1.3.5 Різнобічні функції промивальної рідини

Встановлення геологічного розрізу свердловини. Достовірність геологічного розрізу відіграє надзвичайно позитивну роль не тільки у правильному виборі породоруйнівних інструментів, а і в процесі пошуку покладів нафти і газу, та в уточненні умов експлуатації родовищ. Реалізувати цю функцію можна багатьма методами. Так зміна властивостей бурового розчину у багатьох випадках свідчить про склад порід, які розбурюються (солі, глини, пісковики, карбонати і т. д.). Високі кіркоутворюючі властивості промивальних рідин сприяють збереженню керну, який піднімають на денну поверхню, і за його дослідженням роблять заключення про гірські породи. Надання промивальній рідині необхідних властивостей забезпечує безаварійне і ефективне проведення геофізичних досліджень. Коли промивальна рідина не відповідає вимогам, прилади можуть не досягнути заданої глибини і бути прихопленими самим буровим розчином.

Збереження теплового режиму. Під час буріння свердловин у породах, міцність яких обумовлена тепловим режимом, особливо це характерно для районів Крайньої Півночі та Західного Сибіру, нагріваня порід є причиною обвалювань, а інколи і втрати стійкості земними спорудами. Забезпечення нормальних умов буріння у таких породах є метою збереження теплового режиму порід. Цьому може сприяти вибір режиму течії промивальної рідини, при якому відсутнє перемішування пристінної частини потоку рідини з усім її об’ємом.

З врахуванням вищенаведених функцій вимоги до бурових промивальних рідин наступні:

– бурові промивальні рідини повинні легко очищатися від вибуреної породи;

– бурові промивальні рідини повинні мати мінімальну в’яз кість на виході із долота і бути більш в’язкими при русі у затрубному просторі;

– БПР повинні забезпечити мінімальний поверхневий натяг на межі із гірськими породами;

– бурові промивальні рідини повинні мати високу фільтрацію на вибої і низьку у кільцевому просторі;

– бурові промивальні рідини не повинні змінювати свої технологічні показники під впливом термобаричних умов та під дією пластових флюїдів;

– бурові промивальні рідини повинні бути хімічно нейтральні до гірських порід;

– бурові промивальні рідини повинні забезпечити мінімальні гідравлічні втрати при циркуляції, а також сприяти проведенню геофізичних досліджень;

– бурові промивальні рідини не повинні бути багатокомпонентними системами, а реагенти повинні цілеспрямовано змінювати один показник, не погіршуючи інший;

–бурові промивальні рідини повинні бути екологічно чисті.

1.4 Класифікація дисперсних систем

Відомо, що кожна речовина в залежності від умов може знаходитись у трьох агрегатних станах: газоподібному, рідкому та твердому. Агрегатний стан речовини обумовлений взаємодією частинок, яка і визначає характер їх можливого руху та розташування. В залежності від ступеня подрібненості (дисперсності) компонентів складні речовини діляться на гомогенні і гетерогенні. Бурові промивальні рідини відносяться до складних дисперсних систем. Однорідна фізико-хімічна система, яка складається із однієї фази і не має між компонентами поверхні розділу, називається гомогенною. Гомогенні системи є молекулярно-іонними дисперсними системами (істинні розчини, газові суміші).В бурінні гомогенні системи застосовуються для оброблення бурових промивальних рідин (водні розчини каустичної соди, кальцинованої соди, тощо). Дисперсні системи, які складаються із двох і більшої кількості фаз між якими існує поверхня розділу, називається гетерогенною. Компонентами гетерогенних систем є об’ємні агрегати та асоціації атомів чи молекул різних речовин. Бурові промивальні рідини відносяться до дисперсних гетерогенних систем. Отже, буровий розчин з позиції фізико-хімії є дисперсною системою, що складається із дисперсної фази та дисперсійного середовища. Якщо уявити дисперсну систему як речовину, що складається з двох частин, то в одній частині дисперсної системи знаходиться у високо подрібненому стані і рівномірно розділена по всьому об’ємі, а в другій частині речовина знаходиться у вигляді суцільної складової. Отож, та частина дисперсної системи, що високо подрібнена і рівномірно розподілена по всьому об’ємі, називається дисперсною фазою. Та частина дисперсної системи, що знаходиться у вигляді суцільної складової називається дисперсійним середовищем. Найчастіше дисперсійним середовищем є рідина. Коли дисперсна фаза одного розміру, то така система монодисперсна, у протилежному випадку полідисперсна. Бурові промивальні рідини відносяться до полідисперсних систем. Для оцінки дисперсності застосовують ступінь дисперсності (D), яка обернено пропорційна розміру поперечного січення частинки (a)

. (1.1)

Найбільш узагальнюючим показником дисперсності є питома поверхня ( ), як відношення загальної площі (S) дисперсної системи до її загального об’єму (V)

, (1.2)

де K – коефіцієнт форми частинок.

За ступенем дисперсності системи класифікуються на три групи (табл.1.1).

Таблиця 1.1 – Класифікація дисперсних систем за ступенем дисперсності

№ п/п	Група	Ступінь дисперсності, м-1	Діаметр частинки а, м	Загальна поверхня кубиків із ребром а в м2, які знаходяться в 1 см3 речовини
1	грубо дисперсні	< 10 7	> 10 -7	60
2	колоїднодисперсні	10 7 ÷ 10 9	10 –7 ÷ 10 -9	60 ÷ 6000
3	молекулярно-іонно-дисперсні	> 10 7	< 10 -7	поверхня розділу фаз зникає

Дисперсність визначає багато властивостей дисперсних систем. Так фільтраційні властивості дисперсних систем залежать від розмірів дисперсної фази і коли частинки колоїдів проходять через паперовий фільтр, то частинки суспензій ні.

Дисперсні системи також класифікуються за агрегатним станом дисперсної фази і дисперсійного середовища (табл. 1.2).

Також дисперсні системи класифікуються за структурою: вільнодисперсні (суспензії, емульсії, золі) і зв’язнодисперсні (капілярно-пористі тіла, гелі, піни).

За міжфазною взаємодією дисперсні системи класифікуються на ліофільні і ліофобні.

Таблиця 1.2 – Класифікація дисперсних систем за агрегатним станом.

№ п/п	Дисперсна фаза	Дисперсійне середовище	Тип системи	Приклад
1	2	3	4	5
1	Т	Р	золі суспензії	дисперсії у воді
2	Р	Р	емульсії	нафта у воді, вода у нафті
3	Г	Р	газові емульсії, піни
4	Т	Т	тверді колоїдні розчини	сплави, сталь, чавун
5	Р	Т	пористі тіла	вологі ґрунти
6	Г	Т	пористі системи	пемза
7	Т	Г	аерозолі	тютюновий дим, пил
8	Р	Г	аерозолі	туман
9	Г	Г	гомогенна система	атмосфера землі

Примітка: Р, Т, Г відповідно – рідина, тверде тіло, газ.

Ліофільні – дисперсна фаза добре розчиняється у дисперсійному середовищі, у дисперсній системі сильна взаємодія між дисперсною фазою і дисперсійним середовищем.

Ліофобні дисперсні системи – такі системи, у яких дуже слаба взаємодія між дисперсною фазою і дисперсійним середовищем.