Ответы. 1. Разновидности глинистых растворов. Функциональный состав глинистых растворов
 Скачать 1.57 Mb.
|
|
47. Классификация материалов, используемых при приготовлении буровых промывочных жидкостей. промывочных жидкостей. БПЖ характеризуются компонентным (вещественным) и долевым составами, которые определяют его рецептуру. Рецептура – перечень компонентов, составляющих ПЖ, и их долевой (массовый, объемный) состав. Компоненты, входящие в состав БР (материалы, химреагенты и спецдобавки), могут вводится: в твердом виде, после предварительного растворения и иметь сложный состав. Рецептура хлоркалиевой ПЖ (кг на 1 м3 ): • 50–80 глины; • 30–50 КСl; • 5–10 полимера (КМЦ, крахмал, метас, лакрис); • 30–50 КССБ; • 3–6 КОН; • 2–3 пеногасителя; • 870 – 920 воды • 5 – 10 смаз.добавки Утяжелитель добавляют до получения требуемой плотности ПЖ. Технологическ ие свойства хлоркалиевой ПЖ = 1,08-2,0 г/см3, УВ = 25-40 с, В = 4-8 см3/30 мин, к = 2 мм, СНС1 = 12-60 дПа, СНС10 = 36-120 дПа, рН = 9-9,5 48. Известково-битумный раствор, разновидности известково-битумных растворов, особенности определения реологических свойств ИБР, приготовление известково-битумного раствора, влияние внешних факторов на свойства раствора. ПАВ* - смесь следующих компонентов: сульфонол НП-3 +СаCl2 +СМАД-1=КР1 - это комплексный реагент №1 - ИБР-1 имеет очень высокую вязкость. В настоящее время не применяется. - ИБР-2 – раствор с улучшенными реологическими свойствами, поскольку снижено содержание твердой фазы (по объему), - ИБР-4 – разработан для бурения в сложных (соленосных) разрезах. ОСОБЕННОСТИ КОНТРОЛЯ СВОЙСТВ ИБР Кроме измерения стандартных свойств для ИБР определяют: 1. Условную вязкость (УВ), которая измеряется как истечение 100 см3 из 200 см3 емкости через малую воронку (трубка длиной 15 мм и внутр диаметром 4 мм) ВПР-1 (чтобы сэкономить время замера). Вместо ВПР-1 можно использовать вискозиметр с малой воронкой, параметры которой: диаметр трубки - 4 мм и длина - 15 мм , принцип измерения не меняется. 2. СНС – помимо стандартного определения СНС через 1 и 10 мин, измеряют: - СНС нагретого раствора до 80 ºС (так при повышении температуры СНС – падает), такие растворы образуют прочную структуру. - СНС измеряют через 24 часа покоя раствора в колбе. 3. Фильтратоотдачу измеряют на приборе ВМ-6, при этом фильтр смачивают не водой, а дизельным топливом, но при использовании ВМ-: В может =0, тогда как в промысловых условиях она не может быть равна нулю, следовательно, фильтратоотдачу измеряют не на ВМ-6, а с использованием фильтр-пресса ФП-200 или УИВ-2 при ΔР= 3,5МПа и Т= Тзаб (т.к. а при НУ В = 0). ПРИГОТОВЛЕНИЕ Раствор готовят в специальной ёмкости, снабжённой гидравлическими перемешивателями. Ввод порошкообразных компонентов осуществляется через эжекторный смеситель. Для лучшего диспергирования битума, извести и других твёрдых компонентов целесообразно использовать гидравлический диспергатор ДГ-I. Ёмкость, гидравлические перемешиватели, диспергатор должны быть обвязаны с буровыми насосами таким образом, чтобы можно было осуществлять циркуляцию по замкнутому циклу: насос - диспергатор - эжекторный смеситель - ёмкость - насос. В ёмкость закачивают ДТ и, при циркуляции, вводят окисленный битум через эжекторный смеситель из БПР или вручную. Т.к. битум трудно диспергируется, вводят его медленно. Битум необходимый для приготовления порции раствора вводят примерно в течение I часа, после чего перемешивают суспензию ещё 1час. , затем вводят расчётное количество воды, необходимое для гашения извести, после этого через эжекторный смеситель добавляют известь. После ввода извести и перемешивания системы в течение примерно часа полученный ИБК прокачивают через гидравлический диспергатор в течение двух циклов циркуляции. В тех системах, где в качестве структурообразующего компонента используют органофилизированный бентонит (ИБР-2, ИБР-4), следующей стадией приготовления является ввод минерального структуро образователя и ПАВ для его органофилизации. ИБК разбавляют ДТ, после чего медленно вводят бентонит. После тщательного перемешивания в систему вводят ПАВ- гидрофобизаторы и вновь тщательно перемешивают раствор, используя циркуляцию через гидравлические перемешиватели. Последней стадией приготовления ИБР является утяжеление. В раствор вводят оставшуюся долю ДТ и ПАВгидрофобизаторы. После растворения ПАВ в раствор через эжекторный смеситель медленно добавляют барит и, если нужно, нейтрализатор сероводорода. По окончании ввода утяжелителя продолжают перемешивать раствор и пропускают его через гидравлический диспергатор. Обогащение выбуренной породой Изменение свойств за счет влияния фактора Загущение, повышение плотности, возможность коагуляции и выпадения в осадок утяжелителя Способ регулирования свойств Разбавление ДТ , обработка ПАВ гидрофобизатором. ВЛИЯНИЕ Следует отметить, что ИБР гораздо стабильнее глинистых растворов и они лучше сохраняют свои свойства. Этим они проще в эксплуатации. ИБР, как РУО, не подвержены влиянию посторонних электролитов, но на них отрицательно действуют другие внешние факторы, например, частицы выбуренной породы. Обогащение выбуренной породой Загущение, повышение плотности, возможность коагуляции и выпадения в осадок утяжелителя Загущение, повышение плотности, возможность коагуляции и выпадения в осадок утяжелителя Загущение за счет повышения концентрации дисперсной фазы (смачивание частиц и их слипание), коагуляция и выпадение дисперсной фазы, главным образом утяжелителя (раствор облегчается) Снижение концентрации битума вследствие адсорбции, адгезии или разбавления Повышение фильтратоотдачи, снижение вязкрсти, СНС 49. Промывочные жидкости на основе солей муравьиной кислоты и их использование при вскрытии продуктивных пластов. Дисперсионная среда – это слабые соли щелочных металлов и муравьиной кислоты разработаны в начале 90-х годов фирмой SHELL RESEARCH. Растворы формиатов (муравьиной кислоты) Zn,K и Cs. Эти растворы имеют такую плотность без ввода дополнительно утяжелителя. Следовательно, эти растворы являются отличными промывочными жидкостями (ПЖ) при заканчивании скважин. На базе этих растворов могут быть созданы ПЖ для первичного вскрытия продуктивных пластов. ДОСТОИНСТВА - без ввода твердой фазы можно иметь плотность раствора до 2,37 г/см3; - ПЖ обладают низкой вязкостью; - имеют малую коррозионную активность; - малотоксичны и неопасны для окружающей среды; - способны к биоразложению; - обладают ингибирующей способностью по отношению к глинистым породам; - ингибируют развитие бактерий; - имеют низкую температуру кристаллизации; - совместимы с полимерами (ВМС), которые обычно используются в буровых растворах. Благодаря этому они могут служить основой для приготовления растворов, используемых при первичном вскрытии продуктивного пласта. В качестве сводообразующих частиц может быть использована фракционированная мраморная крошка СаСО3. Так как плотность раствора может быть высокая, состав твердой фазы может быть очень небольшим. Для удержания твердой фазы во взвешенном состоянии используется биополимер. Для снижения водоотдачи используется полианионная целлюлоза (ПАЦ) или модифицированный крахмальный реагент- МК-1. 50. Трехступенчатая система очистки утяжеленного бурового раствора. 1 ступень – вибросито (удаляет d > 160-1600 мкм), 2 ступень – комб.очиститель (удаляет d > 60-105 мкм), 3 ступень – центрифуга (удаляет d > 2-3 мкм). Если буровой раствор содержит растворенный газ, то необходимо установить дегазатор. Если ведется очистка глин. раствора достаточно 2-х ступеней очистки, если объем значительный, то устанавливают центрифугу. 51. Обращенные эмульсионные растворы: обеспечение агрегативной устойчивости, виды эмульгаторов, механизм структуро и коркообразования для обращенных эмульсионных растворов, способ приготовления, особенности определения реологических свойств бурового раствора. 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. Первоначально сырую нефть использовали при вскрытии продуктивных пластов с низким пластовым давлением для того, чтобы уменьшить загрязнение коллектора и повысить продуктивность скважины. Небольшая плотность нефти, невозможность её утяжеления из-за отсутствия удерживающей способности, обусловили разработку углеводородных систем, обладающих способностью к образованию фильтрационной корки и структуры, обеспечивающей удержание утяжелителя. 52. Твердые и жидкие пеногасители с гидрофобной поверхностью. Механизм действия: При вводе в буровой раствор пеногасителей с гидрофобной поверхностью, они перетягивают ПАВ на эту поверхность, следовательно, ослабляется действие защитной оболочки, пузырьки начинают слипаться, увеличиваться в объеме, всплывать на поверхность (за счет подъемной силы), разрушаются или лопаются и свободный газ из них выходит в атмосферу. ТВЕРДЫЕ ПЕНОГАСИТЕЛИ - ПЭС - суспензия полиэтиленовой крошки в дизельном топливе; - РС - суспензии резиновой крошки в дизельном топливе (ДТ). Готовят 10%-ную суспензию ПЭС или РС и выдерживают в дизельном топливе для гидрофобизации поверхности, после чего вводят в глинистый раствор. Концентрация ПЭС и РС в буровом растворе составляет 1-2% по объему. - МАС-200 – это кремнезем SiO2 с гидрофобной поверхностью. Размеры частиц очень малы - не более 4 мкм. Готовят суспензию МАС-200 в дизельном топливе, концентрация МАС-200 5-10% по объему. Её вводят в буровой раствор в качестве пеногасителя с концентрацией примерно 0,5% по объему. - Стеорат алюминия – это твердое вещество. Его применяют в виде суспензии в дизельном топливе, концентрацией до 10% от объема. При вводе в глинистый раствор его концентрация примерно 1% от объема. ЖИДКИЕ ПЕНОГАСИТЕЛИ - соапстоки – это отходы масложировых комбинатов (касторовое, хлопковое, подсолнечное масло). Они содержат в себе тяжелые вещества, которые в воде не растворяются. Их используют в виде эмульсий растворенных в ДТ в концентрации 10-15% от объема вместе с известковым молочком для образования кальциевых мыл.Эти суспензии вводят в глинистый раствор с концентрацией 1-1,5% от объема. - окисленные парафиновые УВ – оксидаты. Они используются в комбинации с ДТ, их разбавляют в соотношении 1:1, то есть 50%- ДТ 50% - оксидат, содержание разбавленного оксидата в растворе не превышает 0,5% от объема. - ПВ-1 – противовспениватель. Он представляет собой смесь трибутилфосфата (до 90%) + бутиловый спирт (10%). В товарном виде в воде не растворяется, концентрация ПВ-1 в глинистом растворе до 1% по объему. Реагент ПВ-1 – ядовит. - Триксан – это трибутилфосфат+полиметилсилоксан. Используется в товарном виде, концентрация менее 0,5% от объема, ядовит.Обычно пеногасители подбираются опытным путем, то есть необходимо обеспечить сочетаемость параметров бурового раствора и пеногасителя. 53. Малоглинистые полимерные растворы. Особенности, определяющие состав малоглинистых полимерных растворов. Сравнительная оценка. Область применения. применения Цель повышение способности раствора к Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно к буровым растворам, применяемым при промывке скважин. Полимерный малоглинистый буровой раствор (ПМГБР) включает гидролизованный полиакрилонитрил, глинопорошок, сульфат меди и воду при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Раствор содержит следующие ингредиенты при их соотношении, мас.%: глинопорошок, гидролизованный полиакрилонитрил, сульфат меди (II )вода и остальное. Для регулирования плотности и фильтрации раствор содержит хлорид натрия или сильвинит в количестве от 2 до 257 от массы бурового раствора. При приготовлении раствора последовательно растворяют расчетное количество гид- ролизованного полиакрилонитрила и сульфат меди. В полученный раствор вводят глинопорошок и при необходимости хлорид натрия или сильвинит. Данный раствор не загустевает при введении глины и обладает значительной солестойкостью. Характер изменения свойств растворов при термообработке различен в зависимости от способа приготовления. I з,п, ф-лы, 54. Типы промывочных жидкостей, используемых при бурении нефтяных и газовых скважин.  55. Строение кристаллической решетки глинистых минералов. Отличия и характеристика.   56. Двойной электрической слой. Механизм образования и его роль.   57. Механизм действия неорганических реагентов электролитов с индифферентным анионом. Область их применения. Так как анион индифферентен, ввод любой концентрации электролитов увеличивает количество катионов Na+ в дисперсионной При увеличении концентрации электролита происходит углубление процесса коагуляции гидрофобная коагуляция, которая сопровождается коагуляционным разжижением (из-за уменьшения числа индивидуальных частиц снижается число контактов между ними, проницаемость структуры уменьшается, уменьшается ДНС и СНС. За счет увеличения доли свободной воды, разрушаются гидратные оболочки, пластическая вязкость уменьшается. Фильтрационная корка образуется из круп- ных агрегатов и водоотдача увеличивается). Если в глинистый раствор из натриевой глины вводится электролит с 2-х валентным катионом, то происходит обменная адсорбция, превращающая натриевую глину в кальциевую. Это явление приводит к уменьшению толщины диффузного слоя, разрушению гидратной оболочки, что ухудшает агрегативную устойчивость и способствует коагуляции глинистой суспензии. При увеличении концентрации электролита происходит углубление процесса коагуляции гидрофобная коагуляция, которая сопровождается коагуляционным разжижением (из-за уменьшения числа индивидуальных частиц снижается число контактов между ними, проницаемость структуры уменьшается, уменьшается ДНС и СНС. За счет увеличения доли свободной воды, разрушаются гидратные оболочки, пластическая вязкость уменьшается. Фильтрационная корка образуется из круп- ных агрегатов и водоотдача увеличивается). Если в глинистый раствор из натриевой глины вводится электролит с 2-х валентным катионом, то происходит обменная адсорбция, превращающая натриевую глину в кальциевую. Это явление приводит к уменьшению толщины диффузного слоя, разрушению гидратной оболочки, что ухудшает агрегативную устойчивость и способствует коагуляции глинистой суспензии. Вследствие разрушения гидратных оболочек увеличивается доля свободной воды, уменьшается внутреннее трение и снижается пластическая вязкость. Т.к. динамическое напряжение сдвига растет быстрее, чем снижается пластическая вязкость, то ƞэф = ƞ + τ0 /(dθ/dr) увеличивается. В фильтрационную корку попадают блоки структуры, состоящие из нескольких глинистых частиц, соединенных краями, следовательно, проницаемость ее и водоотдача увеличиваются. Это зона II – область гидрофильной коагуляции – загущение раствора. При обработке глинистого раствора электролитами с индифферентными анионами не происходит ни при каких концентрациях повышения агрегативной устойчивости. Даже небольшие количества электролита вызывают коагуляцию глинистой суспензии. Гидрофильная коагуляция быстро переходит в гидрофобную при увеличении концентрации электролита с индифферентным анионом. Электролиты с индифферентным анионом сразу вызывают коагуляцию! Реагенты с индифферентным анионом в любых концентрациях вызывают коагуляцию глинистого раствора. НАЗНАЧЕНИЕ Ингибирование гидратации, разупрочнения и диспергирования глинистых пород в результате обменной адсорбции катионов и превращения натриевой глины в кальциевую или калиевую( иллит) глину. 58. Механизм действия неорганических реагентов электролитов с активным анионом. Область их применения. Существуют две тенденции: А) при повышении агрегативной устойчивости ослабляется процесс структурообразования, статическое и динамическое напряжения сдвига уменьшаются, т.к. снижение динамического напряжения сдвига происходит более интенсивно, чем ƞэф = ƞ + τ0 /(dθ/dr). Б) увеличение числа частиц дисперсной фазы приводит к усилению структурообразования. В результате: – при очень малых концентрациях реагента – происходит понижение СНС, - при увеличении концентрации реагента происходит рост СНС(за счет увеличения числа контактов). В раствор введена Na2CO3 в малой концентрации – происходит обменная адсорбция катионов Са-глина + - СаСО3 + Na-глина; - усиливается гидратация, облегчается диспергирование. Пакеты разъединяются на элементарные чешуйки. - увеличивается толщина диффузного слоя и гидратных оболочек глинистых частиц, отсюда повышается агрегативная устойчивость системы; - увеличение числа индивидуальных частиц, - увеличение количества связанной воды – загущение раствора за счет усиления внутреннего трения; - уменьшение проницаемости фильтрационной корки откуда понижение водоотдачи. Ввод дополнительного количества реагента Процесс обменной адсорбции катионов завершен. Концентрация катионов Na+ в дисперсионной среде стала больше, чем в единице объема диффузного слоя, отсюда выравнивание концентрации иона Na+ в дисперсионной среде и диффузном слое путем: – перехода части катионов из диффузного слоя непосредственно в неподвижный слой; – уменьшение объема (сжатие) диффузного слоя. Результат: Уменьшение толщины диффузного слоя, частично разрушение гидратной оболочки, что приводит к ухудшению агрегативной устойчивости системы, следовательно, происходит коагуляция глинистых частиц Следовательно, - усиление структурообразования рост СНС и ДНС, - высвобождение части ранее связанной воды уменьшение внутреннего трения понижение вязкости. Поскольку ДНС растет сильнее, чем понижается вязкость – увеличивается эффективная и УВ. УВ может повысится до «нетекучей». При формировании фильтрационной корки в нее попадают блоки очень прочной структуры проницаемость корки увеличивается начинается рост водоотдачи. При усилении структурообразования свободная вода остается в ячейках структуры и не отделяется происходит гидрофильная коагуляция, сопровождающаяся коагуляционным загустением глинистого раствора. Ввод избыточного количества Концентрация ионов натрия в дисперсионной среде еще больше увеличивается диффузный слой глинистых частиц еще сильнее сжимается. Частицы почти полностью теряют гидратные оболочки вследствие конкуренции с ионами электролита система полностью теряет агрегативную устойчивость. Глинистые частицы слипаются в любых положениях и образуют крупные агрегаты. Число индивидуальных частиц дисперсной фазы сильно уменьшается уменьшается число контактов между ними уменьшается прочность структуры снижается СНС и ДНС. Увеличивается количество свободной воды уменьшается внутреннее трение понижается вязкость. Так как одновременно понижаются и ДНС и пл.вязкость, происходит понижение эффективной вязкости и УВ начинается коагуляционное разжижение. Фильтрационная корка образо-вана крупными агрегатами глинистых частиц и хорошо проницаема. Водо-отдача раствора сильно увеличивается. На этой стадии коагуляции раствора свободная вода выделяется на поверхности. Твердая фаза осаждается - происходит гидрофобная коагуляция. Область III концентраций реагента –область гидрофобной коагуляции. 59. Фильтрационные свойства бурового раствора. Механизм образования корки. Понятие статической и динамической фильтрации. Статическое давление столба бурового раствора больше давления вскрываемого пласта – ρgh > Рпл. Рст = ρ g H, ΔР = Рст – Рпл Под влиянием ΔР (перепада давлений) буровой раствор входит в трещины горной породы. Твердые частицы задерживаются в породах, фильтрат продолжает уходить в породу, на стенке образуется фильтрационная корка из частиц дисперсной фазы (твердых, жидких и газообразных) Процесс отфильтровывания, происходящий при циркуляции бурового раствора, называется динамической фильтрацией, а при отсутствии движения бурового раствора – статической фильтрацией. Для образования фильтрационной корки необходимо, чтобы давление раствора было больше, чем давление в формации и, чтобы формация была проницаема. Фильтрационная корка образуется в течение определенного периода времени. Во время бурения формации долотом, жидкая фаза раствора, захватывая фильтрат начинает просачиваться в породу.Стенки ствола скважины действуют подобно фильтру, задерживая твердые частицы, которые находятся в растворе. Со временем, твердая фаза накапливается, образуя фильтрационную корку. Фильтрационная корка действует как барьер для дальнейшей миграции фильтрата в формацию. В некоторый момент времени фильтрационная корка становится достаточно толстой и полностью изолирует формацию от дальнейшего протекания фильтрата в породу. С этого момента фильтрационная корка перестает расти, т.к. фильтрат больше не проникает в формацию.Статическая фильтрация – отфильтровывание жидкой фазы из скважины в пласт, когда буровой раствор находится в покое. Толщина фильтр. корки увеличивается с течением времени, следовательно, объем фильтрата может быть критерием толщины фильтр.корки, которая пропорциональна содержанию тв. веществ в буровом растворе. Повышение давления приводит к снижению проницаемости. С повышением давления вязкость раствора увеличивается, что ведет к уменьшению объема фильтрата, следовательно, в покое фильтратоотдача не увеличивается интенсивно. С увеличением температуры вязкость раствора снижается, следовательно объем фильтрата увеличивается.Динамическая фильтрация – происходит при циркуляции бурового раствора. Максимальная фильтрация происходит выше долота, где корка неустановившаяся. При увеличении толщины корки фильтрация уменьшается. Интенсивность разрушения зависит от следующих параметров: скорости потока, режима течения (ламинарный/турбулентный); вязкости. Увеличение скорости потока увеличивает эрозию, приводящую к образованию более тонкой фильтр. корки и увеличенной фильтрации. 60. Очистка бурового раствора с использованием центрифуги. Принцип работы и очистки раствора. Двухступенчатая очистка раствора с использованием центрифуги. Система очистки буровых растворов на базе центрифуги предназначена для глубокой очистки утяжелённых и неутяжелённых растворов от выбуренной породы при бурении нефтяных, газовых и других скважин. Применяется в составе циркуляционных систем буровых установок. При поступлении бурового раствора в центрифугу под действием центробежных сил происходит разделение его на сгущенную твердую фазу (шлам) и очищенный раствор. Разделение бурового раствора в центрифуге происходит непрерывно, при этом очищенный раствор возвращается в циркуляционную систему, а шлам выводится в шламосборник. Принцип работы отечественной центрифуги ОГШ-50. Буровой раствор поступает через фильтр по трубе питания на разгонный конус шнека и через загрузочные окна во внутреннюю полость вращающегося ротора . Под воздействием центробежной силы частицы твердой фазы осаждаются на внутренней поверхности ротора и удаляются шнеком в шахту выгрузки осадка. Очищенный буровой раствор (буровая сточная вода) стекают через окна в стенке ротора в шахту фугата. |