При строительстве любой скважины определяется технология выемки грунта или горной породы. Традиционным способом извлечения выбуренной породы при сооружении нефтяных и газовых скважин является очистка ствола промывочной жидкостью. При использовании этой технологии проходка производится с непрерывной промывкой скважины буровым раствором, который циркулирует по кругу между буровыми насосами и забоем скважины.
Поэтому для промывки скважины буровая установка обустраивается циркуляционной системой, которая состоит из нескольких функциональных блоков:
- блок приготовления и хранения бурового раствора;
- блок подачи бурового раствора (буровые насосы, вертлюг, бурильный инструмент);
- блок очистки бурового раствора и утилизации шлама.
Рассмотрим устройство блока приготовления раствора.
Основой водного бурового раствора является бентонитовая суспензия. Бентонит – это природный глинистый материал, состоящий в основном из минерала монтморрилонита. Этот слоистый алюмосиликат, измельченный в порошок с размерами частиц менее 1 мкм имеет свойство сильно набухать в воде, увеличиваясь в объеме в 14 – 16 раз, в результате чего образуется вязкая гелеобразная суспензия.
Бентонитовый буровой раствор глинизирует стенки скважины, обеспечивая их устойчивость. При остановке циркуляции такой раствор удерживает кусочки шлама от оседания, предотвращая образование пробок в стволе.
Качественный раствор содержит не менее 70% бентонитовой глины. В таком соотношении образуется плотный гель, препятствующий дальнейшему проникновению в него влаги.
В зависимости от конкретных геологических условий бурения раствор обогащают различными добавками: утяжелителями, структурообразователями, смазочными компонентами, поверхностно-активными веществами, пеногасителями. То есть при изготовлении раствора ингредиенты с учетом их пропорций подбирают исходя из условий бурения.
Простейшая технологическая схема приготовления бурового раствора состоит из смесительной емкости, оснащенной загрузочной воронкой, гидросмесителем, механическими перемешивателями и шиберным затвором. Приготовление раствора по этой схеме производится следующим образом.
Сначала в емкость закачивают расчетный объем технической воды (20 – 30 м3). Затем запускают в работу центробежный шламовый насос и создают в системе циркуляцию по замкнутому циклу. В загрузочную воронку засыпают бентонитовый порошок, откуда он засасывается в гидросмеситель, где смешивается с водой. Скорость подачи порошка в камеру смесителя регулируют шиберной заслонкой.
Из гидросмесителя бентонитовая пульпа прокачивается в емкость. В ходе непрерывной циркуляции происходит образование бентонитовой суспензии.
По окончании загрузки бентонита в воронку последовательно засыпают дополнительные компоненты раствора, при продолжающейся циркуляции. При этом в смесительном баке работают лопастные механические перемешиватели, передающие суспензии постоянную подвижность.
Приготовления бурового раствора из сухих порошкообразных материалов является наиболее прогрессивной и экономичной технологией.
Круговую циркуляцию прекращают лишь тогда, когда смешано расчетное количество ингредиентов и основные технологические показатели свойств раствора близки к расчетным. Если раствор приготавливают впрок, то его замешивают порционно, а порции откачивают в запасные резервуары.
Для резервного хранения буровых растворов различных типов и технической воды буровая установка оборудуется блоком дополнительных емкостей (БДЕ).
Компоненты будущего бурового раствора подаются на смесительный узел, как правило, в мешках с помощью кранов или манипуляторов. Возможна подача россыпью по транспортеру.
Так, используя гидромеханическое перемешивание производят водный буровой раствор непосредственно на буровой установке.
Об устройстве гидросмесителя подробнее можно почитать в статье: «Струйный насос».
Из смесительного резервуара готовый раствор перекачивают в отдельную приемную емкость циркуляционной системы, из которой запитываются буровые насосы.
Также смесительный резервуар может быть совмещен с приемной емкостью. Прямоугольный металлический резервуар объемом 40 м3 разделяют перегородкой на две равные части, в одной из которых готовят раствор, а вторая половина служит приемником-накопителем. Такие блочные модули изготавливают в контейнерном или открытом вариантах. Основания блоков могут быть рамными, на санях или на шасси.
Блоки для низкотемпературных регионов оборудуются системами электро- или пароподогрева.
Жидкие химические реагенты и эмульсии для обработки растворов хранят в прямоугольных или цилиндрических резервуарах вместимостью 12 – 20 м3.