Введение в бурение с использованием бурового раствора: Преимущества и недостатки

Бурение с промывкой, также известное как роторное бурение с промывкой, является фундаментальной технологией, широко используемой в буровой промышленности, в частности, для разведки нефти и газа, бурения водяных скважин и инженерно-геологических изысканий. Процесс включает в себя циркуляцию специально разработанной жидкости — обычно называемой «буровым раствором» — вниз по бурильной трубе, через буровой долото и обратно в затрубное пространство между трубой и стенкой скважины.

Эта циркулирующая «промывочная жидкость» — это не просто грязь и вода; это сложная смесь жидкостей (вода или нефть), глин (например, бентонита), полимеров и различных химических добавок, предназначенных для выполнения критических функций. Эффективность этой системы дает ряд явных преимуществ и проблем.

Преимущества бурения с промывкой

1. Стабильность ствола скважины

   Гидростатическое давление, оказываемое столбом бурового раствора, противодействует пластовому давлению, предотвращая обрушение стенок скважины. Это имеет решающее значение в несцементированных или слабых геологических формациях.

2. Удаление выбуренного материала

   Высокая скорость промывочной жидкости при выходе из бурового долота эффективно поднимает обломки породы (выбуренный материал) со дна скважины и переносит их на поверхность. Это поддерживает чистоту бурового долота и обеспечивает непрерывное бурение.

3. Охлаждение и смазка бурового долота

   Процесс бурения генерирует огромную теплоту и трение в буровом долоте. Циркулирующая промывочная жидкость охлаждает и смазывает долото и бурильную колонну, значительно продлевая срок их службы и предотвращая повреждения.

4. Формирование фильтрационной корки

   Промывочная жидкость откладывает тонкий слой с низкой проницаемостью, называемый «фильтрационной коркой», на стенках скважины. Это уплотнение минимизирует потерю жидкости из бурильной колонны в окружающую формацию, что защищает проницаемые зоны и сохраняет буровой раствор.

5. Информация о подповерхностных слоях

   Выбуренный материал, доставленный на поверхность промывочной жидкостью, предоставляет геологам и инженерам жизненно важную, оперативную информацию о литологии и потенциальных углеводородных проявлениях бурящихся формаций.

6. Контроль пластового давления

   Плотность бурового раствора можно тщательно контролировать. Используя утяжеляющие добавки (например, барит), можно увеличить давление столба промывочной жидкости для контроля притоков пластовых флюидов (таких как нефть, газ или вода), тем самым предотвращая опасные выбросы.

   

Недостатки бурения с промывкой

1. Воздействие на окружающую среду

   Это самый существенный недостаток. Растворы на нефтяной основе и некоторые жидкости на синтетической основе могут быть очень токсичными. Разливы, неправильная утилизация выбуренного материала и случайные выбросы могут загрязнять почву и грунтовые воды. Требуются строгие правила и дорогостоящие процедуры управления отходами.

2. Стоимость и логистика

   Система сложна и дорога. Она требует значительного наземного оборудования (шламовые амбары, насосы, вибросита, дегазаторы) и постоянной поставки материалов для промывочной жидкости. Стоимость закупки, смешивания и обслуживания промывочной жидкости может быть очень высокой.

3. Повреждение пласта

   В некоторых случаях буровой раствор может проникать и повреждать саму породу-коллектор, которую он пытается оценить. Мелкие частицы или химические реакции с формацией могут снизить проницаемость вокруг ствола скважины, потенциально ухудшая будущую добычу из нефтяных или водяных зон.

4. Проблемы утилизации

   Большие объемы использованного бурового раствора и загрязненного выбуренного материала требуют надлежащей утилизации. Это часто включает транспортировку на специализированные объекты, обработку или закачку в глубокие утилизационные скважины, что увеличивает эксплуатационные расходы и воздействие на окружающую среду.

5. Коррозия и эрозия оборудования

   Абразивный характер промывочной жидкости, особенно когда она содержит песок и выбуренный материал, может вызывать эрозию насосов, бурильных труб и других компонентов. Кроме того, растворы на водной основе могут способствовать коррозии стальной бурильной колонны, если не обработаны соответствующими ингибиторами.

6. Ограниченная пригодность

   Бурение с промывкой, как правило, не подходит для чувствительных к воздуху формаций, таких как некоторые угольные пласты или сланцы, которые могут набухать или разрушаться при воздействии воды, что приводит к нестабильности ствола скважины.

Заключение

Бурение с промывкой остается краеугольным камнем современных буровых работ благодаря своей непревзойденной эффективности в обеспечении безопасного и эффективного строительства скважин. Его способность стабилизировать ствол скважины, удалять выбуренный материал и контролировать пластовое давление делает его незаменимым. Однако эти преимущества связаны со значительными обязанностями, в первую очередь касающимися защиты окружающей среды, управления затратами и смягчения повреждения пласта. Постоянная разработка более экологически чистых буровых растворов и передовых технологий обработки отходов продолжает решать эти недостатки, обеспечивая актуальность бурения с промывкой в обозримом будущем.