В процессе бурения применяются специальные растворы для вымывания шлама и продуктов разработки местной породы. Эта операция необходима для повышения эффективности механического воздействия буровой установки и расчистки забоя. Вымывание производится с помощью тампонажных растворов, которые готовятся по специальным технологиям.
Назначение буровых смесей
Циркуляция воды в скважине способствует прочистке отверстия, чем помогает бурительному и заделочному процессам. При условии, что используется активный состав с дополнительными эксплуатационными свойствами, можно рассчитывать на целый ряд других эффектов, среди которых следующие:
- Образование фильтрационной корки на стенах открытого ствола. В результате укрепляются неустойчивые отложения, глинистые породы и сыпучие пласты.
- Создается противодействие поровому давлению.
- На забойную силовую установку и долото транслируется дополнительная гидравлическая энергия.
- Буровые и тампонажные растворы транспортируют разработанную породу и после завершения циркуляции удерживают эту массу во взвешенном состоянии.
- Предотвращаются риски возникновения осложнений, дифференциальных прихватов, нефтегазопроявления и поглощения скважины.
- Предупреждаются обвалы и осыпи.
- Оказывается смазывающее воздействие на буровое оборудование.
- Обеспечиваются охлаждение и смазка инструмента.
Основа для состава тампонажной смеси
Для создания буровых растворов применяются пластические и тонкодисперсные глины с минимальными включениями песка, которые вместе с водой могут образовывать вязкую суспензию с длительным периодом оседания. При разработке газовых и нефтяных скважин специалисты рекомендуют использовать щелочные виды монтмориллонитовых глин, а также глинопорошки. Кроме того, в состав тампонажного раствора входит техническая вода, гидрогели и солевые компоненты. Современные смеси включают инвертную эмульсию, известково-битумные основы и полимерные компоненты. Соотношения между ингредиентами и конкретный их набор зависит от эффекта, который необходимо достичь, и условий применения раствора. В любом случае к нежелательным компонентам относятся примеси наподобие гипса и растворимых минералов, которые понижают стабильность вязкого глинистого сырья.
Правила создания раствора
Приготовление тампонажных смесей производится с помощью цементосмесительных агрегатов в соответствии с регламентированными режимами. В зависимости от поставленных задач и применяемого сырья в схему приготовления могут вводиться разные технологические решения. К примеру, если используется лежалый цемент, то необходимо предусмотреть его активацию. Сухая смесь в емкость подается при стабильной работе водоподающего насоса. Совмещение жидкости и сухих компонентов должно производиться в условиях поддержания давления на уровне 12-15 МПа. Это оптимальная среда для приготовления тампонажных растворов с точки зрения затворения и схватывания структуры. Далее необходимо выждать период стабилизации смеси, для которой предусматривается специальный режим в цементосмесительной машине.
Свойства тампонажных смесей
Технико-эксплуатационные свойства буровых смесей определяются подобранной рецептурой и на практике применения определяют качества взаимодействия с материалами пластов скважины. Учитываются следующие свойства тампонажного раствора:
- Водоотдача. В условиях перепадов давления происходит процесс водоотделения от активной фазы раствора. В зависимости от параметров ствола скважины показатель скорости водоотдачи может быть разным, корректируется индивидуально. Например, если планируется укрепление конструкции, то водоотдача раствора должна быть близка к нулю.
- Седиментационная стойкость. Процесс отделения воды от раствора, при котором цементная масса движется вниз, а жидкость – вверх.
- Загустевание. Определяется множеством факторов, среди которых степень помола компонентов раствора и наличие материалов, повышающих вязкость. На стимуляцию этого свойства влияет увеличение доли воды, а на понижение – стороннее тепловое воздействие.
- Схватывание. Как правило, технологи стремятся повышать это качество до максимума в конкретных условиях. Для этого используется наращивание температуры с давлением, а также изоляция ствола в условиях повышенной влаги.
Модификация свойств буровой смеси
Корректировка тех или иных качеств не всегда возможна обычными средствами и материалами, поэтому целесообразнее использовать специальные присадки и добавки, которые эффективно и точечно изменяют нужные свойства. В их числе отмечаются следующие модификаторы:
- Карбонат натрия. Используется для сокращения времени схватывания. С помощью данного ускорителя получают быстросхватывающиеся растворы, пригодные для использования при температурах до 55-65 °С.
- Бентонит. Увеличивает показатель начальной подвижности промывочного раствора, оптимизируя мероприятия по его закачке. Этот модификатор рекомендуется использовать применительно к тампонажным растворам, плотность которых варьируется от 1,5 до 2,2 г/см3.
- Гипсоцементные суспензии. Улучают способность раствора к водоотдаче. Основа становится более стойкой к растворению в воде. Для промывочных составов использование суспензий бессмысленно, однако в целях укрепления ствола – вполне допустимо.
- Цементно-смолистые добавки. Разновидность пластификатора с эпоксидными смолами, которые применяются для промывки скважин с осложнениями водоносных пластов.
Виды растворов для бурения
В практике применения обычно выделяют следующие виды тампонажных смесей:
- Буровой лигнитовый. Раствор на щелочной основе, который модифицируется лигнитами.
- Известково-битумный раствор. В качестве основы используются нефтепродукты – комбинация дисперсионной среды из нефти или дизельного топлива, а также битума и оксида кальция в качестве дисперсной фазы.
- Облегченная смесь для промывки. Представляет собой уменьшенный в массе тампонажный раствор с минимальными показателями плотности. Используется при разработке скважин с низким давлением пластов.
- Полимерный раствор. В основе состава находится вода, содержащая высокомолекулярные линейные полимеры. Обычно используется в процессах бурения крепких пород.
Проверка на соответствие ГОСТу
Согласно ГОСТу 26798.1-96, параметры буровых растворов определяются без учета возможных воздействий, которые могут иметь место в процессе эксплуатации материала в реальных условиях с подключением обсадных колонн. На соответствие нормативам проверяется время загустевания смеси, плотность и вязкость. При этом для разных составов и технические показатели, и перечень критериев оценки могут меняться. Так, для определения свойств расширения и прочности в случае с тампонажным цементным раствором используется ГОСТ 1581-96, требующий, чтобы испытания проводились при температуре окружающей среды порядка +30 °С. В процессе затвердевания смесей цементного камня в ограниченном объеме показатели прочности могут быть выше, чем при использовании аналогичной по составу массы при заполнении скважины. И, напротив, проницаемость раствора понижается.
Технология применения тампонажной смеси
Для использования буровых растворов используется специальное оборудование, обеспечивающее техническую возможность операций циркуляции. В процессе применение тампонажные растворы совершают следующий технологический цикл:
- Состав замешивается и хранится в специальной емкости.
- Насосное оборудование через колонну бурильного трубопровода начинает перекачку раствора из емкости в скважину.
- По трубам смесь направляется к забою скважинного ствола, где долото бурильной установки разрабатывает очередной слой породы.
- Раствор возвращается на поверхность, неся с собой частицы породы, отделенные долотом.
- По затрубу масса поднимается вверх, проходя между бурильной трубой и стенами скважины.
- На поверхности выполняется операция фильтрации и очистки раствора от шлама. Для этого применяют вибрационное сито.
Заключение
Тампонажные смеси являются необходимым расходным материалом при разработке и обустройстве скважин. Однако неправильное их использование вместе с положительными эффектами может повлечь и негативные последствия. В частности, ошибки при изготовлении тампонажного раствора в дальнейшем могут обернуться обвалами породы и даже повреждением бурового оборудования. Поэтому изначально составляется проект промывки, состав которой тщательно рассчитывается. В целом же необходимо определить, каким будет объем сухих компонентов, воды, общее количество смеси, характеристики цементировочных агрегатов и т. д.
