Утяжелители, применяемые в бурении

При бурении скважин с АВПД с целью предупреждения газонефтепроявлений необходимо бурить на утяжеленном растворе. Для этого в раствор вводят специальные добавки-утяжелители, повышающие плотность раствора. Однако при добавлении утяжелителей увеличивается содержание твердой дисперсной фазы, вследствие чего подвижность системы уменьшается, т.е. возрастает ее вязкость.

Требования, предъявляемые к утяжелителям:

1. Плотность утяжелителя. Чем меньше расход утяжелителя, тем слабее его отрицательное влияние на глинистые растворы. Следовательно, чем выше плотность утяжелителя, тем меньше его расход и тем слабее его ухудшающее влияние на показатели бурового раствора.

2. Тонкость помола. Для того, чтобы частицы утяжелителя удерживались в глинистом растворе во взвешенном состоянии, необходимо его предварительно подвергать помолу. Степень дисперсности молотого утяжелителя называют тонкостью помола. Чем выше дисперсность, тем тоньше помол. При недостаточно тонком помоле в утяжелителе остается много крупных частиц, которые не будут удерживаться во взвешенном состоянии и будут выпадать в осадок.

Кроме того, утяжелители обладают определенной твердостью, поэтому будут оказывать абразивное воздействие на долота, бурильные трубы и детали бурового насоса. Тонкость помола не должна быть чрезмерной, т.к. это приведет к увеличению вязкости бурового раствора.

3. Влажность.Количество воды, содержащейся в утяжелителе, выраженное в %%, называют влажностью. Влажность не должна превышать определенной величины, т.к. излишне влажный утяжелитель летом при транспортировке может растекаться, а зимой – смерзаться.

4. Содержание водорастворимых солей. Водорастворимые соли вместе с утяжелителем усиливают структурные свойства бурового раствора. Поэтому содержание солей в утяжелителе должно быть ограничено. Водорастворимые соли в утяжелителе представлены в основном солями натрия и кальция. Наиболее сильное влияние на структурные свойства утяжеленного раствора оказывают соли кальция, поэтому их должно быть меньше, чем солей натрия.

5. Предел утяжеления. Добавка утяжелителя в буровой раствор приводит к ухудшению показателей раствора: увеличение вязкости, СНС. Для нейтрализации этого ухудшающего влияния в утяжеленный раствор обязательно добавляют реагенты-разжижители и воду для увеличения подвижности раствора. По мере роста расхода утяжелителя его ухудшающее влияние усиливается. Расход воды и реагента-разжижителя также возрастает. Наступает такой момент, когда увеличение плотности раствора, вызванное добавкой утяжелителя сравнивается с уменьшением плотности, вызванное разбавлением и рост плотности прекращается. Это называется пределом утяжеления.

Количество сухого утяжелителя, необходимое для утяжеления 1 м³ бурового раствора, определяется по формуле (23):

, (23)

где ρ₁-плотность исходного бурового раствора;

ρ₂–требуемая плотность раствора;

ρ₃ – плотность утяжелителя.

Для утяжеления бурового раствора при бурении скважин применяются утяжелители с различной плотностью в зависимости от необходимого увеличения плотности раствора.

1. Карбонат кальция (мел, известняк, мраморная пудра) СаСО₃. Плотность 2,7 г/см³. Плотность бурового раствора может увеличить до 1,5 г/см³. Обладает низкой абразивной способностью, слабо повышает вязкость бурового раствора при утяжелении. Является основой для приготовления безглинистых буровых растворов – меловых.
2. Барит или сульфат бария BaSO₄. Трудно растворим в воде, обладает низкими абразивными свойствами, т.к. твердость по шкале Мооса 2,5-3,5. Плотность барита 4,3-4,4 г/см³.
3. Гематит Fe₂O₃. Весьма абразивен, т.к. твердость по шкале Мооса 5-6. Плотность 5,0-5,3 г/см³.
4. Магнетит или магнетиный железняк. Твердость 5,5-6,5. Плотность 4,9-5,2г/см³. Обладает сильными магнитными свойствами.
5. Пирит – серный колчедан (FeS₂). Плотность 4,9-5,2 г/см³, твердость 6,65.
6. Витерит – карбонат бария. Чаще используют при разбуривании сульфатокальциевых отложений, где он выполняет роль нейтрализатора кальция. Плотность 4,27-4,35 г/см³.
7. Сидерит – карбонат железа. Плотность 3,8-3,9 г/см³. Твердость 3,5-4,0.
8. Галенит –сульфид свинца. Используется для получения сверхтяжелых буровых растворов.
9. Свинцовый сурик. Плотность 9,0-9,1 г/см³. Применяется для тех же целей, что и галенит.