ОЧИСТКА БУРОВОГО РАСТВОРА ОТ ГАЗА

Газирование бурового раствора препятствует ведению нормального процесса бурения. Во-первых, вследствие сни­жения эффективной гидравлической мощности уменьшается скорость бурения, особенно в мягких породах; во-вторых, возникают осыпи, обвалы и флюидопроявления в результа­те снижения эффективной плотности бурового раствора (а следовательно, и гидравлического давления на пласты); в-третьих, возникает опасность взрыва или отравления ядо­витыми пластовыми газами (например, сероводородом).

Попадающий в циркуляционный поток газ приводит к из­менению всех технологических свойств бурового раствора, а также режима промывки скважины. Кроме очевидного уменьшения плотности раствора изменяются также его рео­логические свойства — по мере газирования раствор стано­вится более вязким, как и всякая двухфазная система. Пу­зырьки газа препятствуют удалению шлама из раствора, по­этому оборудование для очистки от шлама работает неэф­фективно.

Кислые газы, такие как двуокись углерода, могут привести к понижению рН раствора и вызвать его флокуляцию.

Снижение гидравлической мощности вследствие присутст­вия в растворе газа отрицательно сказывается на всем про­цессе бурения. Оптимизированные программы бурения тре­буют, чтобы на долоте срабатывалось до 65 — 70 % гидравли­ческой мощности. Но снижение объемного коэффициента полезного действия насоса в результате газирования бурового раствора влечет за собой существенное уменьшение подачи насосов, так как

N~pQ,

где N — гидравлическая мощность; Q , р — соответственно подача и давление, развиваемые буровыми насосами.

Как видно из рис. 7.25, зависимость гидравлической мощ­ности от степени газирования (объемная доля) бурового рас­твора весьма заметна. Так, при содержании (объемной доле) газа, равном 2 %, снижение гидравлической мощности со­ставляет 5,6 %.

Чтобы свести к минимуму вредное влияние самопроиз­вольного газирования бурового раствора, необходимо знать условия проникновения газа в него и их физико-химическое взаимодействие.

Газ из пласта попадает в буровой раствор в результате от­рицательного дифференциального давления между скважиной и пластом либо вследствие высокой скорости бурения, когда пластовый газ не успевает оттесниться фильтратом от забоя и стенок скважины и попадает в поток раствора вместе с выбуренной породой.

Газ в буровом растворе может находиться в свободном, жидком и растворенном состоянии. По мере перемещения потока раствора к устью пузырьки свободного газа увеличи­ваются в объеме в результате снижения давления, сливаются друг с другом, образуя газовые пробки, которые прорывают­ся в атмосферу. Свободный газ легко удаляется из раствора в поверхностной циркуляционной системе путем перемешива­ния в желобах, на виброситах, в емкостях. При устойчивом газировании, например во время бурения при несбалансиро­ванном давлении, свободный газ удаляют из бурового раство­ра с помощью газового сепаратора.

Пузырьки газа, которые не извлекаются из бурового рас­твора при перепаде давления между ними и атмосферой, оказываются вовлеченными в буровой раствор и для их удаления

требуется дополнительная энергия.

Полнота дегазации буровою раствора зависит от его плотности, количества твердой фазы, вязкости и прочности структуры. Существенную роль играют также поверхностное натяжение жидкости, размер пузырьков и силы взаимного притяжения.

В связи с высоким поверхностным натяжением трудно поддаются дегазации буровые растворы на углеводородной основе, а также растворы, содержащие в качестве регулятора водоотдачи крахмал. Некоторые углеводороды, проникая из пласта в буровой раствор при повышенных температуре и давлении, остаются в жидком состоянии. Попадая в другие термодинамические условия, например в поверхностную цир­куляционную систему, они превращаются в газ и заметно из­меняют технологические свойства бурового раствора.

Некоторые газы при повышенных температуре и давлении проникают в межмолекулярную структуру бурового раствора и вызывают едва заметное увеличение его объема. Наиболее опасны в этом отношении растворы на углеводородной ос­нове, в которые может проникать большое количество плас­тового газа. Обнаружить вовлеченный таким способом в бу­ровой раствор природный газ очень трудно.

Растворы, газированные сероводородом, создают особен­ные трудности при дегазации:

система дегазации должна быть весьма эффективной, так как при объемной концентрации 0,1 % сероводород — опас­ный яд;

· сероводород взрывоопасен даже при объемной концент­рации 4,3 % (для сравнения, нижний предел взрываемости метана 5 %);

· сероводород растворим в буровых растворах, его раство­римость в воде приблизительно пропорциональна давлению;

· сероводород обладает высокой корродирующей способно­стью.

Различная степень газирования бурового раствора требует применения разного оборудования для дегазации. Свободный газ удаляется достаточно просто. Поток раствора из межтрубного пространства поступает в сепаратор, где газ отделя­ется от раствора и направляется по отводной линии на факел. Оставшийся в растворе свободный газ удаляется в атмо­сферу окончательно на виброситах или в емкости для сбора очищенного от шлама раствора.

Газ, проникший в молекулярную структуру раствора,извлечь значительно труднее. Для этого требуется не только затратить некоторую энергию, но и часто необходимо при­менять понизители вязкости и поверхностного натяжения, если используется недостаточно совершенная система дегаза­ции.

Жидкие и растворимые газы удалить из раствора доволь­но трудно, так как газ входит в межмолекулярную структуру нефтяной фазы бурового раствора. Легкие углеводороды

(С1 - С5) можно извлечь с помощью вакуумного дегазатора, а тяжелые почти невозможно Выходя из раствора в виде пара, эти газы причиняют много неприятностей.

Если поступающий в раствор газ содержит двуокись угле­рода или сероводород, то обычно повышают рН раствора, чтобы избежать образования слабых кислот. Применяют также раскислитель сероводорода как средство против от­равления людей этим сильнотоксичным газом. В качестве раскислителя чаще всего используют каустическую соду, мо­дифицированные неорганические соединения железа, соеди­нения карбоната меди, карбоната цинка и оксида цинка.

Обычная схема дегазации бурового раствора при интен­сивном поступлении газа (например, при несбалансированном давлении в скважине) показана на рис. 7.26. Газожидкостный поток из скважины 2, дойдя до вращающегося превентора 3, через регулируемый штуцер 4 и герметичные манифольды поступает в газовый сепаратор 5, где из раствора выделяется основной объем газа. Очищенный от свободного газа рас­твор поступает на вибросито б и собирается в первой емкос­ти циркуляционной системы. Дальнейшая очистка раствора от газа осуществляется с помощью специального аппарата-дегазатора 7.