Перевод бурового раствора на кальциевую основу

При проходке залежей гипса или ангидрита загрязнение бурового раствора так происходит так интенсивно, что с практической точки зрения регулирование реологических и фильтрационных параметров раствора становится невозможным. Поэтому буровой раствор необходимо перевести на кальциевую основу путем добавления сульфата кальция. Буровой раствор можно перевести на гипсовую основу добавлением каустической соды, лигносульфоната и дополнительного количества гипса. Гипсовый раствор – это система с низким уровнем рН, поэтому для поддержания рН на нужном уровне (9,5 – 10,5) раствор обрабатывается большим количеством каустической соды. При добавлении в раствор гипса наблюдается резкий скачок вязкости, однако при добавлении достаточного количества воды, каустика и лигносульфоната вязкость приходит в норму в течение одного цикла циркуляции. Гипс добавляется до тех пор, пока не прекращается его отрицательное воздействие на параметры раствора, затем поддерживается его избыточная концентрация в растворе (5 – 8 фунтов/баррель), что необходимо для нормального течения химических реакций. Обычно в гипсовом растворе концентрация кальция находится в пределах от 600 до 1 200 мг/л (в зависимости от рН).

 

Описанный выше метод позволяет приготовить буровой раствор на основе извести: для этого в раствор вместо гипса добавляется большое количество извести и поддерживается ее избыточная концентрация. Для того, чтобы в растворе сохранялась избыточная концентрация извести, бОльшая часть извести не должна растворяться. Для этого рН раствора на основе извести необходимо поддерживать выше 11,5 путем добавления каустической соды и извести. Каустическая сода реагирует с сульфатом кальция, продуктом реакции является известь:

 

2NaOH + CaSO₄ ↔ Ca(OH)₂ + Na₂SO₄

 

В полученный раствор необходимо добавлять весьма значительное количество каустической соды, чтобы поддерживать избыточную концентрацию извести при проходке ангидрита или гипса. Поэтому обычно предпочитают использовать гипсовый раствор. Оба раствора необходимо обработать устойчивым к кальцию регулятором водоотдачи, например POLYPAC®, POLY-SAL™, RESINEX®, и т.д.

 

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ЦЕМЕНТОМ

 

Необходимость разбуривания цемента возникает при бурении всех скважин. Единственное условие, при котором цемент не является загрязняющим веществом, - это бурение с раствором на основе чистой воды, солевого раствора или с раствором на углеводородной основе, а также в случае полного затвердения цементного камня. Самым распространенным раствором является бентонитовый раствор с низким уровнем рН. В этом случае загрязнение цементом сказывается самым негативным образом на параметрах бурового раствора. Интенсивность загрязнения зависит от того, какими добавками обрабатывался раствор, от типа и концентрации твердой фазы, от количества выбуренного цемента и его состояния.

Необходимо помнить о том, что загрязнение цементом может произойти во время транспортировки барита или на буровой. Сперва загрязнение цементом проявляется в повышенной вязкости раствора, росте СНС и нерегулируемой водоотдаче. Все это является результатом повышения уровня рН и адсорбции кальция частицами глины, ведущей к флоккуляции.

 

Цемент – это сложный силикат извести Ca(OH)2. При растворении в воде или водной фазе бурового раствора образуется большое количество гидроксил-ионов (OH^–).

 

Ca(OH)₂ ↔Ca²⁺ + 20H^– (pH <11.7)

 

Приведенная выше реакция обратима, она выражает равновесие между концентрацией цемента и уровнем рН бурового раствора. Растворимость извести снижается с ростом рН бурового раствора. Когда рН превышает 11,7 происходит выпадение извести из раствора. Таким образом, известь становится практически нерастворимой при рН выше 11,7, что дает излишек (или запас) непрореагировавшей извести благодаря нерастворенному цементу.

Основной признак загрязнения цементов – это значительный рост рН, Pm и избыточная концентрация извести, рассчитанная по Pm и Pf.

 

Если разбурено относительно малое количество цемента, интенсивность загрязнения не становится серьезной проблемой. Загрязненный цементом раствор либо фильтруется на вибросите, либо обрабатывается дефлоккулянтами или осаждающими реагентами. При очистке раствора от цемента важно учитывать этап выполняемых в это время буровых работ. Небольшое загрязнение можно эффективно устранить и оставить раствор удовлетворительного качества как пакерную жидкость; однако в большинстве случаев на качественную обработку раствора попросту не хватает времени. Загрязнение цементом в условиях высокой забойной температуры необходимо потребует немедленной и полной обработки во избежание загустевания или затвердевания цемента при высокой температуре.

 

При разбуривании большого количества цементного камня необходимо учитывать следующие технологические условия:

1. Если бурение находится в промежуточной или конечной стадии, вместо бурового раствора при проходке цемента лучше использовать воду. Это возможно лишь при проходке цемента в обсаженном стволе и отсутствии заколонных перетоков.

2. Если разбуривание цемента ведется на буровом растворе, с цементным загрязнением легко справиться на промежуточном этапе бурения. Обычно на данном этапе остается достаточно времени, чтобы произвести очистку или разбавление бурового раствора для выравнивания его параметров.

3. При заканчивании скважины необходимо выделить достаточное количество времени для очистки раствора от цемента, в противном случае цемент может набрать структуру. Если в качестве пакерной жидкости используется известковый раствор, возможно проведение простой обработки дефлоккулянтами с разбавлением.

 

Влияние рН на растворимость цемента создает трудности для применения осаждающих реагентов, если только не имеется достаточного времени на разбавление и снижение рН. Гидроксил-ионы увеличивают рН, делая кальций (цемент) нерастворимым. Поэтому сильно загрязненный цементом буровой раствор обычно обладает низкими реологическими свойствами по причине реакций ионного обмена кальция, высоким рН, высокой щелочностью, высоким Pm, низким содержанием кальция в фильтрате и, в зависимости от концентрации раствора, высокой водоотдачей. При обработке загрязненного цементом бурового раствора следует проявлять аккуратность. Низкие реологические параметры, полученные в результате анализов, могут не отражать фактические условия на забое, особенно если забойная температура превышает 275°F. Схватывание цемента при высокой температуре может стать серьезным осложнением при загрязнении бурового раствора цементом.