9.2.3 Приготовление полимерных и эмульсионных промывочных жидкостей

Некоторые полимеры трудно растворяются в воде, поэтому приготовление промывочной жидкости сводится к постепенному уменьшению их концентрации. Так, при использовании ПАА сначала исходный 8 % реагент разбавляют до 1 % концентрации, а затем вновь добавляют до заданной концентрации. Такая же последовательность ис­пользуется при приготовлении промывочных жидкостей из порошкообразных полимерных материалов (KEM-PAS, POLY-KEM D, Полицелл ПАЦ-Н и др.). Для механизации процесса приготовления применяют различного рода устрой­ства, объединяющие в себе перемешивающие и нагревательные конструктивные элементы.

На буровых установках полимерная промывочная жидкость может быть приготовлена в процессе циркуляции промывочной жидкости. Для этого в горячей воде растворяют расчетное количество полимера и тонкой струйкой выливают полученный раствор полимера в желобную систему на выходе промывочной жидкости из скважины или через специальное дозировочное устройство (капельницу). Концентрированный водный раствор полимера вводится непосредственно во всасывающее устройство бурового насоса. Полностью полимер перемешивается в процессе многократной циркуляции в системе манифольд —буровой инструмент —долото — скважина — желобная система — буровой насос—манифольд.

Эмульсионная промывочная жидкость может быть приготовлена посредством омыления концентратов эмульсий (эмульсолов) каустической NaOH или кальцинированной Na₂CO₃ содой, синтетическими моющими средствами (разновидности ПАВ) или механическим способом при помощи ультразвуковой установки. Принцип работы используемого в установке ультразвукового генератора заключается в следующем. Смесь исходной промывочной жидкости с эмульгируемым составом нагнетается насосом под давлением 0,6-0,8 МПа и поступает в зазор между насадкой и отражателем. Выходя из зазора веерообразной струей, жидкость ударяется о пластины, закрепленные в дисках, и претерпевает мощные сдвиговые на­пряжения. Упругие колебания, образующиеся в результате завихрений жидкости, усиливаются резонансными колебаниями пластин и передаются в окружающую среду.

Изменяя величину зазора между насадкой и от­ражателем, можно получить разную толщину вы­ходящей струи гомогенизированной смеси — эмульсии и настроить излучатель на оптимальный режим работы.

9.3 Очистка буровых растворов

Очистке буровых растворов уделяют особое внимание, так как поступающая в буровой раствор выбуренная порода, оказывает вредное влияние на его основные технологические свойства, а, следовательно, и на технико-экономические показатели бурения скважин - на стоимость скважины через скорость проходки, гидравлику, объемы разбавления для поддержания плотности, коэффициент трения бурильного инструмента, дифференциальные прихваты, потерю циркуляции, сальники на КНБК, износ бурового оборудования и инструмента и т.д. Кроме того, при накоплении шлама в буровой промывочной жидкости существенно снижается ее глинизирующая способность, что приводит к образованию толстой рыхлой корки на стенках скважины в зонах фильтрации и создает опасность обвалов.

За счет повышения плотности промывочной жидкости значительно возрастает вероятность поглощения и гидроразрыва пластов. Частицы пород, обладающие коагулирующими свойствами, например ангидрит, могут вызвать необратимую коагуляцию промывочной жидкости. Даже в естественных промывочных жидкостях крупные частицы — нежелательный компонент. Затраты на очистку бурового раствора, а также решение проблем, связанных с повышенным содержанием твердой фазы, составляют значительную часть общих расходов на бурение скважин.

Промывочные жидкости, не имеющие структуры и обладающие небольшой вязкостью, легко очищаются от шлама. Вязкие структурированные жидкости значительно труднее очищаются, так как ячеистая структура промывочной жидкости препятствует выпадению частиц. Для преодоления частицами породы сил трения при оседании требуются значительно большие усилия. Самыми прочными структурами обладают глинистые промывочные жидкости, поэтому они наиболее трудно очищаются от выбуренной породы. Обязательным условием хорошей очистки структурированной промывочной жидкости явля­ется возможность разрушения ее структуры.

Для обеспечения нормальных условий бурения необходимо, чтобы в очистной системе от промывочной жидкости отбиралось такое же количество горной породы, которое в нее поступает в процес­се циркуляции в скважине. У неглинистых и есте­ственных промывочных жидкостей в процессе очистки должны отделяться частицы, которые не могут служить полезной составляющей твердой фазы. Качество очистки характеризуется степенью очистки - количеством извлеченного шлама в процентах от общей массы, подлежащей удалению.

Методы очистки промывочной жидкости от шлама можно классифицировать следующим об­разом: естественные (желобная система и отстойники); принудительные - механические (сита); принудительные - гидравлические (центрифугирование в гидроциклонах и центрифугах); физико-химические (введение флокулянтов и разбавителей); комбинированные (сочетание приведенных выше методов).

Твердые частицы в буровой промывочной жид­кости делятся на коллоиды (менее 2 мкм), илы (2-80 мкм) и пески (более 80 мкм). Чем меньше размеры частиц, тем сложнее они выводятся из промывочной жидкости. Особую сложность представляет удаление излишней твердой фазы, представленной глинистыми разностями. Такие частицы в процессе бурения обычно быстро диспергируются до размеров исходной дисперсной фазы.