Как я уже говорил, существует мнение, согласно которому успех строительства скважины напрямую зависит от правильного выбора долот и бурового раствора.
Мы сегодня поговорим от том, как влияют параметры бурового раствора на эффективность строительства скважины, т.е. будем рассматривать буровой раствор в контексте рационального режима бурения.
Каждый, уважающий себя буровик, должен знать, как минимум, четыре основных параметров бурового раствора: плотность, вязкость, СНС, фильтрация.
Плотность.
Удельный вес раствора, измеряется в граммах на кубический сантиметр или в килограммах на метр кубический раствора.
Плотность – это, пожалуй, самый важный параметр раствора. От нее будет зависеть гидростатическое давление столба бурового раствора и, в конечном счете, забойное давление в скважине, т.е. то давление, которое раствор оказывает на стенки скважины (иногда это давление называют противодавлением). Свойства бурового раствора будут зависеть от геологического разреза скважины, от свойств горных пород, которые предстоит разбуривать. Плотность бурового раствора будет напрямую зависеть от пластового давления и от давления гидроразрыва горных пород.
Плотность раствора рассчитывается таким образом, чтобы забойное давление было больше, чем пластовое давление, но меньше, чем давление гидроразрыва горных пород.
Превышение забойного давления над пластовым предупреждает осыпи и обвалы неустойчивых горных пород, а также препятствует проявление пластового флюида при бурении в интервале продуктивного горизонта.
Вопрос заключается в следующим: на сколько забойное давление должно быть больше, чем пластовое давление.
Дело в том, что, экспериментальным путем, доказано, что чем выше забойное давление, тем ниже механическая скорость бурения, т.е., с точки зрения экономических показателей строительства скважины, плотность бурового раствора должна быть как можно ниже. С другой стороны, это может привести к таким осложнениям в процессе бурения, как осыпи и обвалы горной породы, проявления пластового флюида и т.д.
В конце концов, была выработана следующая рекомендация:
- при глубине скважины до 1200м, забойное давление должно превышать пластовое на 10 процентов;
- при глубине скважины свыше 1200м, забойное давление в скважине должно превышать пластовое на 5 процентов.
Считается, что до глубины 1200 метров горные породы менее спрессованы и более склонны к осыпям, поэтому в этом интервале бурения плотность бурового раствора должна обеспечить более высокое противодавление на стенки скважины. При глубинах более 1200 метров породы достаточно устойчивы к осыпям и обвалам, поэтому можно снизить противодавление ради увеличения механической скорости бурения. Нужно помнить, что данная рекомендация, в основном, разработана для рационального режима бурения, когда все параметры режима бурения, в том числе и параметры бурового раствора, подбираются таким образом, чтобы обеспечить наилучшие качественные и количественные показатели строительства скважины.
Специальный режим бурения подразумевает, что параметры режима бурения, в том числе и параметры бурового раствора, должны обеспечить, в первую очередь, выполнение поставленной задачи.
Пример. При бурении в интервале продуктивного пласта, основная задача – сохранение естественной проницаемости пласта, сохранение его коллекторских свойств. Чем выше забойное давление, тем глубже фильтрат бурового раствора, насыщенный выбуренной породой, будет проникать в продуктивный горизонт. Это значительно затруднит будущее освоение скважины и, самое главное, может отрицательно повлиять на дебет скважины при ее эксплуатации. Плотность бурового раствора, в этом случае, определяется таким образом, чтобы обеспечить минимальное, но допустимое, с точки зрения безопасности, превышения забойного давления над пластовым.
Все чаще в последнее время делаются попытки вскрытия продуктивных пластов на равновесии, когда забойное давление примерно соответствует пластовому. На мой взгляд, это слишком опасно. Безопасность проведения работ по строительству скважины должна быть на первом месте.
Вязкость бурового раствора.
Вязкость характеризует подвижность раствора, измеряется в секундах. Самый простой прибор для измерения вязкости состоит из мерной воронки и секундомера. Дальше все просто, заливаем раствор в мерную воронку, включаем секундомер и ждем пока весь раствор покинет воронку. Например, вязкость воды примерно 20 секунд.
Вязкость – это, пожалуй, единственный параметр бурового раствора, который всегда рекомендуется поддерживать на минимальной уровне. Регулируется вязкость при помощи специальных реагентов, которые вводятся в состав раствора.
СНС. Статическое напряжение сдвига.
Я не буду морочить вам голову всякими умными словами, постараюсь «на пальцах» объяснить смысл и суть этого параметра.
СНС характеризует скорость образования структуры бурового раствора.
Пример.
Если глинистый буровой раствор оставить на некоторое время без движения, он начнет загустевать, превращаться в жиле подобную массу. Такие растворы называют коллоидными. В самом начале, через определенный промежуток времени, на поверхности раствора начинает образовываться пленка. Усилие, которое придется приложить для разрушение этой пленки, и называется СНС. Для определения СНС потребуется достаточно сложное оборудование. Раствор оставляется в покое, например на 30 минут, затем измеряют усилие, которое необходимо будет приложить для разрушения пленки на поверхности раствора. Процедуру повторяют через определенные промежутки времени, тем самым определяя скорость образования структуры.
Проще говоря, СНС характеризует возможность раствора удерживать частички выбуренной породы во взвешенном состоянии при отсутствии циркуляции бурового раствора. Зная СНС, можно определять, например, безопасное время простоя скважины без циркуляции.
Величину СНС у коллоидных растворов можно регулировать с помощью специальных реагентов.
Фильтрация. Водоотдача
Фильтрация характеризует способность раствора отфильтровывать свою жидкую фазу в стенки скважины. Определяется в кубических метрах за определенный промежуток времени. Горные породы подразделяются на гидрофильные и гидрофобные, т.е. одни из них смачиваются водой, другие – нет. При смачивании фильтратом бурового раствора, частички породы начинают набухать и терять свою устойчивость, что может приводить к осыпям и обвалам стенок скважины в процессе бурения. Самой большой фильтрацией, по понятным причинам, обладает вода.
Я уже говорил, что существует правило: если есть возможность бурить на воде, надо бурить на воде, т.е. использовать в виде бурового раствора воду. Вода – это оптимальный буровой раствор, с точки зрения параметра «цена – качество», но обязательно нужно учитывать свойства горных пород, которые предстоит разбуривать.
Если в процессе бурения требуется поддерживать фильтрацию на минимальном уровне в процессе, то самым оптимальным вариантом будет глинистый буровой раствор.
Глинистый буровой раствор обладает уникальной способность образовывать на стенках скважины глинистую корочку в процессе бурения. Если качество глинистого бурового раствора находится на должном уровне, то тонкая, но прочная корочка обволакивает стенки скважины и прекращает фильтрацию раствора.
Степень фильтрации раствора можно регулировать специальными реагентами.
Параметры бурового раствора в процессе строительства скважины необходимо постоянно контролировать и, при необходимости, регулировать, чтобы они соответствовали значениям в соответствии с регламентом.