Соединение точек между густыми буровыми растворами, высокоплотными возвратами и высокими кольцевыми давлениями.
Сегодня мы поговорим об очень важной для бурильщиков теме, которой не уделяется достаточно внимания в повседневной работе: возврат высокоплотных буровых растворов с высоким содержанием твердых частиц и его влияние на процесс бурения.
Мы все видели, как из скважины выходит большой твердый ком глины или полутвердая смесь ила и песка, похожая на пудинг, а затем, в одно мгновение, возникает потеря циркуляции или непреднамеренные возвраты (для старожилов бурения – прорыв флюида). После этого начинается активное устранение последствий с помощью водооткачивающих устройств и лопат. Параллельно решаются проблемы с заклиниванием бурильной колонны и другие последствия, возникающие, когда давление густого бурового раствора превышает устойчивость породы.
Будь то вертикальное или горизонтальное направленное бурение, цель заключается в том, чтобы создать скважину, удаляя существующий грунт для последующей установки продукта. Когда долото или расширитель врезается в породу, оно также смешивает буровой раствор с грунтом, образуя текучую смесь, которая должна транспортировать шлам на поверхность.
Буровой раствор должен быть адаптирован к условиям грунта для поддержания целостности скважины, контроля активных глин, а также для суспендирования и транспортировки шлама на поверхность. Как и буровые растворы, объем перекачки также должен соответствовать условиям грунта, чтобы поддерживать возврат бурового раствора в текучем состоянии, не вызывая увеличения кольцевого давления, что может привести к множеству проблем.
Подбор буровых растворов и объемов перекачки в соответствии с условиями грунта так же прост, как разделение грунтов на две основные категории: инертные или крупнозернистые грунты (песок, гравий, порода) и активные или мелкозернистые грунты (глины и илы). Проблемы с инертными/крупнозернистыми грунтами включают потерю раствора (устойчивость скважины) и суспендирование тяжелых частиц. Для инертных/крупнозернистых грунтов требуется в два-три раза больше бурового раствора, чем объема извлеченного грунта. В отличие от этого, для мелкозернистых/активных грунтов необходимо в три-пять раз больше бурового раствора по сравнению с объемом извлеченного грунта, чтобы поддерживать текучую возвратную смесь из-за реактивной (набухание и прилипание) природы глиняных образований.
Например, при использовании расширителя диаметром 12 дюймов (30,48 см) объем грунта на каждый метр бурения рассчитывается следующим образом: 12 x 12 = 144 ÷ 24,5 = 5,88 галлона/фут. Это говорит нам о том, что для каждого пробуренного метра необходимо сместить 73,01 литра грунта и смешать его с буровым раствором для получения текучей суспензии. Реактивные грунты (глины, сланцы, глинистые породы) требуют соотношения бурового раствора к грунту от 3:1 до 5:1 для эффективного удаления шлама из скважины. При соотношении 4:1 необходимо 292,01 литра на метр расширенной скважины для поддержания текучей возвратной смеси. Для крупнозернистых несцементированных грунтов (песок, ил, крупный песок, гравий) соотношение раствора для перекачки составляет от 2:1 до 3:1 для удаления шлама из скважины; следовательно, при соотношении 2:1 необходимо перекачивать 145,97 литра на метр расширенной скважины.
// Для удобного пересчета величин измерения рекомендуем воспользоваться онлайн калькулятором.
Как правило, буровые растворы для реактивных глин имеют более низкую вязкость и содержат добавки, которые препятствуют прилипанию и набуханию, либо добавки, которые разрушают глину.
Для инертных крупнозернистых грунтов обычно требуется более высокая вязкость и большая гелеобразующая способность для суспендирования тяжелых частиц, а также улучшенный контроль потери раствора для стабилизации рыхлых несцементированных формаций и предотвращения обрушения скважины. Использование правильных добавок для улучшения потери раствора и гелеобразования позволяет создать буровой раствор, который может выполнять эти функции при более низкой вязкости и снижать кольцевые давления.
Скорость обратной протяжки для расширителя при горизонтальном направленном бурении ограничивается количеством бурового раствора, который подается к расширителю. Если расширитель режет больше грунта, чем подаваемый буровой раствор может адекватно смешать в текучую суспензию, бурильщик опережает буровой раствор, и возвратный поток становится густым и тяжелым с буровыми выбурками.
Чистый буровой раствор имеет плотность около 8,4–8,6 фунтов на галлон, в то время как возвратный раствор при горизонтальном направленном бурении может достигать более 14 фунтов на галлон, что потребует большего кольцевого давления для его выталкивания из скважины. Вязкость определяется как сопротивление жидкости течению, и это сопротивление высокоплотного, высоковязкого бурового раствора с высоким содержанием твердых частиц приводит к избыточному давлению на породу и флюидному прорыву бурового раствора на поверхность.
Лучший способ предотвратить это — начать с бурового раствора, который выполняет все необходимые функции при более низкой вязкости (как упоминалось ранее), а также иметь человека, который постоянно поддерживает контакт с бурильщиком для контроля за возвратным потоком. Если возвратный поток становится чрезмерно густым и тяжелым, он может сообщить бурильщику, который либо увеличит объем прокачки, либо замедлит скорость обратной протяжки, чтобы снизить вязкость и плотность возвратного потока, что уменьшит кольцевое давление и снизит вероятность прорыва. Контроль возвратного потока также полезен при неожиданной встрече с новыми условиями грунта, так как можно корректировать смесь бурового раствора.
От резервуара с буровым раствором до возвратного потока управление вязкостью (сопротивление жидкости течению) имеет решающее значение для контроля флюидных прорывов и является критическим фактором успешного бурения. Управление вязкостью начинается с буровых растворов, которые выполняют все необходимые функции при более низкой вязкости благодаря использованию правильных добавок, и заканчивается мониторингом возвратного потока, чтобы убедиться, что скорость обратной протяжки не превышает скорость подачи бурового раствора.
Продолжайте бурить, и желаем успешного завершения сезона всем бурильщикам!
Компания Адамант, с более чем 10-летним опытом в сфере химических реагентов, предлагает профессиональные решения для бурения. Мы гарантируем высокое качество и надежность нашей продукции, чтобы поддержать ваши проекты на каждом этапе.
Совсем скоро мы представим вам нашу новую линейку под брендом "Бурильщик", которая призвана оптимизировать процессы бурения и помочь специалистам справляться с самыми сложными задачами. С нетерпением ждем, чтобы поделиться с вами новыми решениями, которые сделают вашу работу еще эффективнее.
Присоединяйтесь к нам, и вместе мы достигнем новых высот в бурении и не только! До скорой встречи, ваш Адамант! 👋