Химия. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине Буровые технологические жидкости Ижевск 2012
 Скачать 1.19 Mb.
|
|
Жидкое стекло Na 2 Si0 3 получают при плавке кварцевого песка с кальцинированной содой. В бурении применяется силикат натрия, водный раствор которого представляет собой вязкую жидкость от светло-желтого до желто-коричневого и серого цветов. Раствор жидкого стекла имеет щелочную реакцию. Добавки его повышают предельное СНС, создают структуру буровых и естественных суспензий. Жидкое стекло используют для получения силикатных растворов, применяемых в обваливающихся породах и в условиях высокой минерализации. Небольшие добавки жидкого стекла (0,1—1,0%) интенсивно снижают вязкость пресных буровых растворов при обычных и высоких температурах. Добавки 2—5% силиката натрия повышают термостойкость буровых растворов, стабилизированных КМЦ (карбокси-метил целлюлоза) , до 180— 190°С. Поваренная соль NaClдобывается из природных залежей каменной соли. Используют ее, в основном, для насыщения буровых растворов перед вскрытием соленосных отложений для предупреждения образования каверн в скважинах. Поваренная соль применяется также для усиления структурно- механических свойств буровых растворов, приготовленных из натриевых или натриево-кальциевых глин. В глинистый раствор вводят около 0,5-1,0% раствора хлористого натрия 10 — 15%-ной концентрации. Показатели структурных свойств бурового раствора сначала возрастают, но после длительного перемешивания несколько снижаются. Водоотдача буровых растворов при такой обработке увеличивается незначительно. Известь Са(ОН) 2 в основном используется для приготовления известковых глинистых растворов. При вводе извести (2 — 3%) глинистый раствор временно загущается, что используют при борьбе с поглощениями. 26 После тщательного перемещения загустевание раствора исчезает. При действии высокой температуры качество глинистых растворов, содержащих известь, ухудшается; при этом происходит интенсивное загустевание раствора. Комплексные фосфаты представляют собой натриевые соли: гексаметафосфат, пирофосфат, триполифосфат, белые кристаллические порошки, хорошо растворяемые в воде. Они действуют на буровые растворы как разжижители, но эффективность их низкая. При добавках более 1 — 1,2% вызывают загустевание растворов. Действие их кратковременно, они разлагаются при высокой температуре, избыток реагентов вызывает коагуляцию буровых растворов. 1. Цель работы Изучение влияния добавок химических реагентов электролитов на параметры глинистого раствора. 2. Материалы и оборудование - стакан, 500, 1000 мл.; - рычажные весы - плотномер; - ротационный вискозиметр; - СНС-2; - фильтр-пресс; - прецезионные весы; - навески глинопорошка; - кальцинированная сода 10% р-р; - поваренная соль 10% р-р; - жидкое стекло 5% р-р; - каустическая сода крист. 3. Методика и организация выполнения работы Приготовить глинистый раствор по методике, представленной в лабораторной работе №1, объемом 0,5 л. 27 Группа студентов, выполняющих лабораторную работу, делится на подгруппы, каждая из которых обрабатывает глинистый раствор химреагентом (по заданию преподавателя). Перемешать исходный не обработанный химическими реагентами глинистый раствор и замерить его основные параметры: плотность, вязкость, водоотдачу, СНС за 1 мин., СНС за 10 мин. 1. Определение плотности бурового раствора с помощью рычажных весов-плотномера Принцип работы рычажных весов-плотномера (рис. 2) основан на уравновешивании моментов левой и правой сторон подвижной части весов относительно опоры. Порядок выполнения работы - залить раствор в мерный стакан 1 до верхней кромки и закрыть крышкой 2; - удалить излишки раствора, вытекшие через специальное отверстие; - установить подвижную часть на правую призму 5 стойки; - передвигая вправо или влево подвижный груз 7, установить рычаг 6 в положение равновесия и снять показания плотности раствора по верхней шкале; - если плотность раствора окажется большей, чем предел измерения по верхней шкале, то подвижную часть весов необходимо переставить на левую призму 4 и провести измерение по нижней шкале; - после замера снять крышку, вылить раствор из стакана, промыть мерный стакан и крышку водой, протереть их насухо. Рис. 2 Схема весов рычажных - плотномера (1 - мерный стакан; 2 - крышка; 3 - подушка; 4, 5 - призмы; 6 - рычаг; 7 - подающий груз) 28 Прибор необходимо калибровать чистой пресной (дистиллированной) водой при температуре (20 ±5) °С. При этом показания прибора должны быть равны 1 г/см 3 2. Определение статического напряжения сдвига при помощи прибора СНС-2 На рис.3 представлена схема прибора СНС-2. Рис. 3 Схемаприбора СНС-2 (1 - плита-основание; 2 - внешний цилиндр; 3 - кронштейн; 4 - диск со шкалой; 5 -трубка; 6 - упругая нить; 7 - подвеска; 8 - стойка; 9 - подвесной цилиндр; 10 - вращающийся столик; 11 - установочный винт; 12 – электродвигатель) Принцип работы этих приборов основан на измерении сдвиговых напряжений в контролируемой среде, расположенной между соосными цилиндрами. Мерой сдвиговых напряжений является угол поворота подвесного цилиндра вокруг своей оси. 29 Порядок выполнения работы - поместить подвесной цилиндр 9 во внешний цилиндр 2 и подвесить нить 6 на пробку; - тщательно перемешать пробу бурового раствора; - залить раствор меркой, прилагаемой к прибору, в установленный на вращающемся столике 10 внешний цилиндр, подвесной цилиндр при этом должен быть погружен в раствор точно до верхнего края; - быстро установить «0» шкалы 4 против риски указателя и пустить секундомер; - через 1 мин остановить секундомер и включить электродвигатель прибора 12; - после остановки подвесного цилиндра произвести отсчет угла закручивания нити; - установить шкалу в нулевое положение, оставить раствор в состоянии покоя на 10 мин, затем снова включить прибор и замерить максимальный угол закручивания нити. Рассчитать статическое напряжение: 10 , 1 10 , 1 ϕ θ ⋅ = A , где θ 1,10 - статическое напряжение сдвига через 1 мин и через 10 мин, Па (мГ/см 2 ); А - константа прибора, на котором проводятся измерения (дается в паспорте прибора); ϕ 1,10 - угол закручивания, измеренный после 1 мин и 10 мин покоя, град. 3. Определение показателя фильтрации (водоотдачи) с помощью фильтр-пресса HTHP OFITE Внешний вид фильтр-пресса представлен на рис. 4 30 Рис.4 Внешний вид фильтр-пресса HTHP OFITE Порядок выполнения работы - взять камеру вверх дном (широким открытым концом вверх) и заполнить ее свежеприготовленным буровым раствором, не доходя до верхнего края 0,6 см.; - накрыть сухим бумажным фильтром (синяя лента) и закрыть крышкой; - перевернуть собранный прибор вертикально и закрепить в держателе; - чистый сухой градуированной цилиндр поместить под выходное отверстие и открыть впускной клапан; - создать в фильтрационной камере давление 0,7 МПа и фильтровать в течение 30 минут; - через 30 минут сбросить давление, закрыть впускной клапан и измерить объем собранного фильтрата в см 3 . По стандарту при использовании мини фильтра-пресса объем собранного фильтрата умножается на 2; 31 - определить условную вязкость по методике, представленной в лабораторной работе №1; - налить в стакан 0,5 см 3 глинистого раствора и обработать его одним из реагентов регуляторов структурно-механических свойств; - подсчитать количество реагента, которое необходимо ввести с раствор (учитывая процент добавки химического реагента); - подсчитанный объем реагента замерить посредством специального мерного цилиндра (если химический реагент в жидком виде) или взвесить на весах (если реагент в сухом виде) и ввести в отобранную пробу раствора. Реагент вводить постепенно небольшими порциями, постоянно перемешивая раствор. После этого глинистый раствор тщательно перемешать и замерить его основные параметры: плотность, вязкость, водоотдачу, СНС за 1 мин, СНС за 10 мин.; - после выполнения первичной обработки провести вторую и третью обработки раствора химическим реагентом. Все химобработки проводить на одном растворе, при этом суммарный процент добавки доводить до нужной величины с учетом ранее добавленного количества реагента. Необходимо учитывать, что после каждой обработки объем раствора уменьшается на 120 см 3 (раствор после измерения водоотдачи выливают). 4. Обработка результатов Замерить основные параметры глинистого раствора после каждой химической обработки. Результаты эксперимента занести в таблицу. Основные параметры глинистого раствора, обработанного химреагентами Таблица№6 Параметры глинистого раствора Название, количество реагента, % ρ , кг/м 3 t, с В, см 3 /30 мин. Па , 1 θ Па , 10 θ 32 По данным опытов построить график изменения параметров глинистого раствора в зависимости от процента добавки химического реагента. График позволяет определить характер изменения параметров бурового раствора в зависимости от количества введенного химического реагента, его эффективность и оптимальные добавки реагента для получения необходимых свойств промывочной жидкости. 5. Контрольные вопросы 1. Опишите влияние реагентов-электролитов на свойства глинистых растворов. 2. Как изменяются параметры бурового раствора в зависимости от количества введенного химреагента? 3. Опишите обменные процессы между ионами частиц глины и ионами химических реагентов. 4. Электролиты, их характеристика и область применения. 5. Каковы принципы выбора рецептуры бурового раствора для сохранения устойчивости стенок скважины? 3.4. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4 Особенности приготовления и свойства ингибирующих буровых растворов К ингибирующим растворам относятся: хлоркальциевые, известковые, силикатно-глинистые, эмульсионные и др. Хлоркальциевые глинистые растворы применяются при бурении неустойчивых самодиспергирующихся пород (глин, глинистых сланцев, аргиллитов), при проявлении пластовых вод и гипсо-ангидридной агрессии. Такие растворы повышают устойчивость стенок скважины, препятствуют переходу в раствор выбуренных пород и росту его вязкости. Химическая основа крепящего действия хлоркальциевых растворов определяется, главным образом, способностью ионов кальция фильтрата вступать во взаимодействие с глинистыми породами, уменьшать гидратацию 33 глины, предотвращать самопроизвольное диспергирование и осыпание глинистых сланцев. Хлоркальциевые растворы представляют собой обычные глинистые растворы, в которые добавляются хлористый кальций — коагулятор, основной источник ионов кальция; известь — регулятор щелочности раствора; ССБ (сульфит-спиртовая барда) или другой реагент — понизитель вязкости, регулирующая степень коагуляции глинистого раствора; КМЦ (карбоксиметилцеллюлоза), КССБ (конденсированная сульфит-спиртовая барда)— реагенты-стабилизаторы. Расход реагентов для поддержания необходимых параметров обусловливается содержанием ионов кальция в фильтрате бурового раствора и величиной рН среды. Хлористый кальций добавляют в виде насыщенного раствора, известь в виде пульпы любой консистенции, КМЦ 8— 10% концентрации, ССБ 40— 50% концентрации, КССБ 8— 10% концентрации. Известковые глинистые растворы применяются для предупреждения осыпей и обвалов глинистых пород, предотвращения загустевания растворов при бурении легкодиспергирующихся глин. В состав известковых растворов кроме глины и воды входят известь, каустическая сода, понизители вязкости и водоотдачи. Кроме этого в их составе могут быть добавки специального назначения — нефть или дизельное топливо, утяжелитель и др. Основным условием для получения известковых растворов с необходимыми параметрами является установление и поддержание оптимальной щелочности (рН 8—10). Раствор, содержащий малоколлоидную кальциевую глину, легко переводится в известковый, исключая стадию загустевания после добавки щелочи и извести. Труднее обрабатывается раствор из высоко коллоидной натриевой глины. Добавка щелочи вызывает его сильное загустевание. 34 Последующее введение извести способствует еще большему загустеванию. Такие растворы переводят в известковые только после разжижения водой. Понизителями водоотдачи пресных известковых растворов является УЩР, слабоминерализованных КССБ, КМЦ. Понизителями вязкости являются ССБ, нитролигнин, ПФЛХ, сунил и др. Цель работы Изучение особенностей подбора рецептуры хлоркальциевых и известковых растворов и регулирования их свойств. 1. Материалы и оборудование - эксикатор; - ареометр; - ротационный вискозиметр; -фильтр-пресс; - СНС-2; -цилиндр 100 мл.; - технохимические весы; - навески глинопорошка; - кальций хлористый насыщ. раствор; - КМЦ 8— 10%; - ССБ 40—50%; - КССБ 8— 10%; - известь; - универсальная индикаторная бумага; - рН-метр. 2. Методика и организация выполнения работы: 1. Хлоркальциевые растворы Замерить параметры исходного глинистого раствора. Приготовление хлоркальциевого раствора: в глинистый раствор с вязкостью 30—40 с. ввести хлористый кальций 0,5— 1,5% (в пересчете на кристаллогидрат), известь 0,2—0,4% (в пересчете на сухое вещество) до рН- 35 9—10 КМЦ — до необходимой водоотдачи и ССБ или КССБ для снижения вязкости, при необходимости пеногаситель. Ввести хлористый кальций, известь и перемешать раствор 15—20 мин, после чего замерить его вязкость и водоотдачу. Подобрать необходимое количество реагентов-стабилизаторов для получения вязкости и водоотдачи требуемой величины. Ввести ССБ (КССБ), а после 5—10 мин. перемешивания КМЦ. Приготовить хлоркальциевые растворы со следующими параметрами: а) плотность 1080—1120 кг/м 3 , вязкость 30—40 с, водоотдача 8—10 см 3 за 30 мин, СНС 3-4/5—6 Па, рН 9—10; б) плотность 1120—1160 кг/м , вязкость 40—50 с, водоотдача 4—б см 3 за 30 мин, СНС 4—5/6—8 Па, рН 9—10. 2. Известковый раствор. Замерить параметры исходного глинистого раствора. Провести известковую обработку раствора путем подбора наиболее рациональной рецептуры и получения необходимых параметров бурового раствора. Известкование производится следующим образом: - в раствор ввести каустическую соду в виде 40—50% концентрации, перемешать раствор 5—10 мин.; - добавить известь (в сухом виде или в виде пасты). Перемешать раствор с известью при температуре в течение 40 - 50 мин.; - затем ввести ССБ, перемешать раствор 10 мин. После этого замерить все параметры. Если водоотдача высокая ввести понизитель водоотдачи и снова замерить параметры. 36 Пределы добавок щелочи (каустической соды) 0,4—1,0% (в пересчете на сухое вещество) или 2—3% каустической соды 40%-ной концентрации, извести 0,5—1,0% (в пересчете на сухое вещество) или 2,0—2,5% известкового молока плотностью 1250 кг/м 3 Необходимые параметры известкового раствора задает преподаватель. Контрольные вопросы 1. Назначение ингибирующих буровых растворов. 2. Состав известковых и хлоркальциевых растворов. 3. Описать методики и технологию приготовления известковых и хлоркальциевых растворов. 37 4.Рекомендуемая литература: 1. Булатов А.И., Макаренко П.П., Проселков Ю.М. Буровые промывочные и тампонажные растворы: учеб. пособие для вузов.-М: ОАО Изд-во «Недра», 1999.-42 с. с.ил. 2. Зарипов С.З. Лабораторный контроль при бурении нефтяных и газовых скважин. М., «Недра», 1977.192с. с. ил. 3. Агзамов Ф.А., Измухамбетов Б.С., Токунова Э.Ф. Химия тампонажных и промывочных растворов: учеб. пособие для вузов.—СПб.: ООО «Недра», 2011.-268 с. 4. РД 39-2-645-81. Методика контроля параметров буровых растворов. 5. ГОСТ 25795-83. Сырье глинистое в производстве глинопорошков для буровых растворов. Технические условия. 6. ГОСТ 25796.0-83. Сырье глинистое в производстве глинопорошков для буровых растворов. Общие требования к методам испытаний. 7. ГОСТ 25796.1-83. Сырье глинистое в производстве глинопорошков для буровых растворов. Метод определения выхода глинистого раствора. 38 Учебное издание Трефилова Татьяна Валериевна Миловзоров Алексей Георгиевич РЕГУЛИРОВАНИЕ СВОЙСТВ БУРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Буровые технологические жидкости» (часть I) Компьютерный набор и верстка Т.В. Трефилова Авторская редакция Напечатано с оригинал-макета заказчика Подписано в печать Формат 60x84 , 16 1 Печать офсетная. Усл. печ. л. 2,21. Тираж экз. Заказ №. Издательство «Удмуртский университет» 426034, Ижевск, ул. Университетская, 1, корп. 4. |