Использование буровых растворов содержащих микросферы 3М

Использование буровых растворов
содержащих микросферы 3М
Основные рекомендации
Введение
3M™ Микросферы представляют собой инженерно разработанные полые стеклянные микросферы, которые
используют как облегчающую добавку в различных операциях строительства скважин, таких, например, как
приготовление облегченного бурового раствора. Добавка химически стабильна, несжимаема и практически
не растворяется в воде и нефти. Микросферы 3М имеют специально подобранный состав для соблюдения
высокого соотношения прочности к их весу, что позволяет им оставаться целыми в сложных скважинных
условиях. В буровых растворах микросферы 3М позволяют добиться плотности растворов до 0,66 кг/литр.
Буровые растворы с микросферами 3М позволяют бурить на равновесии, близко к балансу и на депрессии.
Микросферы в буровых растворах позволяют проводить измерения во время бурения MWD. Буровые
растворы с микросферами 3М могут быть потенциально использованы повторно на многих локациях,
снижая таким образом затраты на буровой раствор.
Шаги по приготовлению и использованию облегчённых буровых растворов
Данное руководство приводит основные рекомендации по применению буровых растворов, содержащих
стеклянные микросферы 3М.
Всего предлагаются 14 последовательных шагов, которые представлены в четырех отдельных секциях на
рисунке 1.
А) Приготовление облегченного бурового раствора
Главной целью этого шага является достижение требуемой плотности бурового раствора.
1. Приготовьте буровой раствор следуя стандартным процедурам.
2. Проверьте чтобы объем бурового раствора и объем вводимых стеклянных микросфер соответствовал
рецептуре раствора.
3. Введите микросферы в раствор и перемешайте. Заметьте, что введение микросфер в раствор может занять
длительное время, что требует соответствующего планирования. Обычные реагенты добавляются в раствор
через воронку Вентури. Микросферы добавляются в буровой раствор таким же способом, однако при этом
они склонны образовывать комки и образовывать заторы. В качестве альтернативного метода замешивания
микросфер в буровой раствор можно использовать поток, образуемый сжатым воздухом или жидкостью.
При использовании сжатого воздуха может образовываться пыль, операторы загрузки должны носить
соответствующие средства индивидуальной защиты (для дополнительной информации обратитесь к
техническому описанию материала). Данный метод загрузки микросфер в буровой раствор может быть
реализован двумя путями:
a. Используйте гравитационную разгрузку непосредственно в емкость для бурового раствора. Это
рекомендованный способ, однако могут потребоваться некоторые изменения в процессе разгрузки.
Добавление потока жидкости может помочь предотвратить образование пыли. В данном случае поток
жидкости – циркулирующий буровой раствор создаёт эффект сифона, который снижает воздушное пыление.
Размер гравитационного желоба и объем жидкости должны быть подобраны в соответствии с объемом
вводимых микросфер. Для улучшенного процесса загрузки микросфер в буровой раствор, может быть
полезным «сжижать» микросферы в мешке путем нагнетания в него сжатого воздуха при пониженном
давлении чуть ниже отверстия на дне мешка.
Рисунок 2 . Разгрузка микросфер путем прямой гравитационной подачи
Подъемник с тележкой
Подъемная рама
Биг бэг
Турбулизатор мешка
Гибкая изоляция
Окно
Защитная камера
Датчик наполнения
Разжижители
Выпуск
б. Используйте диафрагменный насос, напрямую из мешка в емкость с буровым раствором. Нужно
соблюдать осторожность при использовании устройства центровки, чтобы материал подкладки не забивал
поток. Также нужно уделять внимание самому насосу. Периодическая очистка необходима для избегания
поломки насоса из-за микросфер, скапливающихся в диафрагме. При использовании данного метода
разгрузка одного мешка может занять более 10 минут.
Рисунок 3. Разгрузка микросфер через двойной диафрагменный насос
В процесс
Кустовой трубопровод
Стравливатель
Насос
Предохранительный
клапан
Со склада
4. Убедитесь что смесь гомогенная. Вначале микросферы стремятся плавать на поверхности бурового
раствора. Однако, поскольку буровой раствор уже имеет модуль сдвига (содержит реагенты для создания
вязкости), процесс гомогенизации сравнительно прост. Большие сдвиговые нагрузки не требуются.
5. Удостоверьтесь что достигнуты целевая плотность и реологические параметры раствора.
Б) Конфигурация оборудования для очистки бурового раствора
Оборудование очистки бурового раствора используется для удаления как можно большего количества
механических примесей и шлама и удержания в ней как можно большего количества жидкости с
микросферами. Выбуренный шлам удаляется из раствора на виброситах, гидроциклонах и центрифугах. Это
оборудование должно быть определенным образом настроено для предотвращения удержания микросфер,
их отделения из бурового раствора и забивания оборудования.
6. Вибросита. Вибросита используют для удаления из раствора самых крупных частиц выбуренной породы.
Вибрация вибросита позволяет быстро отделить буровой раствор и крупные частицы породы. Частицы,
размер которых не позволяет им пройти через сито, отделяются от бурового раствора для утилизации.
Поверхность сита обычно сделана из переплетенных проволок. Однослойные сита имеют один экран.
Отверстия экрана одинаковые по форме и по размеру. Мэш (номер сита по американскому стандарту API)
определяется как число отверстий на дюйм длины. Для предотвращения отделения микросфер используйте
мэш#180 в начале. Как запасной вариант, стоит приготовить мэш#160 или мэш#150.
7. Гидроциклоны. Гидроциклоны состоят из верхней цилиндрической секции, совмещенной с
тангенциальной приемной секцией и нижней конической секции, открытой снизу, позволяющей отделять
частицы выбуренной породы. Буровой раствор после центробежного насоса подается в гидроциклон по
касательной на большой скорости через впускной патрубок со стороны верхнего цилиндра. По мере того как
буровой раствор подается в гидроциклон, центробежная сила вихревого потока раствора ускоряет более
тяжелые частицы шлама в направлении стенки конуса. Буровой раствор вращается с большой скоростью
продвигаясь вниз к выпускному отверстию. Выбуренные частички продвигаются к выпускному отверстию
по стенке конуса. Раствор, легкие частицы породы и микросферы (одного порядка веса, легче чем частицы
породы) которые скопились вдали от стенки конуса выносятся встречным потоком по восходящему
вихревому пути в центр конуса и выходят через сливную насадку.
Гидроциклоны эффективно удаляют более тонкие частички вплоть до диаметра в 20 микрон без разделения
микросфер. Есть два типа гидроциклонов: илоотделители (2-6 дюймов), они могут работать постоянно и
пескоотделители (6-12 дюймов) они должны работать с перерывами.
8. Центрифуги. Центрифуга состоит из вращающегося конического барабана. Буровой раствор подается в
одну сторону, а отделенные частицы продвигаются вверх по цилиндру вращающимся винтом для удаления с
другой стороны. Центрифуги могут отделять более мелкие частицы чем гидроциклоны или вибросита. Для
предотвращения забивания и разделения микросфер следует использовать две центрифуги, включенные
параллельно, когда каждая центрифуга обрабатывает половину потока. Следует начать с малых оборотов
вращения и плавно увеличивать частоту вращения для нахождения максимальной частоты вращения без
разделения микросфер (обычно это 50% от максимально возможной скорости вращения).
В) Циркуляция бурового раствора
Плотность бурового раствора должна поддерживаться постоянно для оптимального процесса бурения.
Снижение плотности бурового раствора до определённого значения может не остановить потери бурового
раствора окончательно, особенно если сеть препятствия для достижения требуемых параметров бурового
раствора. Полные потери бурового раствора и потери циркуляции должны устраняться в соответствии с
утвержденными правилами бурения.
9. Убедитесь что расчетный расход раствора, тип долота, размер насадок долота подобраны для работы в
самом щадящем режиме.
10. Контролируйте свойства бурового раствора как обычно.
11. Следите за увеличением плотности бурового раствора. Увеличение плотности может быть вызвано
накоплением шлама, дождем, или другими источниками жидкости. В случае увеличения плотности
бурового раствора, примите соответствующие меры для ее коррекции.
12. Управляйте плотностью бурового раствора путем периодического добавления свежих порций
микросфер. Частота добавления новых партий микросфер зависит от режима бурения и геологических
условий, рекомендуется подход «слил и долил» который можно комбинировать с периодическим
добавлением микросфер. Этот подход состоит из сброса части использованного бурового раствора и замены
его на свежий приготовленный раствор убедившись, что плотность новой смеси раствора соответствует
целевой плотности раствора.
Г. Возможности для повторного использования облегченного бурового раствора.
Позволяет снизить стоимость бурового раствора путём его рекондиции и повторного использования.
13. По завершению бурения, проверьте качество использованного бурового раствора. Его возможно
использовать на другой локации.
14. Добавьте свежую порцию микросфер для рекондиции бурового раствора.
Пример бурения в Канаде
Буровой раствор содержащий микросферы 3М был впервые применен на скважине на глубине 600 метров
(1,968 ft).
Одна партия микросфер (700 lbs) в час была добавлена для снижения и поддержания плотности бурового
раствора.
Таблица 1 отображает полученные плотности бурового раствора на различных глубинах.
Таблица 1 Пример бурения в Канаде: Плотность облегчённого бурового содержащего микросферы
3M™
Глубина
Плотность
(кг/м3)
Плотность
(фунт/галлон)
600m
830
6.92
1000m
810
6.76
1200m
805
6.72
Плотность переполнения центрифуги была 795 кг/м3 (6.63 lb/gal), что указывает на то что центрифуга
позволяла удерживать микросферы в растворе вместо их отделения. Это позволило центрифуге отделять
частицы выбуренной породы во время бурения и позволяя удерживать плотность бурового раствора в
заданном окне. После достижения требуемой плотности 805-810 кг/м3, 1 партия (700 фунтов lbs) микросфер
добавлялась каждые 3-4 часа для поддержания плотности пока весь интервал не был пробурен на 2275 м.
Интервалов с высокими давлениями встречено не было и это позволило бурить с пониженной плотностью
без фонового газа. Оператор спустил промежуточную колонну с тем же буровым раствором.
Рисунок 1. Приготовление и использование облегченных буровых растворов с использованием
стеклянных микросфер 3М
(достигнуть требуемой плотности)
А) Приготовление облегченного
бурового раствора
1
Приготовьте базовый буровой раствор
Убедитесь что раствор и микросферы соответствуют рецептуре
2
А
3
Засыпьте микросферы в раствор и перемешайте
(Планируйте эту операцию заранее так как она
может занять некоторое время)
б) Диафрагменный насос,
из мешка в бак
а) Гравитационная
разгрузка прямо в бак
4
5
Убедитесь что смесь гомогенная
Проверьте что достигнута требуемая
плотность бурового раствора
Нет
Да
6
Вибросита
Используйте сито mesh#180 для начала. Приготовьте
сита mesh#160 и mesh#150 как запасной вариант.
(Предотвращение удержания микросфер на
ситах, отделение, забивание)
Б) Конфигурация оборудования для очистки
бурового раствора
Б
7
Гидроциклон тонкой
очистки (илоотделитель) –
работает постоянно
Гидроциклоны
Гидроциклон грубой очистки
(пескоотделитель) – работает
интервалами
грубой очистки
(пескоотделитель) – работает
Центрифуги интервалами
8
Две центрифуги работают параллельно, каждая обеспечивает 0,5 расхода
Число оборотов в минуту варьируется, начинать нужно с медленных
оборотов
Найдите максимальную скорость вращения без отделения микросфер из
раствора (примерно 50% от максимальной скорости)
В) Циркуляция бурового раствора
(управление плотностью)
9
В
10
11
12
3
Г) Возможности для повторного
использования облегченного бурового
раствора (возможность для снижения затрат)
Свести к минимуму разрушение микросфер
Убедитесь что расчетный расход раствора, тип долота, размер
насадок долота подобраны для работы в самом щадящем режиме
Контролируйте свойства бурового раствора
Следите за увеличением плотности бурового раствора
Увеличение плотности может быть вызвано накоплением
шлама, дождем, или другими источниками жидкости
Управляйте плотностью бурового раствора путем
добавления новых партий микросфер в буровой
раствор
Частота добавления новых партий микросфер зависит от
режима бурения и геологических условий,
рекомендуется подход «слил и долил»
13
14
Добавьте свежую партию микросфер в
использованный буровой раствор
По завершении бурения проверьте качество использованного
бурового раствора.
Его возможно будет использовать на другом кусте или скважине