Введение
Инженер по буровым растворам (правильно называемый инженером буровых жидкостей, но чаще именуемый "мастером по грязи") работает на буровой установке для нефтяных или газовых скважин и отвечает за поддержание свойств бурового раствора, также известного как буровая грязь, в пределах заданных параметров.
Использование грязи
Грязь является важной частью буровых работ. Она обеспечивает гидростатическое давление на стенки скважины для предотвращения неконтролируемого притока пластовых флюидов, смазывает и охлаждает буровой долото, выносит шлам на поверхность, формирует "фильтрационную корку" на стенках скважины для предотвращения проникновения буровой жидкости, служит средой для геофизических исследований и способствует бурению за счет разрушения породы струями из долота. Для эффективного выполнения этих задач в состав грязи вводятся тщательно подобранные добавки, контролирующие ее химические и реологические свойства. Буровая грязь обычно представляет собой неньютоновскую жидкость с переменной вязкостью, обладающую свойством разжижения при сдвиге. При более высоком сдвиге, например, в бурильной трубе и через сопла долота, вязкость снижается, что уменьшает требования к мощности насосов. При возвращении на поверхность через более широкое кольцевое пространство она испытывает меньшее сдвиговое напряжение и становится более вязкой, что улучшает ее способность выносить шлам. Бентонит обычно используется в качестве добавки для контроля и поддержания вязкости, а также обладает дополнительным преимуществом – формирует фильтрационную корку (также известную как фильтрационный пирог) на стенках скважины, предотвращая проникновение жидкости. Барит обычно используется для "утяжеления" грязи, чтобы поддерживать адекватное гидростатическое давление в скважине. Это критически важно для предотвращения поглощения и, в конечном итоге, фонтанирования из-за неконтролируемого притока пластовых флюидов. Уровень "грязевых резервуаров" на поверхности тщательно контролируется, поскольку увеличение уровня грязи указывает на поглощение и может потребовать перекрытия скважины и циркуляции более тяжелой буровой жидкости для предотвращения дальнейшего притока пластовых флюидов или газа. Буровая жидкость должна быть химически совместима с проходящими породами. Соленость подбирается таким образом, чтобы не вызывать набухание глины или другие проблемы. Грязь может быть "на нефтяной основе" или "на водной основе". Во многих регионах грязь на нефтяной основе постепенно выводится из использования из-за ее меньшей экологичности, хотя в некоторых породах она необходима из-за проблем химической совместимости. На морских платформах обычно используется синтетическая грязь на нефтяной основе.
Работа
Инженер по буровым растворам (или инженер-буровик) может быть выпускником университета, колледжа или технического института, имеющим опыт работы на буровых установках. На суше этот опыт обычно приобретается при работе помощником бурильщика, а в море – оператором насосной установки. Прежде чем начать самостоятельную работу, он проходит специальный курс обучения, известный как "школа грязи", и часто работает под руководством опытного инженера по буровым растворам для получения практических навыков. До середины 1940-х годов бурильщик занимался приготовлением бурового раствора, но с ростом сложности бурения и углублением специализации эта задача все больше переходила к геологам. Перед началом бурения скважины разрабатывается "программа по буровому раствору", основанная на прогнозируемой геологии, в которой заранее определяются используемые продукты, их концентрации и характеристики жидкости на различных глубинах. По мере углубления скважины требуется все больше бурового раствора, и инженер по буровым растворам отвечает за то, чтобы новый раствор соответствовал заданным спецификациям. Химический состав бурового раствора разрабатывается для стабилизации стенок скважины. Иногда для проходки определенного подповерхностного слоя требуется полная замена бурового раствора. В процессе бурения инженер по буровым растворам получает информацию от других сервисных служб, таких как каротажник (техник геофизических исследований), о продвижении через геологические зоны и регулярно проводит физико-химические анализы бурового раствора. В частности, часто проверяются вязкость по вискозиметру Марша и плотность. По мере бурения в буровом растворе накапливаются мелкие частицы горных пород, что изменяет его свойства. Задача инженера по буровым растворам – определить необходимые добавки для корректировки этих изменений или, при необходимости, частично или полностью заменить раствор. Он также должен контролировать работу оборудования, используемого для перекачки и очистки бурового раствора, и быть готовым к возможным неточностям в прогнозах геологов или возникновению других проблем. Иногда для стабилизации стенок скважины на определенной глубине требуется закачка цементного раствора через систему бурового раствора, и инженер по буровым растворам может руководить этим процессом. Инженер по буровым растворам получает всестороннюю поддержку от компании-поставщика буровых растворов, включая компьютерные программы и справочные материалы по всем известным проблемам и способам их решения, но ответственность за правильное выполнение работы в ситуации, где ошибки могут быть очень дорогостоящими, лежит на нем. Работа инженера по буровым растворам может включать длительные смены продолжительностью более 12 часов в день. Типичный график работы на морских и зарубежных проектах – четыре недели работы и четыре недели отдыха.
Важные свойства жидкости
Одним из наиболее важных свойств бурового раствора является его плотность (вес). Если плотность бурового раствора превышает давление разрыва пласта, пласт может разрушиться, и большое количество раствора будет потеряно в него, что называется потерей циркуляции. Эти трещины также могут привести к просачиванию воды в ствол скважины или в нефтенасыщенную зону, что, вероятно, затруднит добычу нефти из пласта (или потребует отделения больших объемов воды). И наоборот, если плотность бурового раствора слишком низкая, его гидростатическое давление будет меньше, чем пластовое давление. Это приведет к притоку пластовой жидкости в скважину и на поверхность. Это называется "приток" и может привести к потенциально смертельному выбросу, если неконтролируемая жидкость достигнет поверхности. Другими важными свойствами бурового раствора, которые необходимо поддерживать, являются предел текучести (YP), определяющий способность раствора выносить выбуренную породу на поверхность. Буровой раствор должен быть способен образовывать тонкую "грязевую корку", которая выстилает стенки скважины.
Компании, производящие буровые жидкости
Операции с буровыми растворами часто передаются на аутсорсинг сервисным компаниям, что является распространенной тенденцией в нефтяной промышленности для большинства видов ее деятельности. Четыре крупнейшие компании, предоставляющие услуги по буровым растворам, – это M I SWACO (компания Schlumberger), Baroid Drilling Fluids (Halliburton Oilfield Services), Baker Hughes Drilling Fluids и Weatherford International Drilling Fluids and Drilling Waste Management. Однако существует множество более мелких компаний, также предоставляющих услуги по буровым растворам. Независимые компании могут предлагать локальные знания, качественные услуги и продукты для буровых растворов. ANA Industries Limited также является крупнейшей независимой компанией по буровым растворам в Западной Африке.