25239 (Расчет промывочной жидкости для бурения скважины)

Введение

Повышение эффективности поисковых и разведочных работ немыслимо без совершенствования технологии промывки скважин при бурении. Технология промывки скважин – это комплекс технологических процессов и операций по выбору состава, приготовлению, очистке, обработке, циркуляции, оценке потерь сопротивлений при циркуляции и воздействия на стенки скважины и керн промывочной жидкости. Значительного улучшения технико-экономических показателей бурения можно достичь за счет совершенствования технологии промывки.

Правильный выбор промывочной жидкости и тампонажных смесей, технологии промывки и тампонирования позволит проводить бурение с большей эффективностью и высоким качеством буровых работ, а также уменьшить загрязняющее воздействие на окружающую среду и избежать ухудшения экологической обстановки земной коры.

Современная технология бурения разведочных скважин и разнообразие горно-геологических условий предопределили целый комплекс функций промывочных жидкостей и основание требования к ним. Основные функции промывочных жидкостей сведены к следующему:

1. Гидродинамические функции:

• очистка забоя скважины от шлама и выноса его на поверхность;

• охлаждение породоразрушающего инструмента;

• разрушение породы на забое (гидромониторный эффект) передача энергии от бурового насоса к забойному двигателю (турбобуру гидроударнику).

1. Гидростатические функции:

• удержание части шлама во взвешенном состоянии при прекращении циркуляции;

сохранение равновесия в системе скважина – пласт: а) обеспечение минимального гидростатического давления в скважинах с нижним пластовым давлением для предотвращения поглощений; б) обеспечение высокого гидростатического для предотвращения проникновения в ствол скважины газа, нефти, воды и последующих фонтанирования и выбросов;

• сохранение целостности стенок скважины;

• снижение нагрузки на талевую систему.

1. Коркообразующие функции:

• уменьшение проницаемости пористых стенок скважины;

• сохранение или усиление связности слабосцементированных пород;

• уменьшение трения бурильной колонны о стенки скважины.

1. Физико–химические функции:

• сохранение связности пород;

• предохранение бурового инструмента и оборудования от коррозии и абразивного износа;

• сохранение проницаемости продуктивного горизонта при его вскрытии;

• сохранение качества бурового раствора в процессе воздействия на него среды скважины (шлама, подземных вод, высокой или низкой температуры скважины);

• облегчение разрушения породы забоя.

1. Прочие функции:

• сохранение теплового режима в многолетнемерзлых породах;

• гашение вибраций бурильной колонны при алмазном бурении;

• содействие установлению геологического разреза по данным скважиной геофизики и шламовому опробованию.

Краткая геологическая характеристика разреза скважины

№	Описание пород	Категория буримости	Категория абразивности	Твердость по штампу МПа	Интервалы			Осложнения
					От	До	Всего
1	Чередование глин, песка с галькой.	II	1-1,5		0	200	200	Поглощение К=10 обвалы
2	Глины песок.	II	1-2		200	600	400	Набухания осыпи поглощение
3	Чередование песка с галькой Глины песчанистые	III	3-5		600	1100	500	Обвалы осыпи
4	Доломиты Мергель.	VI	3-4		1100	1500	400
5	Песчаник аргелиты	V	4-6		1500	1820	320	коагуляция
6	Известняки с прослоями доломитов	VI	4-5		1820	2040	220
7	Доломиты, известняки	VI	4-5		2040	2250	210
8	Известняки	VI	5	1000-2000	2250	2530	280	Нефть Рпл=20Мпа Рбок=17Мпа

Песчаные породы – псаммиты. К ним относятся : пески, состоящие из зерен различных размеров и по этому признаку разделяемые на грубозернистые, крупнозернистые, среднезернистые и мелкозернистые; песчаники, представляющие собой породу, образующуюся в результате цементации песков различными цементирующими веществами ( железистыми соединениями, известковыми, кремнистыми и др.) По минералогическому составу пески и песчаники также характеризуются неоднородностью. В природных условиях встречаются однородные кварцевые пески и песчаники, состоящие не менее чем на 95% из зерен кварца. Чаще они слагаются зернами многих материалов. М. С. Швецовым, помимо однородных мономинеральных разностей, выделяются еще олтгомиктовые пески и песчаники, в которых преобладает кварц ( 75 –95%), но наблюдается значительная примесь и других минералов (полевого шпата, слюды), и полимиктовые, состоящие из зерен различных минералов ( кварца, полевых шпатов и цветных минералов).

При этом характерно, что полимиктовые песчаники в большинстве случаев встречаются в геосинклинальных областях ( подвижных зонах земной коры), а олигомиктовые и одноминеральные – в пределах платформ.

В случае преобладания в песках и песчаниках кварца и полевого шпата их называют аркозовыми. Если же они состоят из обломков различных пород и минералов, то называются граувакковыми. При значительном содержании глауконита выделяются глауконитовые пески.

Различные примеси придают пескам и песчаникам соответственную окраску : окислы железа – бурую, глауконит - зеленую, органические вещества – черную.

Пески по своему происхождению могут быть морскими, речными, озерными, эоловыми, флювиогляциальными.

Глинистые породы. Они широко распространены, составляя больше половины всех осадочных горных пород, и по своему происхождению занимает промежуточное положение между чисто химическими и обломочными. Они состоят из частиц меньше 0,01 мм. И содержат свыше 30% тончайших частиц размером менее 0,001 мм. В большинстве случаев глинистые породы образуются за счет химического выветривания магматических и др. горных пород.

Глины обладают специфическими физическими свойствами:

• Пластичностью, т.е. способностью принимать любую форму под давлением.

• Способностью при смачивании поглощать воду и разбухать ( увеличиваться в объеме до 40 – 45 % и более ).

• Слабой водопроницаемостью

В составе глин, по Л.Б. Рухину, наблюдаются три группы минералов:

А) Глинистые минералы – каолинит, монтмориллонит, гидрослюды и др. Эти минералы слагают наиболее тонкозернистые (коллоидные) частицы глин.

Б) Обломочные зерна минералов кварца, карбонатов, сульфатов и др.

В) Вкрапление гидроокислов, карбонатов, сульфатов и др. Кроме того в глинах присутствует органическое вещество.

В зависимости от обогащения глинистых минералов различными примесями, получаемыми главным образом при переносе и отложении, выделяется много разновидностей глин – чистые, известковистые, кремнистые, бутоминозные, песчанистые и др. Если примесей песка и пылеватых частиц много, то глины переходят в алевролиты.

В подавляющем большинстве случаев глины, образованные путем осаждения в водной среде, имеют смешанный состав. Чистые разновидности встречаются среди континентальных пород, в частности элювия. К ним относятся каолиновые (огнеупорные) и монтмориллонитовые ( отбеливающие) глины, имеющие большое практическое значение.

Аргиллиты представляют собой уплотненные сцементированные в процессе катагенеза глинистые породы.

Сланцеватые аргиллиты – еще более уплотненные глинистые породы в условиях более высокого давления.

Породы химического и органического происхождения. Большая группа пород возникает в различных водоемах и местами на суше в результате разнообразных химических процессов и жизнедеятельности животных и растений, а так же в следствие накопления органических остатков после отмирания животных и растений. Среди них могут быть выделены карбонатные породы, кремнистые, сернокислые, галоидные, железистые, фосфатные и каустобиолиты.

Карбонатные породы. К группе карбонатных пород относятся известняки, доломиты и мергель. Известняки (CaCO₃) имеют наибольшее распространение.

Органогенные известняки слагаются обычно из известковых раковин моллюсков, фораминифер, остатков криноидей, известковых водорослей, кораллов и др. В зависимости от преобладания остатков тех или иных морских организмов известняки называют коралловыми, брахиоподовыми, фузулиновыми и др. среди известняков химического происхождения известны : оолитовые известняки, представляющие собой скопление шаровидных известняков зерен – оолитов; известковые туфы, отложенные источниками, богатыми растворенной в воде двууглекислой известью, и др. Выделяются также обломочные известняки, состоящие из обломков карбонатных пород (известняков). В зависимости от размера и окатанности обломков выделяются конгломератовидные и брекчиевидные известняки.

Писчий мел представляет собой породу, образованную двояким путем. Значительную часть его, около 60-70%, составляют остатки планктонных организмов; остальная часть – тонкозернистой, порошкообразный кальций – возникла, по-видимому, химическим путем.

Мергель даёт пример горной породы переходной между карбонатными и глинистыми породами, возникшей двояким путем. Он состоит на 50-70% из СаСО₃ органического происхождения, а остальные 50-30% падают на глинистые частицы, в составе которых имеются частицы как обломочного, так и химического происхождения. Мергели имеют большое практическое значение как сырьё для цементной промышленности, особенно ценны мергели, содержащие 75% СаСО₃ и 25% глинистых примесей.

Доломиты по химическому составу представляют собой ( на 90-95%) двойную углекислую соль кальция и магния СаМg(СО₃)₂. При содержании не менее 50% СаСО₃ порода называется известковистым доломитом. Доломит может образовываться путем выпадения осадка из воды с повышенной соленостью, в этом случае пласты доломита нередко чередуются с пластами гипса. Но часто доломиты образуются вследствие изменения («доломитизации») соответственными растворами известняков (или известковых осадков) до превращения последних в горную породу, а также метасоматическим путем в результате последиагенетических изменений пород.

Особенности технологии бурения скважины