Химия. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине Буровые технологические жидкости Ижевск 2012
 Скачать 1.19 Mb.
|
|
Т.В. Трефилова, А.Г. Миловзоров Регулирование свойств буровых технологических жидкостей методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Буровые технологические жидкости» Ижевск 2012 Министерство образования и науки Российской Федерации ФГБОУ ВПО «Удмуртский государственный университет» Институт нефти и газа им. М.С. Гуцериева Кафедра «Бурение нефтяных и газовых скважин» Т.В. Трефилова, А.Г. Миловзоров РЕГУЛИРОВАНИЕ СВОЙСТВ БУРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Буровые технологические жидкости» (часть I) Ижевск 2012 2 УДК 622.233 (075) ББК 33.131я7 Т667 Рекомендовано к изданию Учебно-методическим советом УдГУ Рецензент: к.х.н., доцент В.Г. Маклецов Трефилова Т.В., Миловзоров А.Г. Т667 Регулирование свойств буровых технологических жидкостей. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Буровые технологические жидкости»: учебное издание. Ижевск: Издательство «Удмуртский университет», 2012. – 38 с. В методических указаниях рассмотрены основные методы регулирования химических и физических свойств буровых технологических жидкостей. Приведено описание комплекса лабораторных работ, направленных на изучение приемов по приготовлению буровых технологических жидкостей и различных методик по регулированию их свойств. Методические указания разработаны на основе рабочей программы по дисциплине «Буровые технологические жидкости». Издание предназначено для студентов, обучающихся по профилю 131010 «Бурение нефтяных и газовых скважин» направления 131000 «Нефтегазовое дело». © Трефилова Т.В., Миловзоров А.Г., 2012 © ФГБОУ ВПО «Удмуртский государственный университет», 2012 3 Содержание ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................. 4 1. Краткие теоретические сведения....................................................................... 7 1.1. Основные понятия и определения ....................................................................................7 1.2. Технологические функции бурового раствора ................................................................8 2. Общие указания к выполнению лабораторных работ................................... 10 2.1.Правила работы в лаборатории........................................................................................10 2.2. Указания к выполнению и защите лабораторных работ, ведению лабораторного журнала.....................................................................................................................................11 3. Методика и организация проведения лабораторных работ.......................... 11 3.1. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 Определение выхода глинистого раствора............11 3.2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2 Анализ фильтратов промывочных жидкостей ......18 3.3. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 Исследование влияния реагентов электролитов на свойства глинистых растворов...............................................................................................23 3.4. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4 Особенности приготовления и свойства ингибирующих буровых растворов .......................................................................................32 4. Рекомендуемая литература: ............................................................................. 37 4 ВВЕДЕНИЕ Эффективность строительства нефтяных и газовых скважин определяется результативностью бурения, продуктивностью скважины, герметичностью и долговечностью ее крепи и др. Важнейшую роль в указанных процессах играют технологические жидкости, к которым относятся промывочные жидкости (буровые растворы), тампонажные растворы, жидкости освоения и глушения, которые должны обладать рядом специфических свойств. Все указанные жидкости относятся к многофазным дисперсным системам с присущими общими признаками - дисперсностью и гетерогенностью. Современный специалист в области строительства скважин должен обладать высокой квалификацией в области обоснованного выбора и технологии применения промывочных жидкостей, максимально соответствующих конкретным условиям бурения. Уровень обеспечения требуемого качества промывочных жидкостей в процессе всего периода проходки скважин, экономное использование при этом дорогостоящих химических реагентов зависит прежде всего от знаний, умений и навыков непосредственных исполнителей и руководителей работ. Поэтому приобретение практических навыков в приготовлении буровых технологических жидкостей, измерения параметров и регулирования их свойств представляются на сегодняшний день весьма необходимым в плане подготовки специалистов, обучающихся по профилю 131010 «Бурение нефтяных и газовых скважин» направления 131000 «Нефтегазовое дело». Методических указания включают: краткие теоретические сведения, описание материалов и оборудования, методику и организацию выполнения работы, обработку результатов. К каждой лабораторной работе приведен перечень контрольных вопросов. 5 Лабораторные работы проводятся с целью решения задач различного уровня сложности, касающиеся промывки скважин. Одной из целей проведения лабораторных работ является формирование следующих компетенций у студентов в соответствии ФГОС: 1. обобщать, анализировать, воспринимать информацию, ставить цели и выбирать пути ее достижения; 2. быть готовым к категориальному видению мира, уметь дифференцировать различные формы его освоения; 3. проявлять инициативу, находить организационно-управленческие решения и нести за них ответственность; 4. использовать нормативные правовые документы в своей деятельности; 5. самостоятельно приобретать новые знания, используя современные образовательные и информационные технологии; 6. использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического ана- лиза и моделирования, теоретического и экспериментального исследования; 7. составлять и оформлять научно-техническую и служебную документацию; 8. оценивать риски и определять меры по обеспечению безопасности технологических процессов в нефтегазовом производстве; 9. организовать работу первичных производственных подразделений, осуществляющих бурение скважин, добычу нефти и газа, промысловый контроль и регулирование извлечения углеводородов, трубопроводный транспорт нефти и газа, подземное хранение газа, хранение и сбыт нефти, нефтепродуктов и сжиженных газов для достижения поставленной цели; 10. изучать и анализировать отечественную и зарубежную научно- техническую информацию по направлению исследований в области бурения скважин, добычи нефти и газа, промыслового контроля и регулирования извлечения углеводородов на суше и на море, трубопроводного транспорта 6 нефти и газа, подземного хранения газа, хранения и сбыта нефти, нефтепродуктов и сжиженных газов; 11. планировать и проводить необходимые эксперименты, обрабатывать, в т.ч. с использованием прикладных программных продуктов, интер- претировать результаты и делать выводы; 12. использовать физико-математический аппарат для решения расчетно- аналитических задач, возникающих в ходе профессиональной деятельности; 13. выбирать и применять соответствующие методы моделирования фи- зических, химических и технологических процессов. Специфика и оригинальность лабораторных работ, представленных в данном издании, заключается в том, что студенты при их выполнении непосредственно на практике осуществляют подбор рецептуры бурового раствора и осуществляют измерения их основных параметров. Объектно-ориентированные теоретические знания и практические навыки, получаемые студентами в ходе выполнения данных лабораторных работ, могут быть использованы для дальнейшего курсового и дипломного проектирования, а также при прохождении производственных и преддипломной практик в соответствии с учебным планом. 7 1. Краткие теоретические сведения 1.1. Основные понятия и определения Рост технологических показателей глубокого бурения на нефть и газ во многом зависит от технологии промывки скважин, состава применяемых буровых растворов и их физических и химических свойств. Под технологическими свойствами буровых растворов следует понимать влияние промывочных средств на буримость горных пород, фильтрационные процессы, очистку ствола и забоя скважины и т. д. Технологические свойства буровых растворов существенно влияют на работоспособность буровых долот, забойных гидравлических и электрических двигателей, бурильных и обсадных труб и другого подземного бурового оборудования, а также на устойчивость стенок ствола, сложенными неустойчивыми породами, снижение сопротивлений движению бурильного инструмента при его контакте с глинистой коркой и стенками скважины, вскрытие и освоение коллекторов, содержащих нефть и газ. Понятие «буровые растворы» охватывает широкий круг жидких, суспензионных, аэрированных сред, имеющих различные составы и свойства. Термин «буровой раствор» применяют вместо его синонимов - «глинистый раствор», «промывочный раствор», «промывочная жидкость». Тампонажные растворы применяются при креплении обсадных колонн к стенкам скважины, а также при ремонте скважин. В отличие от буровых растворов тампонажные растворы способны превращаться в твердое состояние. В подавляющем большинстве случаев в качестве вяжущего вещества в тампонажных растворах используется портландцемент. Поэтому в учебных пособиях термин «крепление скважин» отождествляется с термином «цементирование скважин». Цементирование скважин - наиболее ответственный этап их строительства. Значение цементировочных работ обусловливается тем, что 8 они являются заключительным процессом и неудачи при их выполнении могут свести к минимуму успехи предыдущей работы, вплоть до потери скважины. Некачественное цементирование скважин нередко является единственной причиной газопроявлений, грифонообразований и открытых нефтяных и газовых фонтанов, приводит к перетокам нефти и газа в другие пласты, имеющие меньшее давление, обводнению продуктивных горизонтов. Как показывает практика, качество приготавливаемых и закачиваемых в скважину буровых и тампонажных растворов, успех проводимых операций зависят в первую очередь от умения и знаний обслуживающего персонала. Знание основ физико-химических процессов, происходящих в растворах, обрабатываемых различными реагентами, воздействия этих реагентов на растворы, стенки скважины и пласты, а также мастерство и умение управлять сложным буровым и цементировочным оборудованием - залог успешного проведения технологических операций. 1.2. Технологические функции бурового раствора Буровой раствор в процессе бурения осуществляет ряд функций, которые тем разнообразнее, чем сложнее процесс бурения: глубже скважина, неустойчивее ее стенки, выше давление газа и нефти в разбуриваемых горизонтах. Процесс бурения представляет собой совокупность различных операций, определяющих технологию проводки скважины. Поэтому функции буровых растворов называются технологическими. 1. Гидродинамические функции осуществляются потоком раствора в скважине и заключаются в следующем: - вынос выбуренной породы (шлама) из скважины; - перенос энергии от насосов к забойным двигателям (турбобурам); - размыв породы на забое скважины (гидромониторный эффект); 9 - охлаждение долота в процессе бурения. 2. Гидростатические функции осуществляются покоящимся буровым раствором. К этой группе функций относятся: - создание гидростатического равновесия в системе «ствол скважины – пласт»; - удержание частиц выбуренной породы и утяжелителя во взвешенном состоянии при прекращении циркуляции бурового раствора; - создание гидростатического давления на стенки скважины, сложенные слабосцементированными или пластичными породами; - уменьшение нагрузки на талевую систему. 3. Функции, связанные с процессом коркообразования. Буровой раствор, представляющий собой взвесь коллоидных частиц (твердой фазы) в жидкой среде, в процессе движения в пласт образует на его поверхности и в порах фильтрационную корку, препятствующую или замедляющую дальнейшее проникновение раствора. Этот процесс разделения жидкой и твердой фаз, в результате которого происходит кольматация (закупоривание) стенок скважины, называется фильтрацией. К данной группе функций относятся: - уменьшение проницаемости пористых стенок скважины; - сохранение или усиление связности слабосцементированных пород; - уменьшение трения бурильных и обсадных труб о стенки скважин. 4. Физико-химические функции заключаются в добавлениях к буровому раствору специальных химических реагентов в процессе бурения скважины, которые принято называть химической обработкой. К этим функциям относятся: - сохранение связности пород, образующих стенки скважины; - предохранение бурового оборудования от коррозии и абразивного износа; - сохранение проницаемости продуктивных горизонтов при их вскрытии; - сохранение необходимых характеристик бурового раствора в процессе бурения скважины; 10 - улучшение буримости твердых пород. 5. К прочим функциям бурового раствора относятся: - установление геологического разреза скважины (по составу шлама); - сохранение теплового режима многолетнемерзлых пород и др. Ассортимент реагентов для буровых растворов исчисляется сотнями наименований. В их числе минеральные и органические продукты на основе природного и синтетического сырья. Рациональный подход к осуществлению промывки скважины в процессе бурения требует отчетливого понимания механизмов взаимодействия этих реагентов и материалов породы. Подбор и рецептура буровых технологических жидкостей осуществляется с учетом состава коллектора и условий бурения. 2. Общие указания к выполнению лабораторных работ 2.1.Правила работы в лаборатории - Перед проведением работы получить инструктаж на рабочем месте; - Рабочее место содержать в чистоте; - При работе с приборами, имеющими электропривод, необходимо соблюдать правила электробезопасности. Не допускать попадания растворов, воды в токоведущие коммуникации (тумблеры, розетки и др.); - Не допускать попадания бурового раствора и химических реагентов на не защищенные части тела; - Запрещается использовать вещества, находящиеся в склянках без соответствующей маркировки; - Работы с едкими, ядовитыми веществами проводить в вытяжном шкафу; - При разбавлении концентрированных кислот следует вливать кислоту в воду; - По окончании работы необходимо привести в порядок рабочее место, закрыть водопроводный кран, выключить электроприборы и т. д. в соответствии с указанием преподавателя; 11 - На время занятий назначаются дежурные, которые следят за порядком и чистотой. 2.2. Указания к выполнению и защите лабораторных работ, ведению лабораторного журнала. - При выполнении лабораторных работ обучающимся рекомендуется вести лабораторный журнал; - На обложке указать название предмета, фамилию, имя, отчество студента, номер группы, курс. Каждую работу следует начинать с новой страницы. Указать название работы, затем цель работы, приборы и материалы. Описать ход выполнения работы, произвести зарисовку прибора с указанием основных узлов, привести формулы и расчеты. Результаты наблюдений и расчетов занести в таблицу. В заключение построить графики и сформулировать выводы; - Работу защитить у преподавателя. Защита заключается в ответе на контрольные вопросы, сущностью наблюдаемых явлений и причинами отклонения полученных результатов от ожидаемых значений физико- химических величин. При выполнении экспериментальной работы не исключены неудачи в проведении отдельных опытов, получение ошибочных результатов. В этом случае необходимо повторить весь эксперимент или какую-то его часть, по согласованию с преподавателем. 3. Методика и организация проведения лабораторных работ 3.1. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 Определение выхода глинистого раствора Глиноматериалы, обычно в виде порошков, используются как структурообразователи в составе большинства буровых промывочных жидкостей на водной основе. Наиболее широко в пресных и слабо минерализованных буровых растворах применяются бентонитовые глины (бентонит). Благодаря высокому содержанию монтмориллонита- 12 гидрофильного материала, набухающего и легко диспергирующегося в воде, бентонитовые глины в водной среде образуют коллоидно-дисперсные системы, склонные к тиксотропному структурообразованию. В высоко минерализованной воде бентонит в значительной степени утрачивает свою структурообразующую способность. Поэтому в минерализованных буровых растворах вместо бентонита обычно применяют солестойкую палыгорскитовую глину (полыгорскит). Показателем, характеризующим качество глинопорошков, является «выход» глинистого раствора, т.е. объем раствора при условной вязкости Т=25 с, который можно приготовить из 1000 кг глины на пресной воде. 1. Цель работы Определить выход глинистого раствора из 1000 кг глинопорошка. 2. Материалы и оборудование - лабораторная мешалка (до 1200 об/мин.); - вискозиметр ротационный; - пикнометр (100 мл.); - секундомер; - весы лабораторные; - навески глинопорошка; - цилиндр мерный; - стакан (500 мл.); - насыщенный раствор хлористого натрия (плотность 1,2 г/см 3 ); - воронка Марша; - мерная кружка (500 мл.); 3. Методика и организация выполнения работы В зависимости от марки глины готовить суспензию на воде (для бентонитового порошка) или на насыщенном растворе хлористого натрия (для низкосортных порошков). Группа студентов, выполняющих лабораторную работу, делится на рабочие группы, каждая из которых испытывает определенную марку глинопорошка (по заданию преподавателя) и готовит из нее буровой раствор. 13 3.1. Приготовление раствора: - в три стакана налить по 400 см 3 воды или насыщенного раствора хлористого натрия, нагретого до температуры 100 0 С; - в стаканы раздельно ввести три навески глинопорошка (масса глинопорошка берется в зависимости от предполагаемой марки по таблице №1 (для бентонитовых глин), или по таблице №2 (для палыгоскитовых глин) – в расчете на сухое вещество); - раствор перемешивать в течение 5 минут; - охладить раствор до 20 0 С; - вновь перемешать раствор в течение 5 минут. |