Ответы. 1. Разновидности глинистых растворов. Функциональный состав глинистых растворов
 Скачать 1.57 Mb.
|
|
34. Гипсовые глинистые растворы: состав, приготовление, особенности определения реологических свойств, сравнительная характеристика и область применения. концентрация катионов Са2+= 800-1200 мг/л, что обеспечивает высокую ингибирующую способность раствора. Состав гл р-ра. Основа: Пресная вода +Бентонит или Пресный глинистый раствор без избытка глины Защитные коллоиды: Понизители водоотдачи: ФХЛС, КССБ, КМЦ Разжижители: ФХЛС и ОКЗИЛ Специальные добавки и реагенты: Са(ОН)2*1/2Н2О – алебастр - ингибитор гидратации, Са(ОН)2 – регулятор щелочности, Пеногаситель, Смазочные добавки – нефть, графит, Хроматы – для повышения температуры, Утяжелитель ПРИГОТОВЛЕНИЕ ГИПСОВОГО РАСТВОРА 1. Берем пресный глинистый раствор. 2. Вводим разжижитель, понизитель водоотдачи и пеногаситель. 3. Вводим регулятор щелочности Са(ОН)2. 4. Вводим алебастр – СаSO4*1/2 H2O. 5. Ввод остальных специальных реагентов и добавок. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА Наряду со стандартных свойствами у гипсовых растворов контролируют содержание Са2+ в фильтрате. ДОСТОИНСТВА: Такие же как и у известкового раствора. - усиленная ингибирующая способность; - повышенная термостабильность по сравнению с известковым раствором – до160 ºС; - простота регулирования реологических свойств. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ При бурении мягких, хорошо увлажненных глинистых пород с высоким содержанием поглощенных катионов Na+ (монтмориллониты). 35. Классификация буровых растворов и материалов, используемых при бурении. Классифицируются буровые растворы по агрегатному состоянию дисперсной фазы, к примеру когда дисперсная фаза: ОТСУТСТВУЕТ 1. Вода 2. Растворы солей ТВЕРДАЯ 3. Растворы ВМС (полимеры) 4. Глинистые растворы 5. Неглинистые шламовые суспензии 6. Гидрогели и солегели 7. Асбогели и асбогуматы 8. Торфогуматы ТВЕРДАЯ + ЖИДКАЯ 9. Эмульсионные глинистые растворы 10. Эмульсионные растворы с неглинистой твердой фазой ГАЗООБРАЗНАЯ 11. Аэрированные жидкости 12. Пены 36. Особенности свойств безглинистых буровых растворов выпускаемых за рубежом По зарубежной технологии для безглинистых полимерных растворов: основой является насыщенный раствор KCl, NaCl или CaCl2 В качестве защитных коллоидов используют следующий состав: а) гидролизный полиакриламид (ГПАА)- капсулатор (обволакивает выбуренные частицы породы и задерживает их гидратацию и разупрочнение), б) полиакрилат натрия – разжижитель (т.к. невысокая молекулярная масса), в) ПАЦ (полианионная целлюлоза) – понизитель водоотдачи, г) ХС-POLYMER – структурообразователь, загуститель, д) NaOH – для разворачивания молекул полимера (изменение конформации молекул полимера), е) NH4HSO3 – антикоррозионная В современных растворах используется, как правило, три полимера: 1. Метас и гипан – используются как понизители водоотдачи; 2. Гидролизованный полиакриламид (ГПАА) – капсулатор, 3. Небольшое количество биополимера, обеспечивающего удерживающую способность. Такие полимерные растворы принято называть недиспергированными. Полимеры в растворе никогда не способствуют диспергированию глинистых пород. Они покрывают и обломки выбуренной породы и стенки скважины пленкой полимера. ГПАА покрывает стенки скважины пленкой, а КМЦ - понизитель водоотдачи. За рубежом широко используются безглинистые растворы для вскрытия продуктивных пластов. Эти растворы не содержат глинистой фракции, они применяются при наличии в разрезе пластов с АВПД за счет растворения в них солей или ввода твердых материалов, способных повысить плотность раствора и образовать фильтрационную корку. 37. Известково-калиевые глинистые растворы: состав, особенности реологических свойств, приготовление, сравнительная оценка(достоинства-недостатки).  Недостатки: Имеют в своем составе одновременно катионы Са2+ и К+. При этом они обладают следующими недостатками: - требуется дополнительное использование ионов К+ для обеспечения адсорбции натриевой глины; - загрязнение окружающей среды; - коррозия; - ионы Са2+ не могут ингибировать глину, так как увлажнение глины неудовлетворительное. Ионы К+, проникая между частицами глины, вызывают обменную адсорбцию в хорошо увлажненных глинистых породах. Присутствие в глинистом растворе различных ионов, позволяет при плохом увлажнении глинистых частиц работать ионам Са2+, в увлажненных глинистых породах работать ионам К+. Достоинства: 1) Глинистый раствор, в дисперсионной среде которого содержатся одновременно и ионы Са2+ и ионы К+, может эффективно ингибировать как бентонит, так и слабо увлажненные глинистые породы. 2) Раствор содержит меньшее количество катионов, вызывающих коагуляцию глинистых суспензий, 3) Ингибирующее действие усиливается в результате химического взаимодействия между натриевой глиной и гидрооксидом кальция Са(ОН)2, 4) Раствор имеет малую коррозионную активность и экологически менее опасен вследствие отсутствия в его составе КСl. Основа: Пресная вода или морская вода +бентонит Защитные коллоиды: Разжижитель MOR-REX (мальтодекстрин – производная крахмала) Т.е. молекулярная масса уменьшается, отсюда далее разложение и получаем мальтозу – Понизители водоотдачи – КМЦ, ГКР. Спец.реагенты и добавки: Регулирование щелочности и дополнительный источник катионов К+ - КОН Са(ОН)2 – источник ионов Са2+ в глинистом растворе. В растворе: К+ =300- 2000 мг/л, Са2+=800-1200 мг/л Смазочные добавки Утяжелитель Используется в интервалах бурения неустойчивых глинистых пород различного минералогического состава и разной степени увлажнения. 38. Гидроциклонная очистка буровых растворов. Гидроциклон – это сосуд, верхняя часть которого имеет цилиндрическую форму, а нижняя коническую, у вершины конуса размещается насадка.Буровой раствор подается в цилиндрическую часть гидроциклона через насадку центробежного насоса. Ввод раствора идет по касательной к внутренней стенке, значит раствор, войдя в аппарат, начинает вращаться, и на твердые частицы, содержащиеся в растворе, начинает действовать центробежная сила. На жидкость и твердые частицы действует центробежная сила: Fц = mV2 /r, где: V – линейная скорость, м/с; r – радиус вращения, мм. Под действием центробежных сил, твердые частицы смещаются к стенке центробежного аппарата, т.к. кроме центробежной силы на них действует и сила тяжести, они по стенке гидроциклона начинают двигаться вниз, спускаясь, достигают вершины конуса и выбрасываются через песковую насадку в виде зонтичного выброса (выброс имеет форму зонта). Это свидетельствует о том, что аппарат работает правильно. Т.к. диаметр песковой насадки мал, буровой раствор, продолжая вращаться, устремляется вверх по центральной (осевой) части аппарата и вместе с более мелкими твердыми частицами, которые не успели достичь стенки, и выходит из ГЦ через сливной патрубок, располагающийся по оси аппарата в его цилиндрической части. Виды: 1. Гидроциклон – пескоотделитель. Диаметр цилиндрической части : D = 150-400 мм , δ50 = 60 мкм, 2. Гидроциклон-илоотделитель – D = 75-150 мм δ50 = 30 мкм, 3. Гидроциклон-глиноотделитель - D = 50-75 мм, δ50 =10 мкм. Правила: 1. Перед подачей в гидроциклон весь буровой раствор должен пройти предварительную очистку на виброситах. 2. В случаях газированного раствора, он должен пройти вакуумную дегазацию для того, чтобы не уменьшилась подача центробежного насоса и, чтобы не было кавитации в рабочей зоне насоса. 3. Пропускная способность гидроциклона должна быть больше на 10-25% больше подачи бурового насоса, тогда весь раствор будет пропущен через гидроциклон Qгц=(1,10-1,25) Qбур. Насоса 4. Очищенный буровой раствор должен сливаться в следующую по ходу емкость или отсек. 5. Между отсеками (емкостями), откуда буровой раствор подается в гидроциклон и куда раствор сливается, должно быть сообщение через окно или патрубок в нижней части емкости для обеспечения возможности возврата раствора 6. Гидроциклон должен быть включен в очистную систему с самого начала буровых работ. 7. Все конусы, все аппараты установки должны работать при зонтичном выбросе через песковые насадки. Если через сливной патрубок ГЦ наблюдается веревочная или шнурковая струя – это означает что ГЦ засорился и его надо немедленно очистить. Если это происходит часто, то необходимо ограничить скорость проходки или ввести в систему дополнительный гидроциклон. 8. Все отсеки и все емкости, кроме отстойника под виброситами, должны быть оснащены механическими перемешивателями, чтобы не допускать отстоя твердых частиц на дне отстойника. 39. Безглинистые промывочные жидкости на водной основе, требования к безглинистым буровым растворам. Особенности определения реологических свойств растворов, их использование при вскрытии продуктивного пласта. Недостатки глинистых растворов следующие: - загрязнение продуктивных пластов в результате проникновения глинистых частиц, при этом происходит кольматация (закупорка) пор продуктивного пласта, что приводит к снижению его проницаемости; - растворы подвержены влиянию электролитов; - большой объем отходов (накопление твердой фазы ведет к разбавлению, следовательно, возможны выбросы, следовательно, необходимо добавлять новые химреагенты, а следовательно, повышение количества отходов; - образуя большую глинистую корку, уменьшается механическая скорость проходки. Следовательно, рекомендуется создавать растворы, которые будет обеспечивать следующее: ТРЕБОВАНИЯ К БЕЗГЛИНИСТЫМ БУРОВЫМ РАСТВОРАМ 1. должен обладать способностью к структурообразованию; 2. должен быть способен образовывать фильтрационную корку, ограничивающую поступление фильтрата в породу; 3. должен иметь простой состав (практически невозможно, поскольку всегда содержатся соли в воде) 4. не должен содержать глину. ДОСТОИНСТВА Безглинистые полимерные растворы могут обеспечивать высокую механическую скорость проходки, вследствие отсутствия твердой фазы. НЕДОСТАТКИ Основной недостаток связан с теми недостатками, которые вообще присущи полимерам. УСЛОВИЯ УСПЕШНОГО ПРИМЕНЕНИЯ Базисные полимерные растворы успешно используются только при наличии эффективной системы очистки бурового раствора, которая не позволяет накапливать большое количество отходов. 40. Очистка буровых растворов с использованием вибросит. Типы вибросит и их использование в 1 ступени очистки бурового раствора. Принцип действия - отделение частиц просеиванием через сито. РАЗНОВИДНОСТИ ВИБРАЦИОННЫХ СИТ По числу ярусов сетки: - одноярусные – - двухярусные – - трехярусные. По числу параллельно работающих секций: одно-, двух и трехсекционные. По характеру траектории колебательного движения: а) установка вибратора выше центра масс. Траектория точек сетки в середине – круговая, по концам – эллиптическая с наклоном длинной оси эллипса в сторону вибратора. Сетку нужно наклонять в сторону разгрузочного конца; б) установка вибратора по центру масс, т.е. ось вибратора должна совпадать с центром масс. Траектория всех точек сетки одинаковые – круговые. Шлам транспортируется хорошо при горизонтальном положении сетки; в) два вибратора установлены на наклонной площадке и работают синхронно вращаясь в противоположных направлениях. Траектория всех точек сетки одинаковая - линейная с наклоном в сторону разгрузочного конца сетки. Шлам транспортируется даже при наклоне сетки в сторону приемного конца. По конструкции сеток: Квадратного сечения, Прямоугольного сечения Многослойные, Многослойные скрепленные Размеры ячеек сеток: 41. Буровые растворы с конденсируемой твердой фазой, особенности поддержания структуры, методика приготовления раствора с конденсируемой твердой фазой, сравнительная оценка, область применения. БУРОВЫЕ РАСТВОРЫ С КОНДЕНСИРУЕМОЙ ТВЕРДОЙ ФАЗОЙ Существует два способа получения коллоидных систем: 1) – это диспергирование (глинистые растворы), 2) – это конденсация, когда при соединении двух растворов между ними происходит химическая реакция, продуктом которой является новое вещество, растворимость которого в воде значительно хуже, чем растворимость исходных веществ. Система оказывается пересыщенной (по этому продукту) и продукт реакции выделяется в виде аморфных или неполностью разложившихся твердых частиц. В этом растворе один из компонентов, который имеет плохое растворение, называют минерализатором, а другой компонент, который вызывает выделение твердой фазы - называют гелизатором. Если в качестве минерализатора использовать раствор полурастворимой соли, а в качестве гелизатора – раствор щелочи, то: соль + щелочь в результате конденсации образуется гидрогель, Если в качестве минерализатора использовать раствор плохо растворимой соли, а в качестве гелизатора – раствор хорошо растворимой соли, то: соль + соль в результате конденсации образуется солегель. 42. Дизельное топливо как дисперсионная среда раствора на углеводородной основе. Особенности реологических свойств РУО, определение реологических свойств бурового раствора, сравнительный анализ и область применения. Дисперсионной средой безводных растворов на углеводородной основе является дизельное топливо (ДТ). Оно обеспечивает подвижность глинистого раствора. Твердой фазой, образующей фильтрационную корку, является окисленный нефтебитум. Поскольку ДТ не образует ни структуры ни фильтрационной корки, в составе РУО должен входить твёрдый компонент структуро- и коркообразователь. Таким компонентом в ИБР служит высокоокисленный нефтяной битум. Он выпускается промышленностью под названием "битумный структурообразователь". В последнее время вместо дизельного топлива (ДТ) стали использовать продукты нефтепереработки, в которых содержание ароматических углеводородов резко снижено (не более 20% от объема). Эти жидкости назвали минеральные масла. Для гидрофобизации частиц раствора и утяжелителя раствор должен содержать реагенты-гидрофобизаторы. Такими реагентами являются ПАВ. В отечественной практике ПАВ являются: - сульфонол, - окисленный петролатум в СМАД, - эмультал. 43. Асбестовые и асбогуматные буровые растворы особенности реологических свойств, область применения и особенности получения растворов. Асбест как затравка для растворов с конденсируемой твердой фазой. АСБЕСТ И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В БУРОВЫХ РАСТВОРАХ Асбест – это минерал, который характеризуется следующим составом: xМg(ОН)2 * yН4SiO4 *zН2О , плотностью - ρ=2,2 г/см3. Асбест – это водный силикат магния, представляющий собой слоисто- ленточный минерал, кристаллическая решетка которого сложена из кремний - кристаллических тетраэдров перемежающихся слоями бурсита Mg(OH)2. Кристаллы асбеста представляют собой пучок волокон, которые соединены между собой по длинной стороне (вдоль). При простом механическом перемешивании с водой асбест не образует устойчивых дисперсных систем, пучки не разделяются на частицы и устойчивых систем не образуют. Для того, чтобы образовать из асбеста дисперсную систему со структурообразующей способностью, его необходимо модифицировать. Было разработано 2 метода модифицирования асбеста: 1 метод – обработка асбеста раствором щелочи; 2 метод - обработка асбеста раствором солей поливалентных металлов (кислых солей Al2(SO4)3, CuSO4, FeCl3.) Использование асбеста в связи с тем, что он признан концерогеном, запрещено, однако, в РФ иногда используют (за рубежом не используют вообще). При обработке асбеста щелочью происходит ослабление сил сцепления между волокнами асбеста и при механическом перемешивании пучки асбеста легко разделяются на отдельные волокна и асбест приобретает способность к структурообразованию. Волокна асбеста переплетаются друг с другом, образуя так называемую войлочную структуру (волокна как бы перекручиваются). Модифицирование асбеста в асбогуматных растворах В качестве модификатора асбеста используют не концентрированный раствор NaOH, а УЩР- углещелочной реагент. Для этого: - Готовят суспензию водного раствора УЩР, концентрация УЩР в растворе равна 100-500 кг/м3. Затем в готовую суспензию вводят асбест VI сорта (мелкий) и перемешивают. При этом происходит разделение пучков асбеста на отдельные волокна и адсорбция гуматов натрия на волокнах асбеста. Эта смесь УЩР и асбеста получила название - АСБОГУМИН. Для приготовления необходимого раствора, надо разбавить асбогумин водой в соотношении 1:1 и получаем асбогуматный раствор, который обладает способностью образовывать войлочную структуру и малопроницаемую корку. Волокна асбеста образуют основу корки, а адсорбированные гуматы блокируют промежутки между волокнами асбеста и снижают проницаемость корки. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ Для бурения интервалов с нормальным и низким пластовым давлением. Асбогумин можно использовать как структурообразователь в глинистых растворах, которые потеряли способность к структурообразованию из-за избытка содержания защитных коллоидов. 44. Виды эмульгаторов для обращенных эмульсионных растворов, ПАВ и бронирующие эмульгаторы особенности их свойств и использования. Растворы на нефтяной основе - как и в РФ за рубежом различают два вида РУО это: - безводные РУО; - обращенные эмульсионные растворы (ОЭР). Можно сказать, что первая группа растворов используются редко, в основном, это растворы на нефтяной основе, вторая - содержание твердой фазы доходит до 50% от объема – это практически мастика. Для использования в буровых растворах на углеводородной основе выпускаются следующие присадки: - стандартный эмульгатор, - стандартный гидрофобизатор, - органофильный бентонит и палыгорскит для снижения водоотдачи, - органофильные гуматные реагенты. Так были созданы два класса буровых растворов на углеводородной основе: - "безводные" растворы, - обращенные (инвертные) эмульсионные растворы. Основное различие между растворами этих двух классов состоит в концентрации водной фазы в дисперсной системе. "Безводные" или собственно растворы на углеводородной основе содержат до 5% водной фазы. Обращённые эмульсионные растворы содержат от 15 до 60% водной фазы. Обращенные – это растворы на синтетической основе, жидкой фазой которых является синтетическая жидкость – они являются обращенными эмульсионными растворами (ОЭР). ОЭР - это инверсная эмульсия, в которой дисперсионной средой является раствор, содержащий воду (до 60% по объему), одновременно вода выступает в качестве дисперсной фазы ОЭР. 45. Торфогуматные растворы: механизм корко и структурообразования, приготовление бурового раствора, сравнительная оценка, область применения. МЕХАНИЗМ КОРКИ И СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ Волокна торфа, переплетаясь между собой, образуют войлочную структуру (как и асбест), которая способна удерживать во взвешенном состоянии выбуренную породу. Волокна торфа образуют основу фильтрационной корки, а адсорбированные на волокнах гуматы натрия блокируют ячейки между волокнами и снижается проницаемость корки и она становится малопроницаемой. ПРИГОТОВЛЕНИЕ ТОРФОГУМАТНОГО РАСТВОРА 1. В глиномешалке готовится раствор в щелочи (концентрация щелочи небольшая - 5- 10 кг/м3). 2. После растворения щелочи в глиномешалку вводят торф (его концентрация - 40-60 кг/м3 из расчета на сухое вещество), получаем торфогумин. Для получения исходного раствора, торфогумин разбавляют водой в соотношении 1:2 (или 2,5) и система готова. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ДОСТОИНСТВА - относительная доступность и недефицитность торфа; - экологически чистый раствор; - способность обеспечивать высокие механические скорости проходки на долото (из-за малой концентрации твердой фазы и невысокой плотности бурового раствора); - способность торфа выполнять роль наполнителя при бурении в интервале поглощений; - обладает ингибирующей способностью по отношению к глинистым породам в разрезе скважины. НЕДОСТАТКИ - малый объемный вес и большая влажность торфа, поэтому приходится привозить большие объемы торфа; - малая плотность раствора, ограничивающая область применения; - засорение сеток вибросит при первых циклах циркуляции раствора в скважине. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ Интервалы бурения с нормальными или пониженным пластовым давлением, при бурении интервалов поглощения бурового раствора. 46. Принцип работы центрифуги. Размер удаляемых частиц. Разбавленный раствор (буровой раствор разбавляют водой в соотношении В:Р=1:2) через канал в оси (вал) шнека подается насосом внутрь центрифуги. Под действием центробежных сил жидкая и твердая фазы отбрасываются на стенки корпуса центрифуги. У стенки концентрируются наиболее тяжелые частицы: утяжелитель и более крупные частицы выбуренной породы. Суспензия и твердые частицы стремятся сместиться дальше от оси вращения, т.е. в широкую часть корпуса. Уровень жидкостного кольца (его толщина) в расширенной части центрифуги определяется наличием сливных отверстий, выделенное жидкостное кольцо занимает только часть боковой поверхности корпуса, остальная часть боковой поверхности жидкости не содержит. Шнек медленно вращается относительно корпуса, сгребает (перемещает) твердую фазу со стенок корпуса в сторону меньшего диаметра корпуса центрифуги, а жидкость – в противоположную сторону за счет центробежных сил. Толщина слоя жидкости у стенок корпуса ограничена положением сливных отверстий в широком торце корпуса. Как только уровень жидкости достигает края сливных отверстий, начинается перелив жидкой фазы через край и удаляет ее из центрифуги.Пропускная способность до 60 м3/ч, размер удаляемых частиц 2-5 мкм. |