Буровые станки и бурение скважин

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

1. Лабораторная работа №1 «Изучение состава СБР»

Цель работы:

Приобретение навыков расчета состава солевых биополимерных растворов СБР

Задачи:

1.Изучение состава СБР

2.Изучение их свойств

3.Расчет состава бурового раствора

Порядок проведения:

1.Записать состав солевого бурового раствора

2.Записать требуемые свойства бурового раствора

3.Рассчитать количество реагентов для приготовления раствора с заданными свойствами (по варианту) в количестве 1 литр.

Содержание отчета по лабораторной работе:

1.Название работы

2.Цель работы

3.Описание состава и свойств СБР

4.Расчет количества реагентов для приготовления раствора

5.Таблица с полученными результатами

№	Наименование реагента	Марка	Рекомендованный	Полученный
		реагента	расход на 1м3	расход на 1литр
1	Регулятор плотности
	раствора
2	Понизитель водоотдачи
3	Регулятор
	реологических свойств
4	Вода
5	Бактерицид
6	Смазывающая добавка

4

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Варианты лабораторных работ:

№	Наименование реагента	Вариант 1	Вариант 2
1	Регулятор плотности раствора	NaCl	NaCl
2	Понизитель водоотдачи	КМЦ	Cabrosa
3	Регулятор реологических свойств	KEM-X	KEM-PAS
4	Вода	Пресная	Пресная
5	Бактерицид	-	-
6	Смазывающая добавка	Нефть	Нефть
7	Плотность, кг/м3	1080	1120
8	Условная вязкость с.	35	40
9	СНС по реометру «Baroid»
	За 10с.	15	45
	За 10мин.	25	70
10	Водоотдача см3/30мин	3,0	4,5
11	Содержание песка, % объема	1	1
12	Водородный показатель, рН	7-8	7-8
13	Коэффициент трения	0,18	0,22

2. Лабораторная работа №2 «Изучение лаборатории буровых растворов фирмы «Baroid»

Цель работы:

Приобретение навыков работы с лабораторным оборудованием для определения свойств буровых растворов

Задачи:

1.Изучение состава комплекта лаборатории фирмы «Baroid»

2.Изучение порядка работы с приборами

Порядок проведения:

1.Записать состав комплекта лаборатории фирмы «Baroid»

2.Записать порядок проведения исследования свойств растворов

Содержание отчета по лабораторной работе:

1.Название работы

2.Цель работы

3.Описание состава комплекта лаборатории фирмы «Baroid»

4.Описание приборов для определения коэффициента трения и статического напряжения сдвига

5.Порядок определения свойств буровых растворов

5

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

3. Лабораторная работа №3 «Определение свойств СБР»

Цель работы: Приобретение навыков определения свойств буровых растворов

Задачи:

1.Изучение порядка приготовления СБР

2.Изучение их свойств

Порядок проведения:

1.Подготовить требуемый состав солевого бурового раствора согласно с вариантом

2.Размешать его в мерной кружке

3.Определить необходимые свойства СБР в соответствии с заданием.

Содержание отчета по лабораторной работе:

1.Название работы

2.Цель работы

3.Порядок приготовления бурового раствора

4.Порядок определения свойств буровых растворов

5.Таблица с полученными результатами

№	Параметр	Рекомендованный	Полученный
1	Плотность, кг/м3
2	Условная вязкость по ВБР-1, с.
3	Условная вязкость по реометру
	«Baroid», с.
4	СНС по реометру «Baroid»
	За 10с.
	За 10мин.
5	СНС по СНС-2
	За 10с.
	За 10мин.
6	Водоотдача по пресс-фильтру,
	см3/30мин
7	Содержание песка, % объема
8	Водородный показатель, рН
9	Коэффициент трения

6

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

4. Состав и свойства солевых биополимерных растворов

Солевой биополимерный раствор СБР – ингибирующий псевдопластичный буровой раствор с малым содержанием твердой фазы, обладающий высокими удерживающими и выносящими способностями, требуемыми стабильными реологическими и тиксотропными свойствами, достаточными смазочными характеристиками, защищающий призабойную зону пласта от глубокого проникновения фильтрата, сохраняя его коллекторские свойства. Экологически безопасен. СБР представляет собой водный раствор хлорида натрия, обработанный реагентом КМЦ (Tylose, Gabrosa) и биополимером (КЕМ-Х).

4.1. Компоненты раствора

КМЦ (Tylose, Gabrosa) – натриевая карбоксиметилцеллюлоза, предназначенная для снижения водоотдачи и регулирования вязкости бурового раствора. Реагент действует как стабилизатор технологических параметров раствора и защитный коллоид. Пленкообразующие свойства длинноцепочных молекул реагента обеспечивают снижение фильтруемости твердых частиц в поры породы и стабилизацию стенок скважины (стабилизацию глин). Эффективен как понизитель фильтрации солевых буровых растворов при высоком содержании хлорида натрия (NaCl), вплоть до насыщения.

КЕМ-Х – высококачественный ксантановый биополимер, производимый зарубежной фирмой. Обеспечивает требуемые реологические свойства СБР, улучшает удерживающие и выносящие способности. Позволяет получать высокие показатели эффективной вязкости при низкой скорости сдвига (ВНСС), снижая зону вторжения раствора и фильтрата в пласт. Полностью биоразлагаем, растворим в кислотах.

КЕМ-PAS - Среднемолекулярный сополимер полиакрилата натрия. Обеспечивает снижение водоотдачи и повышение вязкости пресных глинистых растворов, флокулянт.

POLY-KEM-D – высокомолекулярный полиакриламид. Селективный флокулянт, стабилизатор сланцев.

Хлорид натрия (NaCl) – ингибитор гидратации глинистых частиц (как выбуренного шлама, так и матрицы породы-коллектора), обеспечивающий регулирование плотности раствора.

Состав исходного раствора плотностью 1080-1120 кг/м3,% объема:

хлорид натрия (NaCl)……………………………………………..13-20;

карбоксиметилцеллюлоза………………………………………...1,2-1,4;

биополимер (КЕМ-Х)*………………………………………..…..0,2-0,4;

бактерицид (ИКС-САЙД, ИКБАК)………………………………0,02

вода…………………………………………………………………остальное.

Примечание: * при увеличении продолжительности бурения ствола

скважины с биополимеров свыше 20 сут., необходима обработка раствора бактерицидом.

7

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Расход химреагентов на приготовление 1м3 раствора, кг:

хлорид натрия (NaCl)……………………………………………..135-200;

КМЦ……………………..………………………………………...13-16;

биополимер (КЕМ-Х)..………………………………………..…..2,2-4,5;

бактерицид (ИКС-САЙД, ИКБАК)………………………………0,2

вода…………………………………………………………………900-940.

Примечание: применяемые концентрации полимеров обеспечивают

получение коэффициента трения (Ктр) в пределах 0,02-0,25. При необходимости снижения Ктр до значений 0,15-0,18 при сложных траекториях ствола скважины, раствор обрабатывается смазкой СРЖН (сульфированный рыбий жир нейтральный) в количестве 0,5 % от объема раствора (5-6кг на 1м3 раствора).

				Таблица 4.1
		Характеристики материалов и реагентов
	Шифр	Наименование	ГОСТ, ОСТ,	Внешний вид
			ТУ
		Натрий хлористый	ТУ 2111-081-	Кристаллы
	NaCl			серовато-белого
		технический	00209527-98
				цвета
	КМЦ-700			Мелкозернистый
	КМЦ-600	Карбоксиметилцеллюлоза	ОСТ 6-05-386-	порошкообразный
	Tylose VHR	и ее импортные аналоги	80	материал бело-
	Gabrosa и др.			кремового цвета
		Сульфированный рыбий		Пастообразная
	СРЖН		ТУ 6-01-868-79	масса коричневого
		жир нейтральный
				цвета
	КЕМ-Х и	Ксантановый биополимер		Порошок белого
	аналоги			цвета
	POLY-КЕМ-D	Высокомолекулярный		Порошок белого
		полиакриламид		цвета
		Среднемолекулярный		Порошок светло-
	КЕМ-PAS	сополимер полиакрилата
				желтого цвета
		натрия
	ИКС-САЙД,	Бактерицид	-
	ИКБАК

Требуемые параметры раствора:

плотность, кг/м3………………………………………………...1080-1120;

условная вязкость (по СПВ-5), с………………………………35-40;

водоотдача (по ВМ-6), см3/30 мин..……………………….......3-4,5;

статическое напряжение сдвига (по вискозиметру Baroid):

за 10 с……………………………………………………………15-45, за 10 мин………………………………………………………...25-70;

8

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

пластическая вязкость ( пл), мПа·с..………………………......15-20;

динамическое напряжение сдвига ( о), дПа…………………..80-120;

содержание твердой фазы, %, об………………………………не более 3-5;

содержание песка, %, об………………………………………..не более 1;

коэффициент трения…………………………………………….0,18-0,22;

водородный показатель (рН)…………………………………...7-8;

показатель нелинейности (n)……………………………………не более 0,6.

4.2.Состав и свойства высоковязкой жидкости (ВВЖ)

ВВЖ представляет собой водный раствор хлорида натрия с добавкой КМЦ. ВВЖ предназначена для очистки скважины от шлама (металлической крошки и др.) после фрезерования обсадной колонны.

Состав ВВЖ плотностью 1080-1120 кг/м3, % объема:

хлорид натрия ……...…………………………..………………..13-20;

карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ)…...…………………………..2,0-2,2;

вода………………………………………………………………..остальное.

Требуемые параметры ВВЖ:

плотность, кг/м3…………………………………………………..1080-1120;

условная вязкость, с……………………………………………...50-60;

Применяемые приборы для измерения параметров СБР и ВВЖ:

ареометр для измерения плотности;

вискозиметр ВБР-1 для измерения условной вязкости;

пресс-фильтр (или ВМ-6) для измерения водоотдачи;

ротационный вискозиметр (реометр) «Baroid» для измерения реологических (пластической вязкости и динамического напряжении сдвига) и тиксотропных (статического напряжения сдвига за 10 с. и 10 мин.) свойств;

ротационный вискозиметр СНС-2 для измерения тиксотропных (статического напряжения сдвига за 10 с. и 10 мин.) свойств;

рН-метр или индикаторная бумага для измерения водородного показателя;

реторты для измерения содержания твердой фазы;

прибор КТК-2 для определения коэффициента трения.

4.3.Технология приготовления солевого биополимерного раствора

Фрезерование обсадной колонны производится на солевом растворе плотностью 1080-1120 кг/см3 с использованием циркуляционной системы.

После фрезерования обсадной колонны ствол скважины и солевой раствор очистить от шлама (металлической крошки, цемента, парафина и др.). Для этого приготовить и закачать в скважину с помощью цементировочного агрегата 4-5м3

9

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ВВЖ. В процессе циркуляции, пачку солевого раствора высокой степени загрязнения и весь объем ВВЖ перекачать в специальную емкость с последующим вывозом для утилизации в отведенные для этого места.

Оставшийся солевой раствор очистить от металла и шлама в процессе круговой циркуляции через металлоуловитель и систему очистки раствора и использовать для приготовления СБР.

Для приготовления ВВЖ необходимо:

в мерники ЦА-320 набрать 4-5м3 водного раствора хлорида натрия

ввести расчетное количество КМЦ.

смесь перемешивать круговой циркуляцией не менее 20 минут.

довести объем солевого раствора в емкости циркуляционной системы до

30м3,

в зимних условиях обеспечить его подогрев до температуры не менее 2530ºС, необходимой для ускорения растворения КМЦ в растворе.

при невозможности подогрева солевого раствора создать круговую циркуляцию через скважину для повышения температуры исходного СБР.

Приготовление и обработка СБР производится в следующей последовательности:

солевой раствор, заполняющий емкость ЦС и ствол скважины, обрабатывается полимером КМЦ (1,3 %) из расчета 14кг на 1м3 раствора;

при углублении ствола скважины с достижением зенитного угла 30-40º в раствор дополнительно вводится 0,2 % биополимера из расчета 2кг на 1м3 раствора;

перед вскрытием продуктивного пласта производится дообработка СБР реагентом КМЦ до достижения значений показателя водоотдачи 4,5-5,5 см3 и биополимером КЕМ-Х до его концентрации, обеспечивающей требуемые реологические параметры ( пл, о), СНС.

В процессе приготовления и обработки СБР реагенты вводятся медленно через гидромешалку или эжектор (смесительную воронку) при постоянном перемешивании (один мешок за 15-20 мин.). При этом полимеры должны полностью раствориться в процессе непрерывной циркуляции раствора в течение 2-3 ч. Параметры раствора контролировать и, при необходимости, корректировать до требуемых значений вводом реагентов.

За счет механического разрушения молекул биополимера при воздействии больших гидродинамических нагрузок (истечение через насадки долота, лопатки центробежных насосов, забойные двигатели), адсорбции их на поверхности глинистых частиц и выбуренного шлама могут ухудшаться реологические и фильтрационные свойства раствора, которые восстанавливают дополнительной обработкой:

при повышении водоотдачи вышеуказанного предела произвести дополнительную обработку СБР реагентом КМЦ порциями из расчета 0,3-0,5 кг на 1 м3 раствора до достижения требуемого значения показателя водоотдачи;

10

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

требуемые удерживающие и выносящие свойства раствора достигаются концентрацией биополимера, которая регулируется в зависимости от тиксотропности раствора (СНС), реологических показателей ( , ). Дообработку раствора биополимером КЕМ-Х производить из расчета 0,2-0,4 кг на 1 м3 раствора.

При необходимости пополнение объема СБР производится солевым раствором плотностью не ниже 1065 кг/м3, обработанным КМЦ или КМЦ и биополимером КЕМ-Х, в указанном выше количестве. Плотность раствора регулируется хлоридом натрия. Очистка солевого биополимерного раствора осуществляется через вибросито. При необходимости используется песко и илоотделитель. Для уменьшения загрязнения бурового раствора твердой фазой требуется обеспечить качественную работу вибросита путем подбора сеток с соответствующим размером ячеек, регулировки их наклона и вибрации.

Контроль параметров СБР проводится в соответствии с СТП 10-99 («Сборник методик контроля параметров буровых и тампонажных растворов») и методикой АPI.

СБР с содержанием хлоридов натрия более 60000 мг/л (плотность не ниже 1065 кг/м3) стоек к биоразложению до 20 суток. При необходимости сохранения раствора для дальнейшего его использования, рекомендуется произвести дообработку его бактерицидом в количестве 0,2-0,3 кг на 1 м3 раствора.

В настоящее время для бурения БС также рекомендуется применять растворы на основе биополимерных систем (например, фирмы IKF, FLO-PRO и

т.п.)

11

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

5. Лаборатория буровых растворов фирмы «Baroid»

5.1. Реометр фирмы «Вaroid»

Реометр фирмы «Baroid» - это ротационный вискозиметр, позволяющий определить вязкость при двух значениях скорости вращения. Этот прибор приводится в действие оператором, вращающим рукоятку, которая через прецизионную зубчатую передачу приводит во вращение шпиндель. Скорости, равные 300 и 600 об/мин, выбираются с помощью рычага переключения передач. Вращение, необходимое для определения предельного напряжения сдвига, достигается с помощью маховичка ручной подачи, имеющего насечку. Для уменьшения размеров прибора опорные колонны сделаны телескопическими с максимальной высотой всего 216 мм. Ширина основания равна 114 мм, длина – 216 мм. Прибор весит 2,95 кг и имеет синтетическое покрытие коричневого цвета. Электропитания прибор не требует.

Последовательность операций при работе: Для измерений на скорости 600

об/мин передвиньте рычаг переключения передач (9) вниз до фиксации защелкой

изатем вращайте рукоятку (7) со скоростью, достаточной для обнаружения проскальзывания. Для измерений на скорости 300 об/мин передвиньте рычаг переключения передач (9) на полный его ход вверх и снова вращайте рукоятку с достаточной для появления проскальзывания скоростью. Еще более высокая скорость, необходимая для перемешивания, достигается при перемещении рычага переключения передач на полные его ход вниз за фиксирующую защелку

ипри последующем вращении рукоятки.

Рис.5.1. Схема реометра фирмы «Baroid»: 1-подвешенный груз; 2- цилиндр ротора; 3-линия уровня; 4-отверстия для контроля скорости; 5-шпиндель; 6- шкала индикатора; 7-рукоятка; 8-маховик для определения СНС; 9- рычаг переключения скорости; 10-телескопические опорные колонны; 11-стопорная гайка; 12-основание.

12

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Чтобы получить показания прибора для величины напряжения сдвига для пробы бурового раствора при 300 и 600об/мин, необходимо выполнить следующие операции:

1.Поместите свежеперемешанную пробу раствора в подходящую тару и опустите головку прибора в раствор до уровня, при котором цилиндр ротора

(2)погрузится точно до нанесенной на нем линии (3). Чтобы зафиксировать это положение, затяните стопорную гайку (11), имеющуюся с левой стороны прибора. При включенной на самую высокую скорость передаче вращайте рукоятку в течение приблизительно 15 секунд, затем освободите переключатель передач (9), перейдя на скорость 600 об/мин, и продолжайте вращать рукоятку.

2.Подождите, пока показания на шкале (6) не придут к установившемуся значению (необходимое для этого время зависит от характеристик исследуемой пробы). Это и есть отсчет при высокой скорости (600 об/мин). Передвиньте рычаг переключения передач на полный ход вверх, вращайте рукоятку и выжидайте, пока показания на шкале не придут к установившемуся значению. Это будет отсчет при низкой скорости (300 об/мин).

Кажущуюся вязкость истинных или пластичных жидкостей можно определить с помощью реометра фирмы «Бароид», пользуясь значением, измеренным при полной скорости. Вязкость определяется делением на 2 показания, полученного при 600 об/мин.

Показания при 600 об/мин	= Кажущаяся вязкость
2

Для истинной или ньютоновской жидкости, характеризуемой прямолинейной кривой потока, проходящей через начало координат, кажущаяся вязкость равна пластической вязкости. Для пластичных жидкостей, таких, как буровые растворы, величина кажущейся вязкости имеет ограниченное значение, так как для них наклон кривой потока невозможно определить, измеряя скорость сдвига только при одной скорости вращения.

Цилиндр и подвешенный грузик реометра необходимо промывать и высушивать после каждого использования прибора. Цилиндр снимается простым его отворачиванием при удерживании шпинделя, расположенного над ним. Подвешенный грузик и брызговик можно снять для промывки, отвернув грузик. При промывке держите прибор в вертикальном положении, чтобы не допустить попадания воды в подшипники. Если прибор возвращается для ремонта, его следует тщательно упаковать, чтобы избежать дополнительных повреждений при перевозке.

Показания реометра фирмы «Бароид» прямо связаны со скоростью вращения цилиндра. Чтобы получить точные и согласующиеся значения

13