Буровые растворы. 
Виды тампонажных растворов

Физико-химические свойства буровых растворов и их влияние на эффективность процесса бурения

Студент должен:

знать: сущность физико-химических процессов и методы управления ими; свойства буровых растворов; методику измерения показателей свойств;

уметь: определять показатели свойств необработанных буровых растворов.

Функции и классификация буровых растворов.

Понятие об истинных растворах и дисперсных системах. Дисперсная фаза и дисперсная среда. Строение коллоидных частиц. Основные свойства дисперсных систем. Процессы, протекающие в дисперсных системах: коагуляция, флокуляция, пептизация. Реологические свойства дисперсных систем.

Обязательные показатели свойств буровых растворов: плотность, услош ш вязкость, статическое напряжение сдвига бурового раствора, показатель фильтрации, толщина фильтрационной корки, показатель седиментации, концентрация посторонних твердых примесей в буровом растворе, содержание твердой фазы, водородный показатель и др. Специальные показатели свойств буровых растворов: минерализации; концентрации ионов кальция, магния, калия, сульфата.

Влияние показателей свойств буровых растворов на эффективность работы породоразрушающего инструмента и всего процесса в целом (механическую скорость бурения, проходку на долото, износ бурового инструмента и оборудования, эффективность очистки бурового раствора от шлама, устойчивость ствола скважин и т. п.).

Лабораторная работа № 1.

Литература

: 2, с. 36…93; 4, с. 31…34; 8, с. 329…376; 9, с. 6…23, /17… 14Н, 194…309; 10, с. 3…62.

Методические указания раствор буровой тампонажный скважина Буровой раствор, находясь в циркуляционной системе, должен выполнять следующие функции: очищать забой скважины от шлама, укреплять стенки скважины, создавать противодавление на вскрытые пласты, охлаждать и смазывать буровой инструмент и долото, способствовать разрушению горной породы, обеспечивать подвод энергии к забойным двигателям, удерживать во взвешенном состоянии частицы шлама при временной остановке циркуляции, обеспечивать сохранение проницаемости продуктивных пластов, служить гидравлическим каналом связи «забой-устье» при специальных измерениях и исследованиях в скважине.

Необходимо отметить, что все классификации буровых растворов по тем или иным признакам достаточно условны. Наиболее распространенная классификация разделяет буровые растворы на растворы водной и на нефтяной основах, газообразные агенты, аэрированные жидкости и пены.

Названия «промывочная жидкость», «буровой раствор», «тампонажный раствор» или «цементный раствор» не отражает их физико-химической сущности и использование этих терминов в дальнейшем связано лишь с традициями в нефтяной промышленности. По составу эти системы относятся к сложным полиминеральным дисперсиям.

Дисперсная система — это раздробленная система, в которой одно вещество раздроблено (диспергировано) и распределено в другом. Вещество, которое диспергировано, называется дисперсной фазой, а среда, в которой оно распределенодисперсионной средой. Полидисперсными системами назваются дисперсные системы, в которых дисперсная фаза представлена частицами с различными размерами. Системы, состоящие из одной фазы, называются гомогенными. К ним относятся истинные (молекулярные) растворы веществ. Дисперсные системы, состоящие из двух или более фаз, и имеющие поверхность раздела между фазами, называются гетерогенными. К этой группе относятся коллоидные растворы, суспензии, эмульсии.

По агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсной среды дисперсные системы делятся на три группы: с газовой Г, жидкой Ж! и твердой Т, дисперсными средами. Возможны девять комбинаций дисперсной фазы и дисперсионной среды. В качестве буровых растворов обычно используются системы Т,/Ж₂, Г,/Ж₂, Ж,/Ж₂ и реже Ж,/Г₂ и Г,/Г₂. Индексом «1» обозначается дисперсная фаза, а индексом «2» -дисперсионная среда.

По размерам частиц дисперсные системы условно подразделяются на грубодисперсные, тонкодисперсные, коллоидные и молекулярно-дисперсные. В коллоидной химии все системы, отвечающие коллоидной дисперсности, называются золями. Любое изменение концентрации одного или нескольких компонентов гетерогенной системы называется сорбцией.

Свойства коллоидных растворов определяются их элементарными частицами (рисунок 1). Элементарная коллоидная частица состоит из: ядра; адсорбционного слоя, составленного потенциалообразующими ионами и частью противоионов; диффузного слоя, состоящего из противоионов. Три выше перечисленных слоя составляют мицеллу:

Запись дана для гидролиза хлорного железа РеС1₃ в горячей воде с образованием гидроокиси железа Ре (ОН). и соляной кислоты НСЬ.

Основные процессы, протекающие в дисперсных системах:

диффузия — самопроизвольный процесс выравнивания концентрации коллоидных частиц под влиянием их теплового движения;

седиментация — свободное оседание коллоидных частиц под действием силы тяжести;

коагуляция — процесс слипания коллоидных частиц с образованием крупных агрегатов, в результате чего дисперсная система теряет свою седимсптационную устойчивость;

пептизация — процесс, обратный коагуляции;

тиксотропия — изотермический переход золя в гель в состоянии покоя и геля в золь при встряхивании или перемешивании.

К реологическим свойствам дисперсных систем относятся:

эффективная (динамическая) вязкость г/_э, характеризующая вязкое сопротивление системы при заданной скорости сдвига;

пластическая (структурная) вязкость т)_т - условная величина, показывающая долю эффективной вязкости, которая возникает вследствие структурообразования в потоке системы;

— предельное статическое напряжение сдвига (СНС), характеризующее I точность структуры, образующейся в системе после 1 мин и 10 мин покоя (9,и6₁₀);

— предельное динамическое напряжение сдвига Т₀ - условная величина, характеризующая предел текучести в потоке системы.

Основными показателями свойств буровых растворов являются плотность, условная вязкость, водоотдача (фильтрация), толщина глинистой (фильтрационной) корки, водородный показатель (рН). Студенту необходимо не только знать теоретические определения данных показателей, их влияние на процесс бурения и заканчивания скважин, но и уметь производить практически их замер.

Вопрос влияния бурового раствора на эффективность процесса бурения необходимо увязать с режимами бурения различными способами: роторным, гидродинамическим забойным двигателем, электробурением.

Успех проводки скважин в значительной мере зависит от качества применяемого бурового раствора. Идеальный буровой раствор, используемый при бурении скважин, должен отвечать следующим требованиям:

способствовать повышению скорости проходки;

поддерживать низкое содержание твердой фазы, благодаря чему снижается (до минимума) опасность загрязнения пласта;

повышать устойчивость ствола, ингибировать склонные к осложнениям породы и обеспечивать сохранение целостности выбуренной породы, что облегчает ее удаление;

обеспечивать поддержание на стабильном уровне статического напряжения сдвига и улучшенную очистку ствола без чрезмерных пульсаций давления в процессе спуско-подъемных операций;

иметь низкую токсичную и высокую термостабильность;

экономить денежные средства — достигаемые преимущества, решение проблем или возможность избежать их дают значительный экономический эффект, т. е. затраты на контролирование и поддержание необходимых свойств бурового раствора окупаются.

Исходя из этих требований, перед началом бурения нужно определить состав и свойства буровых растворов, которые будут использованы для промывки скважины в каждом интервале. Для отдельных площадей и групп площадей, сходных по геолого-техническим условиям разрабатываются технологические регламенты буровых растворов. Выбранные буровые растворы должны быть не только наиболее эффективными в данных условиях, но и готовиться на основе доступных и дешевых реагентов и материалов.

Вопросы для самоконтроля Что такое дисперсная система?

По каким признакам классифицируются дисперсные системы?

Каковы отличительные свойства коллоидных частиц?

Что такое сорбция?

Каково строение коллоидных частиц?

Что такое коагуляция и пептизация?

Что такое золи и гели?

; 8. В чем заключается процесс тиксотропии?

^: 9. Что такое суспензия?

I 10. Какие системы называются эмульсиями?

Каковы особенности пен как дисперсных систем?

Что такое седиментация?

Что такое рН среды?

Какие показатели свойств буровых растворов относятся к основным?

Как измеряется плотность буровых растворов?

Как измеряется условная вязкость?

Что такое показатель фильтрации?

Как измеряется показатель фильтрации?

Что такое СНС?

Как определяется статическое напряжение сдвига?

Как измеряется величинарН?

Каково назначение буровых растворов?

Как классифицируются буровые растворы?