Vrtný kal je komplexní vícesložkový disperzní systém suspenze, emulze a provzdušňovaných kapalin, který se používá k proplachování studní při vrtání .
Použití vrtných kapalin pro vrtání studní poprvé navrhl v roce 1833 francouzský inženýr Fauvel, který při pozorování drátového vrtání, při kterém vrtací stroj narazil na vodu, si všiml, že tekoucí voda byla velmi účinná při odstraňování vrtných odřezků z vrtů. studna. Vynalezl přístroj, ve kterém se měla čerpat voda pod vrtnou tyč, odkud se vrtné úlomky vymývaly vodou na povrch mezi vrtnou tyč a vrt. Princip zůstal nezměněn dodnes.
Účel BR:
· kompenzuje tlak v zásobníku;
· vytváří na stěnách studny filtrační koláč a tím posiluje nestabilní usazeniny. Snižuje dopad filtrátu vrtné kapaliny na horniny oddělením vyvrtaných útvarů a otevřeného otvoru;
transportuje řízky ze studny a udržuje ji v suspenzi po zastavení oběhu;
přenáší hydraulickou energii na vrtný motor a bit;
Zabraňuje stěrům, kolapsům atd.;
· poskytuje vysoce kvalitní otevírání produktivních vrstev ;
Poskytuje mazací a antikorozní účinek na vrtací nástroj;
· chladí a maže bit ;
· předchází možnosti komplikací při vrtání (slepování diferenciálu, ztráty, ropné a plynové show atd.);
Poskytuje informace o geologické sekci.
Ve vrtné praxi se vrtné výplachy používají na vodních (technická voda, roztoky solí a hydrogelů, roztoky polymerů, polymer-jíl a jílů), uhlovodících (vápennobitumenová malta, invertní emulze) a provzdušněném podkladu.
Při vrtání v chemogenních ložiskách se používají jílové roztoky nasycené solí, hydrogely, v případě možného sesuvu a sesuvů stěn studní inhibované roztoky, chemogenní nestabilní horniny.
Při vrtání za podmínek charakterizovaných abnormálně vysokými tlaky se v nekomplikovaných podmínkách používají vážené vrtné výplachy - technická voda, bezpolymerové jíly a polymerní jílové kaly s nízkým obsahem pevných látek.
Účinnost vrtných kapalin závisí na jejich vlastnostech, které zahrnují hustotu , viskozitu , ztrátu kapaliny , statické smykové napětí, strukturní stejnoměrnost, obsah plynu, písek; tixotropie , obsah iontů Na , K , Mg .
Ztráta kapaliny z vrtného kalu je charakterizována objemem filtrátu (od 2 do 10 cm³) odděleného od kalu přes standardní filtrační povrch při poklesu tlaku ~ 100 kPa po dobu 30 minut. Tloušťka sedimentu na filtru (filtračním koláči), který se tvoří při stanovení ztráty vody, se pohybuje v rozmezí 1-5 mm. [jeden]
Obsah pevné fáze ve vrtném výplachu charakterizuje koncentraci jílu (3-15 %) a vážícího činidla (20-60 %). Pro zajištění účinnosti vrtání (v závislosti na konkrétních geologických a technických podmínkách) jsou vlastnosti vrtného výplachu řízeny změnou poměru obsahu dispergované fáze a disperzního média a zaváděním speciálních materiálů a chemikálií do nich. Abyste zabránili projevům vody a plynu při abnormálně vysokých tlacích v nádrži, zvyšte hustotu vrtné kapaliny zavedením speciálních zatěžovacích činidel (například křída až do 1500 kg/m³, baryt a hematit až do 2500 kg/m³ nebo více) nebo snižte na 1000 kg/m³ v důsledku provzdušňování vrtného výplachu nebo přidání pěnotvorných činidel ( sulfanol , lignosulfonát ). Obsah pevné fáze vrtné kapaliny je regulován třístupňovým systémem čištění na vibračních sítech; plynné látky se oddělují v odplyňovači . Pro kontrolu obsahu pevné fáze se navíc do roztoku zavádějí selektivní flokulanty .
Ke kontrole vlastností roztoků na bázi uhlovodíků se používá speciální třída činidel . Patří mezi ně emulgátory (mýdla mastných kyselin, emultal a další), vodoodpudivé látky (sulfanol, kvartérní aminy, organokřemičité sloučeniny), reduktor filtrace ( organohumáty ).
Vrtné kapaliny se připravují bezprostředně před vrtáním a během jeho procesu.
Pro přípravu vrtných výplachů se používají jemně disperzní, plastické jíly s minimálním obsahem písku, schopné vytvořit s vodou viskózní, trvanlivou suspenzi . Nejlepší vlastnosti mají v podstatě alkalické (sodné) odrůdy montmorillonitu (bentonitové jíly), jílové prášky, které se používají především při vrtání ropných a plynových vrtů a pro přípravu jílových roztoků s nízkou hustotou.
Škodlivými nečistotami v jílech, které zhoršují stabilitu jílových roztoků, jsou sádrovec , rozpustné soli , vápenec .
Hlavním ukazatelem kvality jílových surovin a jílových prášků určených pro přípravu vrtných výplachů je podle technických specifikací (TU U 39-688-81 [2] ) výtěžnost roztoku - počet kubických metrů hl. roztok (suspenze) o dané viskozitě získaný z 1 tuny jílových surovin. Kromě toho se reguluje hustota roztoku a obsah písku.
Většina vrtných kapalin při vrtných operacích se recykluje v následujícím cyklu:
Síto se skládá z řady vibrujících kovových mřížek, které se používají k oddělení roztoku od kejdy. Roztok protéká roštem a vrací se zpět do jímky.
Částice kalu padají do žlabu k odstranění. Z ekologických a jiných důvodů mohou být před likvidací vyčištěny. Některé částice odřezků vybírají geologové, aby mohli studovat stav uvnitř studny.
Alkalické hnědouhelné vrtné kaly jsou vrtné kaly, do kterých se zavádí určité množství alkalických lignitů .
Vápenobitumenové bahno je vrtné bahno na bázi oleje, jehož disperzním médiem je motorová nafta nebo olej a dispergovanou fází je vysoce oxidovaný bitumen, oxid vápenatý, baryt a malé množství vody nutné pro hašení vápna.
Lehké bahno - vrtné bahno, snížená hmotnost, lehká, která má nižší hustotu . Že. používá se k vrtání a zabíjení studní ve formacích s nízkým tlakem v nádrži.
Polymerní kal – vrtný kal na vodní bázi obsahující lineární polymery s vysokou molekulovou hmotností; obvykle používané při vrtání tvrdých hornin.