Совместными усилиями к общему успеху...

с 1997 года
Дистрибьютор производителей

Генеральный партнер компании
rus eng deu fra
ita esp lat lit
kaz ukr uzb turk
English (int.) Deutsch English (USA) English Español Français Italiano Português 日本語 简体中文

Изготовление и испытание систем для сбора, регенерации и закачки бурового раствора
производится на заводах в Швейцарии и США

Буровой раствор. Системы для сбора и регенерации отработанного бурового раствора, закачки бурового раствора в скважину

Компания в России Интех ГмбХ / LLC Intech GmbH на рынке инжиниринговых услуг с 1997 года, официальный дистрибьютор различных производителей промышленного оборудования, предлагает Вашему вниманию системы для сбора, регенерации и закачки бурового раствора в скважину.

Общее описание бурового раствора

Буровой раствор является комплексной дисперсной системой, состоящей из нескольких компонентов. Данная система объединяет суспензионные, эмульсионные и аэрированные жидкости, которые используются в целях промывки скважин в процессе бурения. На нефтяных и газовых скважинах функцию промывочных жидкостей выполняют агенты, различные по составу:

  • на водной основе (глинистые и неглинистые растворы, естественные буровые растворы, техническая вода);
  • на углеводородной основе;
  • на основе эмульсий;
  • газообразные;
  • аэрированные.

Буровой раствор готовится на поверхности, после чего подается в буровую область колонны. После завершения процесса бурения, буровой раствор может оставаться в буровой колонне, либо откачиваться из нее.

Важными характеристиками (реологическими свойствами), по которым определяется качество бурового раствора, являются: условная и пластическая вязкость и показатель фильтрации.

Основные функции бурового раствора

Основной функцией бурового раствора является вынос вырубленной породы из ствола и забоя, а также очищение скважины и забоя с целью предотвращения износа оборудования.

Эффективность процесса удаления шлама зависит от следующих факторов:

  • удельный вес, вязкость и динамическое напряжение сдвига бурового раствора;
  • скорость циркуляции раствора в кольцевом пространстве между стенками скважины и бурильной трубой.

Удаление частиц породы возможно в случае, если скорость восходящего потока выше скорости осаждения данных частиц. Скорость осаждения частиц в спокойном растворе зависит от размеров и форм частиц, а также разницы удельных весов раствора и частиц. Поэтому, в случаях, когда мощности бурового насоса недостаточно, для обеспечения оптимальной скорости потока, следует увеличить вязкость вещества для улучшения качества очистки оборудования и скважины в допустимых пределах.

Для предотвращения усталостного режима разрушения забоя применяют гидромониторные насадки на долоте. Значительно влияет на процесс показатель фильтрации раствора: чем выше данный показатель, тем выше механическая скорость потока.  

Второй важной функцией бурового раствора является смазка и охлаждение стенок скважины, долот и бурильных труб. В процессе бурения возникают значительные силы трения, которые смягчаются благодаря участию в процессе промывочной жидкости. Происходит смазка оборудования и скважины, а благодаря высокой теплоемкости бурового раствора обеспечивается охлаждение.

Стоит также отметить функцию поддержания частиц во взвешенном состоянии после прекращения процесса циркуляции. Во взвешенном состоянии удерживаются частицы выбуренной породы и утяжелителя, что позволяет избежать прихватов бурильного инструмента.

Помимо этого, буровой раствор обеспечивает:

  • формирование фильтрующей корки на стенках скважины и таким образом, закрепляет неустойчивые отложения;
  • передачу гидравлической энергии на долото и забойный двигатель;
  • предотвращение обвалов.

Состав буровых растворов

В процессе бурения используются промывочные растворы на водной, углеводородной и аэрированной основе. Растворы на водной основе включают:

  • техническую воду;
  • растворы солей и гидрогеля;
  • полимерные растворы;
  • полимерно-глинистые растворы.

Растворы на углеводородной основе включают:

  • инвертную эмульсию;
  • известково-битумный раствор.

Свойства бурового раствора и регулирование свойств. Основные реологические характеристики бурового раствора

Для конкретных условий бурения, необходимо подбирать оптимальный тип промывочной жидкости. Причиной этому является неспособность определенного вида бурового раствора одинаково эффективно выполнять весь перечень функций и соответствовать всем видам условий на буровых. Таким образом, сначала следует определиться с набором основных функций, и, как следствие, с необходимым набором свойств бурового раствора.

Необходимый набор свойств бурового раствора можно получить путем подбора составных компонентов. Самым сложным для получения является дисперсный буровой раствор. В данном случае, очень важна степень дисперсности твердой фазы и то, как она взаимодействует с остальными компонентами. Таким образом, оказывая влияние на степень дисперсности можно манипулировать реологическими свойствами промывочной жидкости.

В процессе бурения следует поддерживать первоначальные свойства агента, в связи с тем, что он подвергается внешнему воздействию:

  • температуры;
  • давления;
  • осадков;
  • механических нагрузок.

Влияние перечисленных факторов ослабляет электрические разряды на частицах и способствует старению составных компонентов.

Свойства бурового раствора могут регулироваться в процессе бурения. Необходимость в этом может возникать при чередовании пород в геологическом разрезе. Таким образом, свойства бурового раствора подвергаются корректировке, как в процессе приготовления раствора, так и в процессе бурения (для поддержания необходимых свойств и для изменения параметров в соответствии с изменяющимися условиями).

Свойства бурового агента регулируются посредством:

  • химической обработки (добавление реагентов);
  • физических методов (добавление наполнителей, разбавление, диспергация, концентрирование, утяжеление);
  • комбинированных методов.

В связи с тем, что буровой раствор должен демонстрировать различные характеристики, как по мере углубления скважины, так и на разных участках бурения, для каждой отдельной скважины подбирается индивидуальный раствор. Данные обстоятельства доказывают необходимость определения параметров бурового раствора еще на этапе проектирования.

Важными реологическими свойствами (характеристиками, по которым определяется качество) бурового раствора являются:

  • условная вязкость;
  • пластичная вязкость;
  • показатель фильтрации.

Достаточный уровень условной вязкости бурового раствора необходим для того, чтобы выносить частицы выбуренной породы на поверхность скважины. Если частицы остаются в скважине, они начинают поглощать буровой раствор, что нежелательно. Тем не менее, слишком высокая вязкость оказывает негативное влияние на очищение бурового раствора, т.к. способствует повышению гидравлического сопротивления в циркуляционной системе скважин. Показатель пластичной вязкости оказывает прямой эффект на процесс бурения, т.к. характеризует внутреннее трение слоев дисперсионных сред, диспергированных частиц и межфазовое взаимодействие.

Показатель фильтрации косвенно характеризует способность буровых растворов фильтровать определенные элементы жидкой фазы. Эта величина определяется количеством дисперсионной среды, которая проходит сквозь фильтр под воздействием перепада давления за определенную единицу времени.

Подготовка бурового раствора

В процессе бурения используются промывочные растворы на водной, углеводородной и аэрированной основе. Наиболее часто для подготовки бурового раствора используются тонкодисперсные, пластические типы глин. Такая глина содержит минимальное количество песка и способна в соединении с водой образовывать долго не оседающую суспензию. Ценными свойствами обладают щелочные глины и глинопорошки, которые используются, в основном, в процессе бурения газовых и нефтяных скважин, а также для подготовки растворов с низким показателем плотности. К нежелательным примесям, дестабилизирующим глинистые растворы, относятся известняк, растворимые соли и гипс.

Обращение бурового раствора в скважине

В процессе бурения буровой раствор совершает цикл, который условно можно разделить на несколько этапов. До начала бурения, раствор замешивается и помещается в специальные резервуары. Из резервуаров в скважину раствор попадает по трубам, под воздействием давления, которое нагнетает бурильный насос. Буровой раствор поступает в область скважины, где долото разбивает породу. После достижения этой точки, раствор возвращается на поверхность. По мере того, как промывочный агент поднимается в пространстве между стенками скважины и бурильной трубой, он выносит частицы разрушенной породы. На поверхности буровой раствор пересекает линию возврата (трубу, которая идет к вибрационному ситу). Сито (фильтрующий элемент) изготовлено из вибрирующих решеток, функция которых заключается в отделении раствора от шлама. Раствор проходит сквозь решетку и попадает обратно в отстойник. Частицы породы попадают в желоб для удаления. Частицы шлама изучаются геологами для изучения состояния скважины.

Классификация буровых растворов

Практика бурения использует буровые растворы пяти основных типов: воду, водные растворы, водные дисперсные системы, углеводородные дисперсные системы, сжатый воздух. Наиболее разнообразно представлены водные дисперсные системы, основу которых могут составлять самые разные вещества:

  • добываемая твердая фаза (глина, мел и комбинация данных веществ);
  • жидкая дисперсная фаза (эмульсия);
  • конденсированная твердая фаза;
  • выбуренная горная порода (натуральные промывочные жидкости).

В редких случаях для очищения скважин применяются углеводородные жидкости (нефть или дизель).

Дисперсные системы, содержащие твердую фазу, подразделяются на системы:

  • повышенным содержанием твердой фазы (более 20%);
  • нормальным содержанием твердой фазы (менее 20%);
  • малым содержанием твердой фазы (до 7%).

Если буровой раствор насытить воздухом, он перейдет в категорию аэрированных растворов. В воде и растворах на основе воды воздух может выступать как в качестве дисперсной фазы, так и в качестве дисперсионной среды. Если воздух является дисперсионной средой, то промывочный агент относится к категории пен.

В соответствии со своим предназначением буровые растворы делятся на две основные группы:

  • жидкости, используемые в нормальных условиях бурения (вода, водные растворы, обычные глинистые растворы);
  • жидкости, используемые в сложных условиях бурения (лигнитовый щелочной раствор, известково-битумный раствор, облегченный и полимерный растворы, бентониды).

К естественным буровым растворам относят водную суспензию, которая образуется в скважине в результате диспергирования шлама горной породы, которая разбуривается с участием воды. Основным достоинством такого раствора является его экономичность. Качество раствора данного типа зависит от состава разбуриваемых глин, способа бурения, а также от типа инструмента. Такие растворы используются в случаях, когда не требуется промывочный агент высокого качества.

Сохранение устойчивости стенок скважины

В современной практике бурения наметилась тенденция углубления скважин, в результате чего возникает целый спектр дополнительных осложнений. Глубокое бурение еще интенсивнее нарушает баланс пород, из которых состоят стенки скважин. Прочность стенок зависит от первоначальных свойств горной породы и воздействия внешних факторов, которые способствуют изменению данных свойств в течение времени. Одним из факторов, разрушающим горные породы стенок скважины, является воздействие бурового раствора.

Воздействие бурового раствора на горную породу может иметь одну из трех форм:

  • активное воздействие (гидратация, диссоциация, химические превращения и т.п.);
  • адсорбционное воздействие;
  • осмотическое воздействие.

Главный аспект отрицательного влияния бурового раствора на прочность породы заключается в изменении ее структуры в результате действия фильтрата. В местах контакта промывочного агента и стенки происходит выщелачивание, гидромеханическое разрушение и химическое растворение. Данные процессы усиливаются также в результате механического действия бурильной колонны. Таким образом, обязательным условием процесса бурения является сохранение прочности стенок скважины.

Еще одним важным фактором воздействия на прочность горной породы внутри скважины является горное давление. В результате действия горного давления происходит механическое разрушение стенок.

Нежелательные изменения свойств породы можно минимизировать за счет разработки индивидуального рецепта промывочного агента. Так, в буровой раствор, при необходимости, добавляют крепящие компоненты. Кроме того, определенные виды промывочных компонентов содержат твердые частицы, которые в процессе фильтрации откладываются в трещинах и образуют малопроницаемый слой. Такая корка является механически прочной и связывает частицы горной породы, что замедляет или останавливает процесс расползания смоченной зоны ствола скважины. Поддерживает устойчивость стенок скважины также гидростатическое давление бурового раствора. Но следует учитывать, что с увеличением давления повышается интенсивность проникновения промывочного агента в горные породы, в результате чего падает механическая скорость бурения. Таким образом, возрастает закрепляющая и изолирующая роль фильтрационной корки.

Минеральные буровые растворы

Минеральные буровые растворы получаются путем смешивания бетонита и других глинистых пород с водой. Полученная суспензия состоит их микроскопических пластинок твердого вещества, взвешенных в водной среде. Если уровень давления столба жидкости внутри скважины больше уровня давления в текучем грунте водопроницаемого пласта, буровой раствор будет просачиваться сквозь грунт. В результате данного процесса будет образовываться глинистая корка (мембрана), которая обеспечит сохранность стенок скважины.

Полимерные буровые растворы

Полимерные буровые растворы получают путем смешивания химических продуктов (полимеров) с водой. Данный тип растворов активно применяется в области строительства буронабивных свай, т.к. они не требуют сложной обработки перед повторным использованием и предполагают минимальные затраты на утилизацию. Полимеры состоят из длинных молекул углеводородов, которые контактируют между собой таким образом, что стабилизируют состояние скважины. Такой раствор, как и минеральный, обладая высокой степенью проницаемости, заполняет поры в грунте и образует глинистую корку. Полимерный раствор постоянно протекает в грунт, что предполагает постепенное добавление раствора в скважину.

Смешаные буровые растворы

В практике бурения чаще всего встречаются грунты, в которых чередуются пласты рассыпчатого грунта и аргиллитовые породы. Для работ с такими грунтами рекомендуется использовать смешаные растворы. Промывочный агент смешанного типа представляет собой смесь бентонитового и полимерного растворов. Соотношение пропорций регулируется в соответствии с типом грунта и характеристиками скважины. Смешанный промывочный агент хорошо работает со следующими типами грунтов: песком, гравием, известняком, крупной галькой, вязкой пластичной глиной.

К главным преимуществам смешанных буровых растворов относят безопасность для человека и окружающей среды, возможность многократного использования и отсутствие необходимости в захоронении. Такой раствор можно готовить непосредственно в скважине. Плотность такого промывочного агента равна плотности воды в связи с чем, процесс бурения не встречает дополнительных затруднений. Шлам оседает на дно скважины и не требует отстаивания. После того, как процесс бурения завершен, буровая установка не принимает участие в последующих работах по бетонированию, что ускоряет, облегчает и удешевляет процесс.

Техническая вода

Техническая вода является самой дешевой и доступной промывочной жидкостью. Она обладает невысокой вязкостью и легко прокачивается. Техническая вода лучше других буровых растворов охлаждает долото и очищает шлам от забоя. К недостаткам такого агента относится неспособность удерживать частицы выбуренной породы и образовывать защитную корку на стенках скважины. Кроме того, техническая вода ухудшает проницаемость коллекторов нефти и газа, вызывает набухание глинистых слоев и активно поглощается низконапорными пластами.

Глинистые и неглинистые буровые растворы

Глинистые растворы активно используются в процессе бурения. Наибольшее значение для бурового дела имеют три группы глинистых минералов: бентонитовые, каолиновые и гидрослюдистые. Бентонитовые материалы обладают отличными качествами с точки зрения приготовления. Так, из одной тонны бентонитовой глины получается 15 куб.м. бурового раствора высокого качества. Для сравнения, из одной тонны глины среднего качества получают лишь до 8 куб. м. промывочного агента.

Глинистые растворы образуют хорошую плотную защитную корку на стенках скважины, которая не дает фильтратам проникать в пласты грунта. Уровень плотности и вязкости таких растворов позволяет предотвратить оседание шлама на забой при перерывах в промывке. Утяжеленные глинистые растворы оказывают на пласты противодавление, тем самым предотвращают проникновение пластовых вод, нефти и газа в скважину, а также решают проблему фонтанирования при бурении.

В практике бурения используются также другие виды промывочных растворов:

  • малоглинистые растворы (предназначены для бурения верхней толщи трещиноватых пород);
  • соленасыщенные растворы (предназначены для бурения соленосных пород);
  • ингибированные растворы (предназначены для предотвращения набухания разбуриваемой породы и излишнего обогащения раствора твердой фазой).

Неглинистыми растворами являются буровые растворы, которые готовятся на водной основе и содержат конденсированную твердую фазу. Дисперсная фаза раствора образуется в результате взаимодействия ионов магния и щелочи. Такой раствор хорошо сохраняет свои структурно-механические свойства, поэтому его используют для поддержания высокого уровня устойчивости стенок скважины.

Биополимерные растворы являются еще одним типом неглинистых буровых растворов. Такие промывочные агенты получают в результате воздействия определенных штаммов бактерий на полисахариды. К преимуществам таких жидкостей относится легкость регулировки свойств, а также термическая устойчивость. Биополимеры нечасто используются в практике бурения из-за высокой стоимости.

Буровые растворы на углеводородной основе

Буровые растворы на углеводородной основе являются многокомпонентными системами, состоящими из дисперсионной и дисперсной фазы. В качестве дисперсионной фазы выступает нефть или нефтепродукты, а дисперсионная фаза представлена битумом, асфальтом или специально обработанной глиной.

Данный тип растворов не портит коллекторы, обладает смазывающими свойствами, а также способствует снижению износа долот и бурильных труб. К недостаткам относится высокая стоимость, легкая воспламеняемость, а также сложность в удалении с оборудования.

Эмульсионные буровые растворы

Эмульсионные буровые растворы являются многокомпонентными системами, состоящими из дисперсионной и дисперсной фазы. В качестве дисперсионной фазы выступает эмульсия типа «вода в нефти», а дисперсионная фаза представлена глиной. Эмульсия на 70% состоит из нефти и на 30% из воды. Содержание воды может быть увеличено до 80%, если в нее добавить специальные эмульгаторы. Такой тип раствора используется при бурении глинистых и солесодержащих пород. Они демонстрируют отличные смазочные свойства и предупреждают прихват инструмента.

Аэрированные буровые растворы

Аэрированные буровые растворы являются смесью пузырьков воздуха и промывочной жидкости (воды, нефтеэмульсии и т.п.) в соотношение 30:1. В аэрированные растворы добавляют специальные стабилизирующие реагенты (пенообразователи и поверхностно- активные вещества).

Данный тип растворов обладает теми же свойствами, что и жидкости из которых они изготовлены. Данный тип буровых растворов используется для работ в сложных условиях: при повышенных поглощениях жидкостей и вскрытии продуктивных пластов грунта с низким давлением.


Технологическое оборудование буровых установок

Область применения: применяются для сбора и регенерацииотработанного бурового раствора, приготовления новых порций и закачки бурового раствора в скважину.

Характеристики: Штатно производимые системы от 100 до 600 м³/ч регенерированного бурового раствора в час.

Описание и комплектация: Система представляет собой блочно модульную компактную конструкцию, выполненную единым скидом на общей раме основании.

Технологическое оборудование буровых установок

В состав системы входит несколько технологических блоков, в которых происходит последовательное выполнение следующих операций:

  • сбор отработанного бурового раствора
  • очистка бурового раствора от выбуренной породы
  • дегазация бурового раствора (опционально)
  • приготовления бурового раствора необходимого количественного и качественного состава
  • хранение заданной порции бурового раствора
  • обработка химическими реагентами бурового раствора
  • дозированная подача заданных объемов подготовленного бурового раствора в скважину
  • обезвоживание шлама
  • удаление обезвоженного шлама
Технологическое оборудование буровых установок Технологическое оборудование буровых установок Технологическое оборудование буровых установок

В зависимости от предъявляемых требований к обработке бурового раствора, циркуляционная система может включать в свой состав различный набор технологического оборудования:

Технологическое оборудование буровых установок
  • Насосы по транспортировке бурового раствора
  • Циклонные разделители
  • Вибросита
  • Смесители
  • Пескотделители
  • Илоотделители
  • Дегазаторы
  • Центрифугии др.
  • Емкостное оборудование
  • Трубопроводная обвязка с запорно-регулирующей арматурой
  • Дозирующие системы
  • Отстойники
  • Мешалки
  • Шнековые транспортеры

Циркуляционная система рассчитывается индивидуально, под каждого заказчика, под предъявляемые требования к количественному и качественному составу бурового раствора. В процессе проектирования, на стадии 3D моделирования определяется наиболее оптимальная компоновка установки. Основным критерием компоновки систем является максимальная компактность, наибольшая производительность с минимально занимаемой площади.

Технологическое оборудование буровых установок Технологическое оборудование буровых установок Технологическое оборудование буровых установок

Очистка бурового раствора: В зависимости от требований, предъявляемых к очистке, система включает несколько стадий очистки регенерируемого бурового раствора обеспечивая необходимый результат. Штатная технология предусматривает трех стадийную очистку бурового раствора. На первой стадии происходит грубая очистка бурового раствора поступающего из скважины, при помощи вибросит и отстойников. На этой стадии из раствора удаляются крупные куски породы, камни, песок. Осветлённый буровой раствор из отстойника подаётся шламовым насосом в дегазатор, после чего поступает в пескоотделитель, в котором происходит вторая стадия очистки от мелких трудно осаждающихся частиц породы. Затем раствор поступает на третью стадию очистки в илоотделитель, там происходит выделение совсем мелких частиц породы, размером до 0,025 мм. Выделенный на разных стадиях очистки раствора шлам породы (песок + глина + ил) поступают в сборник, откуда подаётся на центрифугу для обезвоживания. Очищенный на третьей стадии раствор поступает в приёмные ёмкости или смеситель для добавления реагентов, после чего направляется в сборник готового раствора, из которого буровыми насосами закачивается в скважину. Обезвоженный буровой шлам, состоящий из частиц породы, выгружается с установки. Выделенный на центрифуге очищенный буровой раствор поступает в сборник очищенного раствора.


Персонал компании Интех ГмбХ (Intech GmbH) ответит на любые технические вопросы по поставляемым компанией системам для сбора, регенерации и закачки бурового раствора.

Буровые насосы. Запасные части к буровым насосам

Информация о нашем генеральном партнере ENCE GmbH (Швейцария):
Центральный сайт и поставляемое оборудование
Представительства в России:
Москва Нижний Тагил Липецк Череповец
ООО Интех ГмбХООО "Интех ГмбХ"