СПОСОБ ВЫБОРА БУРОВОГО РАСТВОРА ДЛЯ БУРЕНИЯ В НЕУСТОЙЧИВЫХ ГЛИНИСТЫХ ПОРОДАХ Российский патент 1995 года по МПК C09K7/00 

Изобретение относится к строительству скважин и предназначено для оценки ингибирующих свойств бурового раствора, устойчивости глин и выбора бурового раствора.

Известен способ выбора бурового раствора для бурения в неустойчивых глинистых породах, включающий исследование набухания глинистой породы в воде и растворе, определение структурно-механической прочности глинистой породы и расчет обобщенного показателя устойчивости глинистой породы с последующим выбором бурового раствора по его наибольшему значению.

Цель изобретения повышение точности и достоверности оценки ингибирующей способности бурового раствора и устойчивости глинистых пород.

Цель достигается тем, что в известном способе выбора бурового раствора для бурения в неустойчивых глинистых породах, включающем исследование набухания глинистой породы в воде и растворе, определение структурно-механической прочности глинистой породы и расчет обобщенного показателя устойчивости глинистой породы с последующим выбором бурового раствора по его наибольшему значению, исследуют кинетику набухания глинистой породы, процесс набухания делят по кривой кинетики на две стадии в точке пересечения касательных к ветвям начала и конца набухания, причем скорость набухания глинистой породы и ее структурно-механическую прочность определяют для каждой стадии, при этом дополнительно определяют ингибирующую способность раствора по формуле
U_c + 2 и устойчивость глинистой породы по формуле:
K_у + + , где v_ф', v_в' средняя скорость набухания глинистой породы в фильтрате бурового раствора соответственно на первой и второй стадиях, мг/г в час;
v_ф', v_в" средняя скорость набухания глинистой породы в воде соответственно на первой и второй стадиях, мл/г в час;
P_mo структурно-механическая прочность сухой глинистой породы, ПА;
P_mф', P_mв' структурно-механическая прочность глинистой породы после набухания в фильтрате бурового раствора соответственно на первой и второй стадиях, ПА;
P_mф", P_mв" структурно-механическая прочность глинистой породы после набухания в воде соответственно на первой и второй стадиях, ПА.

На чертеже представлены кривые кинетики набухания бентонитовой глины в воде, растворах хлористого кальция и КМЦ-600.

Способ осуществляют следующим образом.

Исследования проводили на бентонитовой глине. В качестве жидких сред использовались вода, 1% -ный раствор хлористого кальция и 1%-ный раствор КМЦ-600.

Построили кривые кинетики набухания бентонитовой глины в каждом из вышеуказанных растворов (1 кривая кинетики набухания бентонитовой глины в воде; 2 в 1%-ном растворе КМЦ-600 и 3 в 1%-ном растворе хлористого кальция) и разделили процесс набухания бентонитовой глины на этих кривых на две стадии: быструю и замедленную, границу которых определили в точке пересечения касательных к ветвям набухания обеих стадий.

Для каждого раствора определили количество поглощенной жидкости K₂', время набухания τ' и структурно-механическую прочность P_m' первой стадии набухания. По величинам количества поглощенной жидкости K₂ и времени τ всего периода набухания глины определили параметры второй стадии набухания K₂"= K₂-K₂' и τ"= τ- τ', а также структурно-механическую прочность в конце набухания P_m".

После определения средней скорости набухания глины на каждой стадии соответственно для каждого раствора определили ингибирующую способность каждого из исследуемых растворов по безразмерному коэффициенту U_c как сумму относительных изменений средней скорости набухания обеих стадий:
U_c + 2, где v_ф', v_ф" средняя скорость набухания глинистой породы в фильтрате бурового раствора соответственно на первой и второй стадиях, мл/г в час;
v_в', v_в" средняя скорость набухания глинистой породы в воде соответственно на первой и второй стадиях, мл/г в час.

Устойчивость глинистой породы определили по коэффициенту K_у, учитывающему все процессы гидратации независимо от минералогического и гранулометрического состава как сумму относительных изменений структурно-механической прочности P_m на каждой стадии набухания:
K_у + + , где P структурно-механическая прочность сухой глинистой породы, ПА;
P_mф', P_mф" структурно-механическая прочность глинистой породы после набухания в фильтрате бурового раствора соответственно на первой и второй стадиях, ПА;
P_mв', P_mв" структурно-механическая прочность глинистой породы после набухания в воде соответственно на первой и второй стадиях, ПА.

Все полученные результаты приведены в таблице.

Из таблицы видно, что наибольшей ингибирующей способностью обладает 1% -ный раствор хлористого кальция, у которого U_c=3,85 при наибольшей устойчивости глины K_y=0,35. Следовательно, для бурения в бентонитовых глинах из исследованных растворов целесообразнее использовать 1%-ный раствор хлористого кальция.

Практика применения хлоркальциевых растворов показала их высокую эффективность в уменьшении осложнений из-за осыпей и обвалов при бурении в неустойчивых глинистых породах.

Использование: бурение нефтяных и газовых скважин. Способ выбора бурового раствора для бурения в неустойчивых глинистых породах осуществляют следующим образом. Исследуют кинетику набухания глинистой породы в воде и растворе. Процесс набухания глинистой породы делят на две стадии в точке пересечения касательных к ветвям начала и конца набухания. Определяют скорость набухания глинистой породы и ее структурно-механическую прочность на каждой стадии. Ингибирующую способность раствора и устойчивость глинистой породы определяют по математическим формулам. Рассчитывают обобщенный показатель устойчивости глинистой породы. Буровой раствор выбирают по наибольшему значению обобщенного показателя устойчивости глинистой породы. 1 ил. 1 табл.

СПОСОБ ВЫБОРА БУРОВОГО РАСТВОРА ДЛЯ БУРЕНИЯ В НЕУСТОЙЧИВЫХ ГЛИНИСТЫХ ПОРОДАХ, включающий определение параметров набухания глинистой породы в воде и в растворе, структурно-механической прочности глинистой породы, расчет обобщенного показателя устойчивости глинистой породы с последующим выбором бурового раствора по наибольшему значению показателя устойчивости глинистой породы, отличающийся тем, что перед определением параметров набухания глинистой породы и структурно-механической прочности глинистой породы исследуют кинетику набухания глинистой породы, при этом процесс набухания глинистой породы делят на две части в точке пересечения касательных к ветвям начала и конца процесса набухания и параметры набухания и структурно-механической прочности глинистой породы определяют на каждой стадии, причем в качестве параметра набухания глинистой породы используют скорость набухания, а перед расчетом обобщенного показателя устойчивости глинистой породы дополнительно определяют ингибирующую способность по формуле

и устойчивость глинистой породы по формуле

средняя скорость набухания глинистой породы в фильтрате бурового раствора соответственно на первой и второй стадиях, мг/(л · ч);
средняя скорость набухания глинистой породы в воде соответственно на первой и второй стадиях, мл/(л · ч);
структурно-механическая прочность сухой глинистой породы;
структурно-механическая прочность глинистой породы после набухания в фильтрате бурового раствора соответственно на первой и второй стадиях, Па;
структурно-механическая прочность глинистой породы после набухания в воде соответственно на первой и второй стадиях, Па.