Исследование диспергирующих свойств буровых растворов

Глинистые минералы всех типов адсорбируют воду, то есть благодаря разбухающей решетке глинистые минералы поглощают значительно большие объемы воды. Это приводит к диспергированию глинистой фазы и переходу ее в состав бурового раствора, что влечет за собой изменение его основных технологических свойств.

Известно, что коллоидные частицы остаются во взвешенном состоянии неопределенно долгое время благодаря своему чрезвычайно малому размеру. Конечные ско­рости осаждения частицы приобретают только в том случае, если происходит их агрегация. Будучи взвешены в чистой воде, они не могут агломерировать из-за взаимодействия между сильно диффундированными двойными электрическими слоями (ДЭС). Однако если в суспензию добавить электролит, двойные электрические слои сжимаются. При добавлении достаточного количества электролита коллоидные частицы могут настолько сблизиться, что под влиянием сил притяжения произойдет их слияние в более крупные агрегаты. Это в свою очередь вызывает осаждение частиц, что приводит к образованию шламовых пробок и может привести к прихвату бурильной колонны.

Для предотвращения вторичного перемалывания на забое и диспергирования выбуренной породы используют механические средства очистки (гидроциклонные илоотделители, центрифуги). Наиболее заметный прогресс в регулировании содержания и состава твердой фазы в буровых растворах был достигнут, начиная с 50-х годов, в результате применения центрифуг-отстойников. Это оборудование, претерпев значительную модернизацию, используется до настоящего времени. Основным современным аппаратом для выполнения этой технологической операции является центробежный сепаратор, представляющий собой разновидность центрифуг.

Разделив буровой раствор на облегченный и утяжеленную пульпу, оператор получает возможность регулировать их возврат в циркуляционную систему и подачу в запасные емкости, тем самым осуществляя первичное регулирование содержания и состава твердой фазы в буровом растворе. Окончательное доведение раствора до кондиции производят путем добавления в него (при необходимости) свежих порций компонентов.

Ещё одним из методов сохранения содержания твёрдой фазы в буровом растворе в условиях интенсивного выноса глинистого шлама является его флокуляция. Благодаря образованию флокул выбуренной породы по средствам гибких «полимерных мостиков» (молекул адсорбированных полимеров) они облегчают удаление выбуренной породы в системе очистки на поверхности. С этой функцией лучше справляются линейные полимерные соединения, используемые в качестве стабилизаторов буровых растворов на водной основе. Это объясняется тем, что длинная молекула полимера присоединяется двумя концами к двум разным частицам дисперсной фазы, скрепляя их углеводородным мостиком.

В 50-70-х годах был разработан целый класс недиспергирующих полимерных буровых растворов. Основными классами органических химических реагентов, обеспечивающих флокуляционно-стабилизационное действие в таких растворах, являются акрилаты, водорастворимые полисахариды, эфиры целлюлозы, а также синтетические смолы. Содержание полимера в зависимости от его класса и молекулярной массы составляет 0,001-0,5 %. Следует отметить, что недиспергирующий эффект полимерных систем снижается в монтмориллонитовых глинах натриевого типа повышенной влажности. В этом случае предупреждение наработки коллоидной фазы может быть обеспечено дополнительной обработкой гидрофобизующими или ингибирующими реагентами.

Оценивать диспергирующие свойства бурового раствора принято через Индекс диспергирования:

, (2)

Где θ₁ – статическое напряжение сдвига за 1 минуту раствора со шламом, θ_1исх – исходное статическое напряжение сдвига за 1 минуту.

Однако при диспергировании выбуренной породы изменяется не только статическое напряжение сдвига, но и все основные технологические свойства раствора (плотность, вязкость, фильтрация), что может стать причиной осложнений в процессе бурения.

Цель работы – оценить диспергирующие свойства буровых растворов.

Порядок работы:

1. Из увлажненного глинопорошка приготовить плотные шарики (не должны прилипать к пальцам рук) диаметром около 1 см. приблизительно равной массы.

2. Приготовить буровой раствор объемом 750 мл (по заданию преподавателя).

3. Измерить свойства раствора и занести в таблицу 6.

4. Из расчета 5 % от объема раствора добавить в буровой раствор глинистые шарики, предварительно измерив их общую массу. Перемешиваем буровой раствор в течение 10 минут.

5. После перемешивания замерить условную вязкость, плотность раствора и массу глинистых шариков.

6. Результаты занести в таблицу 6.

, (3)

где ρ_р – плотность бурового раствора, ρ_в – плотность воды, ρ_г – плотность глины.

Таблица 6 – Результаты исследований

Компонентный состав бурового раствора

Плотность бурового раствора, кг/м^3

Концентрация коллоидной фазы, Г, %

Масса шлама, гр

Условная вязкость, сек

до

после

до

после

до

после

до

после

1.

2.

Контрольные вопросы:

1. Как вы понимаете термин «диспергирование».

2. По каким признакам можно оценить диспергирование выбуренной породы в буровом растворе.

3. Как диспергирование шлама влияет на процесс бурения.

4. Перечислите основные способы регулирования содержания твердой фазы в буровых растворах.

5. Охарактеризуйте полученные Вами результаты исследований.

Библиографический список:

1. Кудряшев, Б.Б. Бурение скважин в осложненных условиях [Текст]/ Б.Б, Кудряшев, А.М. Яковлев. -М.: Недра, 1987 г.

2. Сеид-Рза, М.К. Устойчивость стенок скважин [Текст]/ М.К. Сеид-Рза, Ш.И. Исмайылов, Л.М. Орман. – М.: Недра, 1981 г.

3. Городнов, В.Д. Физико-химические методы предупреждений осложнений в бурении [Текст]/ В.Д. Городнов. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Недра, 1984 г.

4. Байдюк, Б.В. Механические свойства горных пород при высоких температурах и давлениях [Текст]/ Б.В. Байдюк. - М.: Недра, 1963 г.

5. РД 39-0147009-723-88. Методика выбора комплекса мероприятий для предупреждения и ликвидации осложнений, связанных с нарушением устойчивости пород в процессе бурения [Текст]: - Краснодар: 1988 г. – 42 с.

6. Городнов, В.Д. Исследование глин и новые рецептуры глинистых растворов [Текст]/ В.Д. Городнов, В.Н. Тесленко, И.Н. Тимохин и др. - М.: Недра, 1985 г.

7. Ангелопуло, О.К. Буровые растворы для осложненных условий [Текст]/ О.К. Ангелопуло, В.М. Подгорнов, В.Э. Аваков. - М.: Недра, 1988 г.

8. Уляшева, Н.М. Технология полимерных буровых растворов [Текст]: Учебное пособие/ Н.М. Уляшева. - Ухта: 1992 г.

9. Булатов, А.И. Технология промывки скважин [Текст]/ А.И. Булатов, Ю.М. Проселков, В.И. Рябченко. - М.: Недра, 1981 г.

10. Белов, В.П. Образование каверн при бурении [Текст]/ В.П. Белов. - М.: Недра, 1970 г.

11. Михеев, В.Л. Технологические свойства буровых растворов [Текст]/ В.Л. Михеев. - М.: Недра, 1979 г.

12. Грей, Дж. Р., Состав и свойства буровых агентов (промывочных жидкостей): пер. с англ. [Текст]/ Дж. Р. Грей, Г.С.Г Дарли. - М.: Недра, 1985 г.

13. Войтенко, В.С. Геомеханика в бурении [Текст]/ В.С. Войтенко. - М. Недра, 1996 г.

14. Басаргин, Ю.М. Осложнения и аварии при бурении нефтяных и газовых скважин [Текст]/ Ю.М. Басаргин, А.И. Булатов, Ю.М. Проселков. - М.: Недра, 2000 г.

Дата добавления: 2015-09-07