содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7   ..

4.5 Химреагенты для промывочной жидкости забойного двигателя Sperry Drill

Введение

Забойные двигатели “Сперри Дрилл” способны работать практически с любыми типами промывочных жидкостей (различающихся по вязкости и удельному весу), в том числе:

Забойные двигатели “Сперри Дрилл” способны работать с промывочными жидкостями любой плотности, начиная от сжатого воздуха (с добавлением промышленного ПАВ), и кончая буровыми растворами с плотностью до 18 фунт/гал. (2,16 кг/л или 0,936 фунт-кв.фут/фут). Содержание песка в промывочной жидкости не должно превышать 2%. Кроме того, содержание в ней бурового шлама должно быть минимальным допустимым для данного типа бурения.

В связи с тем, что работа забойного двигателя напрямую зависит от циркуляции промывочной жидкости, для того, чтобы обеспечить эффективную и безаварийную его работу, необходимо обращать особое внимание на параметры ее качества.

К этим параметрам относятся:

·      состав бурового раствора - содержание в нем воды или нефти, а также основных химреагентов и взвешенных частиц

·      наличие добавок - химреагентов, взвешенных частиц и газов (например, азота)

·      доля рециркулирующих взвешенных частиц и бурового шлама

·      влияние давления и температуры на свойства бурового раствора

·      состав и тип выносимых из коллектора пластовых флюидов, газа и механических частиц

·      наличие в буровом растворе газов, растворенных в процессе его подготовки на поверхности (аэрация бурового раствора).

Все вышеупомянутые факторы определяют характер износа забойного двигателя, а также вероятность повреждения его деталей и узлов за счет механической эрозии и абразии, коррозии металлических поверхностей присутствующими в буровом растворе химреагентами или выносимым из коллектора флюидом, а также вероятность деградации эластомера под действием химреагентов и пластового флюида.

4.5.1 Буровые растворы на водной основе (забойный двигатель Sperry Drill)

В современной буровой практике используется целый ряд буровых растворов на водной основе; к ним относятся:

Кальциевые буровые растворы, т.е. известковые и гипсовые буровые растворы, применяемые для предотвращения набухания глин и сланцев.

Хлоркалиево-полимерные буровые растворы, применяемые для бурения в склонных к набуханию сланцах, а также для предотвращения нарушения эксплуатационных качеств продуктивных горизонтов.

Буровые растворы на соленой воде, применяемые для разбуривания соляных куполов и толщ. Могут применяться совместно с полимерными растворами для предотвращения набухания бентонитовых сланцев.

Буровые растворы на пресной воде, применяются при бурении устойчивых и плотных пород.

Естественные буровые растворы, образующиеся при закачке воды в скважину, где она растворяет слагающие пласт природные глины. Обычно, подобные буровые растворы имеют повышенное содержание взвешенных частиц и склонны к образованию толстой фильтрационной корки на стенке скважины.

Лигносульфонатные буровые растворы, применяющиеся в тех случаях, когда имеет место вынос большого количества бурового шлама и требуется снизить фильтрационные потери бурового раствора.

В буровых растворах на водной основе вода является внешней фазой. Набухающие глины, такие как бентониты, а также ненабухающие глины, например аттапульгит (водный магний-алюмосиликат) добавляются в них для того, чтобы повысить их вязкость и суспендирующие свойства.

Для повышения их плотности применяются такие инертные добавки как мелкодисперсные барит, мрамор или известняк (карбонат кальция).

Химреагенты добавляются в водные буровые растворы для того, чтобы управлять такими реологическими параметрами, как вязкость, предельные статическое и динамическое напряжения сдвига, а также для понижения водоотдачи и снижения коррозионной активности.

Для того, чтобы учитывать потенциальные возможности повреждения деталей и узлов забойных двигателей “Сперри Дрилл” за счет коррозии, абразии и деградации эластомера, необходимо учитывать наличие в буровом растворе тех или иных добавок, а также размеры, объемное содержание и абразивность взвешенных частиц.

4.5.2 Буровые растворы на нефтяной основе (забойный двигатель Sperry Drill)

Практически во всех буровых растворах на нефтяной основе нефть является внешней фазой, а вода - диспергированной. В коллоидной химии подобные “растворы” получили название обращенных эмульсий.

В качестве углеводородной (внешней) фазы могут использоваться: дегазированная нефть, дизельное топливо или очищенные масла.

В качестве диспергированной фазы может использоваться как пресная вода, так и пластовая вода с различной минерализацией, вплоть до насыщенных растворов.

В качестве эмульгаторов обычно используются синтетические ПАВ на базе натриевых, кальциевых и магниевых солей жирных кислот.

Предельное статическое напряжение сдвига буровых растворов на нефтяной основе обычно регулируется при помощи изменения содержания в них воды и термообработанной бентонитовой глины; наличие ПАВ обеспечивает стабильность эмульсии; для повышения вязкости бурового раствора и снижения его фильтрационных свойств может быть использован асфальт.

Буровые растворы на нефтяной основе обладают значительно более высокой термической стабильностью по сравнению с буровыми растворами на водной основе, что делает их реологию значительно менее подверженной воздействию повышенных температур; однако повышение температуры обычно влечет за собой снижение вязкости, что влечет за собой снижение перепада давления по мере прогрева циркулирующего в скважине бурового раствора.

Обычно буровые растворы на нефтяной основе обладают существенно меньшей коррозионной активностью по сравнению с буровыми растворами на водной основе, в то же время деградация эластомерных материалов, связанная с химическим взаимодействием содержащихся в буровом растворе углеводородов с пластмассами, оказывается значительно более высокой.

Проблемы, связанные с деградацией эластомерных деталей под действием повышенных температур и буровых растворов на нефтяной основе подробно рассматриваются в разделе 4.8.1.

По сравнению с буровыми растворами на водной основе, буровые растворы на нефтяной основе обладают значительно более высокой смазывающей способностью и обеспечивают более высокую стабильность необсаженного ствола скважины. Это обеспечивает снижение механического износа деталей и узлов забойных двигателей, особенно подшипников, а также снижает нагрузки на резьбовые соединения и другие узлы двигателя, связанные с превышением осевых нагрузок на колонну, торможением колонны, повышенным крутящим моментом и т.п.

4.5.3 Буровые растворы на полимерной основе (забойный двигатель Sperry Drill)

В то время как добавление глинистых взвесей существенно улучшают важнейшие реологические и фильтрационные характеристики буровых растворов, они также способствуют увеличению содержания взвешенных частиц, повышению вязкости и предельного статического напряжения сдвига. Высокие статические напряжения сдвига бурового раствора приводят к повышению вероятности гидравлических ударов и возникновения поршневого эффекта, в то время как повышенное содержание взвешенных частиц может вызвать снижение скорости проходки. Кроме того, буровые растворы с повышенным содержанием взвешенных частиц характеризуются более высокими потерями давления, что приводит к снижению гидравлической мощности забойных двигателей и эффективности работы промывочных насадок долота.

Водные растворы полимеров можно добавлять к буровым растворам на водной основе, а также применяться для приготовления не содержащих глины буровых растворов на полимерной основе, содержащих минимальное количество взвешенных частиц, что благоприятно сказывается на работе забойных двигателей “Сперри Дрилл”.

К основным преимуществам буровых растворов на полимерной основе относятся их способность обеспечивать требуемую вязкость и суспендирование барита при практическом отсутствии в них взвешенных механических примесей.

Большинство полимерных растворов прекрасно совместимы с другими буровыми растворами на водной основе, а также растворами химреагентов, и, кроме того, они слабо чувствительны к минерализации воды.

Были разработаны буровые растворы на полимерной основе, способные подавлять набухание сланцевых глин, снижать поглощение в высокопроницаемых пропластках, способные эффективно очищать забой и повышать скорость бурения. Для их приготовления могут использоваться натуральные (органические или неорганические) или синтетические полимеры. Некоторые буровые растворы могут работать при температурах в скважине, превышающих 300 ^oF (150 ^oC).

Многие буровые растворы на полимерной основе обладают способностью снижать трение, что обеспечивает пониженные перепады давления по сравнению с обычными глинистыми буровыми растворами. Способность снижать трение и пониженное содержание взвешенных примесей могут вызывать снижение рабочего давления

двигателя на холостом ходу. Применение буровых растворов на водополимерной основе при эксплуатации забойных двигателей “Сперри Дрилл” следует рассматривать с осторожностью, т.к. рабочие перепады давления могут быть нестабильными или резко изменяться из-за их антифрикционного воздействия на статор и ротор турбины.

В некоторых случаях, применение буровых растворов с повышенным смазывающим действием и агентов для понижения вязкости может также вызывать снижение рабочих перепадов давления забойных двигателей.

4.5.4 Буровые растворы нового поколения (забойный двигатель Sperry Drill)

Буровые растворы на основе простых и сложных эфиров и альтернативные обращенные эмульсии

В настоящее время разрабатываются альтернативные общепринятым промывочным жидкостям на нефтяной основе (обращенным эмульсиям), экологически чистые буровые растворы, способные разрушаться под действием бактерий. Состав этих буровых растворов подбирается практически так же, как и состав буровых растворов на углеводородной основе (РУО), однако основным отличием при этом является то, что вместо нефтяной основы используются простые или сложные эфиры или органические жидкости других типов.

Буровые растворы на основе сложных эфиров стабильны до температуры 300 ^oF (150 ^oC), в то время как промывочные жидкости на основе простых эфиров можно применять и при более высоких температурах. Альтернативные буровые растворы обычно не содержат ароматических углеводородов. Как показывают лабораторные испытания, некоторые эластомерные материалы несовместимы с этими буровыми растворами, поэтому рекомендуется чтобы перед тем, как использовать забойные двигатели “Сперри Дрилл” с этими растворами провести предварительные испытания на совместимость. Применяемые в забойных двигателях “Сперри Дрилл” эластомерные материалы успешно прошли лабораторные тесты на совместимость с обращенной эмульсией на основе сложных эфиров PETROFREE^® производства компании “Бароид Дриллинг Флюидс”.

Механические характеристики забойных двигателей - крутящий момент, тормозные усилия, перепад давления и т.п., при работе забойных двигателей “Сперри Дрилл” с буровыми растворами новых типов практически не отличаются от соответствующих величин, полученных при работе с обычными растворами на углеводородной основе.

4.5.5 Регулирование свойств промывочной жидкости (забойный двигатель Sperry Drill)

Для того, чтобы обеспечить однородность циркулирующей в скважине промывочной жидкости, необходимо периодически проверять ее состав и регулировать ее свойства в процессе бурения. Значительное изменение первоначальных свойств бурового раствора может привести к таким последствиям, как разрушение породы и нарушение гидравлического баланса скважины, что влечет за собой возникновение аварийных ситуаций, связанных с прихватом колонны или бурового инструмента.

Для компенсации изменений характеристик бурового раствора в процессе бурения (за счет попадания в него пластового флюида и пластовой воды, изменения температуры и т.д.), а также для изменения его свойств по мере увеличения глубины скважины и изменения природы разбуриваемых пород, необходимо вводить в него соответствующие добавки.

Проверка состава бурового раствора и регулирование его свойств производятся на поверхности при помощи механических средств контроля содержания взвешенных примесей (вибросит), а также за счет введения в него специальных химреагентов и мелкодисперсных добавок.

Поэтому при использовании забойных двигателей “Сперри Дрилл” необходимо обращать особое внимание на химическую природу вводимых в буровой раствор добавок, их количество и состав, а также геометрию и абразивность взвешенных частиц, а также консистенцию раствора.

На химический состав жидких добавок и взвешенных частиц необходимо обращать особое внимание, так как это - потенциальный источник коррозии металлических деталей забойного двигателя, а также нарушения структуры эластомерных и уплотнительных материалов.

Геометрические размеры и концентрацию взвешенных частиц также необходимо учитывать, ибо их несоответствие нормам может вызвать изменения трения в паре “статор/ротор”, что приводит к сбоям в работе двигателя на холостом ходу и изменению перепада давления на двигателе. В том случае, если смешение регулирующих свойства бурового раствора агентов было произведено неправильно, возникает вероятность повреждения компонентов забойного двигателя или его заклинивания.

Высокая абразивность вводимых в буровой раствор взвешенных частиц может привести к повышенному износу узлов забойного двигателя.

При турбинном бурении содержание песка в буровом растворе не должно превышать 2%. Кроме того, при ведении определенных работ в скважине может оказаться необходимым снижение содержания в нем взвешенных твердых частиц.

4.5.6 Осложнения при работе с промывочными жидкостями (забойный двигатель Sperry Drill)

В ходе бурения параметры бурового раствора изменяются, что связано с притоком в скважину пластового флюида, газа и выносом в скважину из пласта мелких частиц породы, а также за счет инфильтрации отдельных его компонентов в пласт, химическому взаимодействию с породой или механическим воздействиям (например, при авариях колонны).

Для регулирования состава и свойств бурового раствора используется специальное механическое оборудование, а также устройства для ввода в него химреагентов и взвешенных частиц.

При использовании забойных двигателей “Сперри Дрилл” необходимо обращать особое внимание на химическую природу и концентрацию вводимых в буровой раствор добавок, их количество и состав, а также геометрию и абразивность взвешенных частиц, а также консистенцию раствора.

Ниже приведено краткое описание связанных с промывочными жидкостями осложнений, возникающих при эксплуатации забойных двигателей “Сперри Дрилл”, которые еще раз свидетельствуют о том, что динамичная природа циркулирующей в скважине жидкости, наличие в ней нежелательных примесей, могут существенно повлиять на процесс турбинного бурения.

Ниже приводится список и краткое описание основных примесей в буровом растворе, способных осложнить процесс бурения:

·      вынесенные из вскрытого пласта взвешенные частицы породы

·      водорастворимые соли и частицы цемента (т.е. хлористый натрий, сульфат кальция и т.п.)

·      кислые газы (т.е. сероводород и двуокись углерода). Несмотря на то, что оба этих компонента присутствуют как в буровых растворах на водной основе, так и на нефтяной основе, обычно их наличие не влечет за собой серьезных проблем с циркуляцией в скважине

Растворимые соли и газы могут вызывать коррозию и деградацию отдельных узлов и деталей забойных двигателей “Сперри Дрилл”, в то время как повышенное содержание в буровом растворе вынесенных из вскрытого пласта взвешенных частиц породы вызывает ускоренный механический износ двигателя.

·      бурение в глинах, сланцах, песчаниках и других слабосцементированных породах, увеличивает содержание взвешенных частиц породы в буровом растворе, что связано с механическим воздействием колонны и/или бурового инструмента на стенку необсаженного ствола скважины. Кроме того, сланцы и окаменелые глины имеют склонность к гидратированию, набуханию и эрозии, особенно под действием буровых растворов на водной основе. Это может приводить к быстрому повышению содержания взвешенных примесей в буровом растворе и его вязкости. Это, в свою очередь, помимо механических проблем с двигателем, приводит к повышению давления нагнетания потере циркуляции, повышению крутящего момента и росту тормозящих усилий на колонне, засорению ствола и росту поглощения.

Особое внимание следует обращать на содержание песка в буровом растворе, так как песок отличается чрезвычайно высокой абразивностью. Повышенное содержание песка в буровом растворе существенно ускоряет процесс механического износа забойного двигателя.

·      водорастворимые соли взаимодействуют с некоторыми буровыми растворами на водной основе таким образом, что вызывают их загустевание за счет “высаливания” водной фазы. При высоком содержании взвешенных частиц породы в буровом растворе это вызывает ускоренный износ узлов забойного двигателя.

Присутствие водорастворимых солей может вызвать снижение рН бурового раствора, что увеличивает его способность растворять кислород, т.е. увеличивает вероятность коррозии деталей и узлов забойного двигателя.

Наиболее распространенными источниками водорастворимых солей являются: приток пластовой воды в скважину (причем концентрация солей и состав пластовой воды может существенно меняться в процессе бурения), разбуривание солевых пропластков (обычно состоящих из хлористого натрия), а также бурение в пластах, сложенных ангидритом и гипсом (которые являются естественными разновидностями сульфата кальция).

Для поддержания рН буровых растворов обычно используется каустическая сода.

Нормально схватившийся цемент обычно не вызывает загрязнения буровых растворов; однако присутствие в скважине не до конца схватившегося цемента приводит к загрязнению буровых растворов на водной основе.

Присутствие в скважине несхватившегося цемента приводит к повышению концентрации кальция в буровом растворе и повышает его рН, что требует разбавления и химической обработки для восстановления его свойств.

Жидкий цемент сильно загрязняет буровой раствор. Цементные растворы обычно содержат большое количество взвешенных абразивных частиц, которые способствуют загустеванию бурового раствора и резко ускоряют механический износ деталей и узлов забойного двигателя.

4.5.7 Применение промывочных жидкостей в условиях повышенных температур (забойный двигатель Sperry Drill)

Буровые растворы на водной основе

Некоторые добавки к буровому раствору склонны к деградации при повышенных температурах, кроме того, некоторые химические процессы могут существенно ускоряться при высоких температурах. В результате, это может существенно повлиять на эксплуатационные характеристики забойного двигателя и вызвать ускорение коррозии его металлических деталей. Кроме того, эластомерные материалы также склонны к ускоренной деградации при повышенных температурах.

Буровые растворы на нефтяной основе

Обычно буровые растворы на нефтяной основе оказываются значительно более стабильными при повышенных температурах - с ростом температуры их химическая активность увеличивается незначительно.

Примечание: При повышенных температурах, и при наличии в буровых растворах на нефтяной основе некоторых химреагентов, они способны вступать в химическое взаимодействие с эластомерными материалами, применяемыми в конструкции забойных двигателей, вызывая их ускоренную деградацию (см. раздел 4.8).

4.6 Потеря циркуляции (забойный двигатель Sperry Drill)

Для того, чтобы обеспечить длительную безаварийную работу забойных двигателей “Сперри Дрилл” необходимо тщательно изучить все процедуры и материалы, которые планируется применять для предотвращения потери циркуляции в скважине.

Потеря циркуляции, связанная с поглощением бурового раствора пластом, обычно вызывается двумя причинами:

1.    Фильтрационными потерями в слабосцементированных породах, таких как галечники, крупный песок, ракушечник, а также в породах, обладающих высокой естественной пористостью и трещиноватостью.

2.    Гидравлическим разрывом пласта, возникающим при динамическом (за счет превышения эквивалентной плотности циркуляции, гидроудара или возникновения поршневого эффекта в скважине) или статическом (за счет очень высокой плотности бурового раствора) превышении градиента давления разрыва вскрытого пласта.

Значительное поглощение в скважине требует подъема бурового инструмента на поверхность и специальной подготовки бурового раствора и применения специальных мер по борьбе с поглощением.

Незначительное поглощение бурового раствора можно подавить без извлечения колонны на поверхность. При этом материалы для борьбы с поглощением могут быть введены непосредственно в буровой раствор и циркулировать вместе с ним в течение некоторого времени, что, впрочем, в дальнейшем сказывается на работе бурового инструмента. Химический состав, геометрию частиц и их абразивность, а также концентрацию материалов, применяемых для борьбы с поглощениями, необходимо

учитывать при планировании бурения с использованием забойных двигателей “Сперри Дрилл”.

Обычно в буровые растворы с невысокой плотностью для борьбы с поглощениями (фильтрационными потерями бурового раствора и потерями в трещинах) добавляются такие материалы, как волокнистые и текстильные материалы в смеси с опилками. Эти материалы могут вызвать возрастание трения, росту перепада давления на забойном двигателе и крутящего момента на валу. Неправильное дозирование в буровой раствор материалов для борьбы с поглощениями или избыточная закачка их в скважину могут привести к остановке забойного двигателя из-за его засорения, закупорки промывочных сопел долота и выходу из строя системы ИПБ.

Для борьбы с сильными поглощениями, вызванными технологическими ошибками в ходе бурения (прежде всего, за счет использования перетяжеленного бурового раствора), используются гранулированные материалы. Для них справедливы те же самые моменты, как и для описанных выше материалов, применяющихся для ликвидации незначительных поглощений и поглощений средней силы.

В любом случае необходимо помнить, что применение для борьбы с поглощениями бурового раствора в скважинах более тяжелых и прочных материалов с большими геометрическими размерами частиц повышает вероятность засорения и выхода из строя забойного двигателя.

Для того, чтобы получить информацию о совместимости забойных двигателей “Сперри Дрилл” с различными агентами для борьбы с поглощениями, обращайтесь в местные представительства компании “Сперри-Сан”.

4.7 Коррозия забойного двигателя Sperry Drill

Металлические детали и узлы забойных двигателей “Сперри Дрилл” изготавливаются из высококачественных нержавеющих сталей и сплавов в соответствии с жесткими техническими требованиями. При необходимости на металлические поверхности наносятся специальные покрытия. Технические характеристики применяемых сталей и покрытий обеспечивают деталям и узлам двигателя необходимые механические свойства и коррозионную стойкость. Несмотря на то, что механические узлы забойных двигателей “Сперри Дрилл” производятся на основе материалов, имеющих соответствующие антикоррозионные свойства, и плакируются специальными покрытиями, необходимо стремиться к тому, чтобы свести до минимума воздействие на них коррозионных сред. Коррозионно-активные вещества могут присутствовать в буровых растворах в процессе бурения; к ним могут относиться как газы и жидкости, так и взвешенные твердые частицы.

В буровых растворах обычно присутствует целый ряд компонентов, способных вызвать коррозию бурового инструмента. К ним относятся:

В связи с тем, что большинство деталей забойного двигателя представляют собой вращающиеся элементы, включая его корпус (при вращении колонны ротором), все они подвержены циклическим механическим нагрузкам. Продолжительная работа забойных двигателей “Сперри Дрилл” в коррозионно-активной среде может привести к усилению воздействия отрицательных ротационных эффектов на узлы двигателя.

Кроме того, отсутствие в буровом растворе коррозионно-активных компонентов снижает вероятность коррозионного воздействия, на статически нагруженные узлы забойного двигателя, включая растрескивание и возникновение коррозионной хрупкости металла.

Повышение температуры в скважине приводит к увеличению скорости коррозии, в то время как возрастание давления в скважине приводит к растворению в буровом растворе захваченных им коррозионных газов, что увеличивает его коррозионную активность.

Для снижения коррозионной активности бурового раствора применяются различные агенты, в том числе:

·      раскислители (для борьбы с кислородной и сульфидной коррозией);

·      жидкие и пленочные ингибиторы коррозии;

·      буферные добавки для стабилизации рН.

При введении в буровой раствор агентов для снижения его коррозионной активности следует учитывать возможности флуктуаций перепада давления на забойном двигателе.

Кроме того, необходимо учитывать возможность выхода из строя деталей двигателя за счет воздействия на них добавок для борьбы с коррозией. Так, например, при добавлении в буровой раствор каустической соды для повышения его рН, превышение ее концентрации (а также воздействие повышенных температур) может вызвать сильную коррозию металлических частей забойного двигателя.

Следует также учитывать возможность неожиданного прорыва газа из пласта в буровой раствор. При этом газы - двуокись углерода и сероводород, вызывают снижение рН и, соответственно, увеличивают коррозионную активность буровых растворов, прежде всего растворов на водной основе.

Кислые газы способны вызвать неожиданную и острую коррозионную атаку металлических узлов забойного двигателя.

Высокие уровни коррозии могут возникать в тех случаях, когда поднятые из скважины забойные двигатели находятся на хранении на буровой площадке, либо перевозятся на новую буровую. Статическую коррозию деталей и узлов забойных двигателей можно уменьшить за счет их промывки и просушки, а также покрытия их консистентными смазками, приготовленными на безуглеводородной основе. Промывка и просушка и смазка забойных двигателей детально описаны в разделе 5.20.

содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7   ..