколько эффективно очищается ствол и насколько он стабилен. К наиболее важным реологическим характеристикам относятся:
- вязкость – имеет большое значение для обеспечения подъемной силы бурового раствора; вязкость определяется концентрацией, качеством и степенью гидратации взвешенных частиц;
- условная вязкость – характеризует гидравлическое сопротивление бурового раствора течению;
- эффективная вязкость – косвенно характеризует вязкость бурового раствора как ньютоновской жидкости;
- пластическая вязкость – это та часть сопротивления течению жидкости, которая вызывается механическим трением;
- предел текучести или предельное динамическое напряжение сдвига – вторая составляющая сопротивления течению бурового раствора – является мерой электрохимических сил притяжения в буровом растворе;
- показатель фильтрации – косвенно характеризует способность раствора отфильтровываться через стенки скважины;
- толщина фильтрационной корки – косвенно характеризует способность раствора к созданию малопроницаемой фильтрационной корки на стенках скважины;
- показатель седиментации – косвенно показывает стабильность бурового раствора.
Выход раствора является интегральным показателем качества бентонита. Этот расходный показатель раствора зависит от минералогического состава, тонкости помола и технологии модификации. Идеальным вариантом является использование глин с высоким содержанием монтмориллонита с преобладающим содержанием в обменном комплексе ионов калия и натрия (щелочные бентониты), что достигается, как правило, технологией модификации низкокачественных глин. Стандарты API-13А и OCMA DFCP-4 устанавливают минимальный уровень выхода раствора. В API-13А это сделано не в явной форме, а путем регламентирования содержания глинистой фазы в суспензии при определении ее свойств, которое соответствует выходу раствора в количестве 16 м3/т для бентонита.