Классификация по межфазному взаимодействию

Она пригодна только для систем с жидкой дисперсионной средой. Такие системы могут быть лиофильными и лиофобными.

Лиофильные (от греческого слова «лиос»- жидкость, «фило»- люблю) - это системы с сильным межмолекулярным взаимодействием вещества ДФ со средой с образованием сольватных оболочек большой толщины. Лиофильные системы устойчивы и характеризуются самопроизвольным диспергированием. Так, мыла, многие глины (например, бентонитовые) самопроизвольно «распускаются» в воде, а ВМС растворяются в «хорошем» (т.е. хорошо взаимодействующим с ними) растворителе до отдельных макромолекул. Системы, в которых не происходит самопроизвольного диспергирования называются лиофобными (от греч. «фобо»- ненавижу). Это системы, в которых ДФ слабо или вообще не взаимодействуют с ДСр. Поэтому эти системы неустойчивы и постепенно разрушаются, выделяя ДФ. Для придания стабильности таким системам необходимо проводить лиофилизацию поверхности ДФ. Это достигается путем добавления в систему различных добавок, называемых стабилизаторами. Когда в качестве ДСр выступает вода, такие системы называются гидрофильными или гидрофобными, а в случае масла - олеофильными и олеофобными.

Классификацию по дисперсности или размеру частиц мы рассмотрели выше.

Классификация буровых растворов.

Она облегчает выбор БР при бурении. Имеется богатый выбор БР, отличающийся по составу и свойствам. Единой и приемлемой во всех отношениях классификации БР нет. Сложность состоит в том, что некоторые БР представляют собой ДС уже в исходном виде, а другие можно отнести к ДС лишь после циркуляции в скважине, поскольку ДФ таких БР появляется в скважине, а именно частички выбуренной породы.

БР могут быть классифицированы, исходя из следующих признаков:

• состава дисперсионной среды (вода, водные суспензии, рассолы, эмульгированные суспензии, инвертные эмульсии, растворы на нефтяной основе, аэрированные жидкости, воздух, газ);

• состава твердой фазы (малоглинистые, глинистые, бентонитовые, палыгорскитовые, глинокарбонатные, утяжеленные, из выбуриваемых глинистых или неглинистых пород и т.п.);

• метода химической обработки и назначения (необработанные, ингибированные, солестойкие, термостойкие, с добавками ПАВ, растворы для вскрытия пласта и др.).

Каждый из этих признаков в отдельности не может достаточно полно охарактеризовать БР. Поэтому пользуются различными классификациями.

Лекция № 4. Применение воды, воздуха и газов в качестве бр.

Простейшим буровым раствором является вода. Применение ее связано с начальной эпохой техники проводки скважин, в частности с ударным бурением. После перехода к вращательному способу промывка скважин водой не смогла обеспечить нормального бурения и в основном была вытеснена ГР. Лишь после оснащения буровых новым оборудованием, обеспечивающим высокие скорости циркуляции и форсированные режимы, вновь стало широко применяться бурение с промывкой водой.

Основные преимущества воды как БР обусловлены улучшением буримости и возможностью отказаться от добычи и переработки сотен тысяч тонн глины, применения химических реагентов и от трудоемких вспомогательных работ. Одновременно отпадают трудности регулирования свойств БР и решается проблема борьбы с поглощениями.

Академиком П. А. Ребиндером с сотрудниками и рядом зарубежных исследо­вателей было установлено, что ускорение бурения при промывке скважин водой объясняется комплексом причин: сниже­нием гидростатического давления, выравниванием его под долотом в результате проникновения воды в породу, адсорбционным пони­жением твердости, вызванным фиксацией ее в микрощелях зоны предразрушения, распространением на забой касательных напря­жений, обусловленных горным давлением. Существенны и гидравлические факторы — лучшая очистка забоя маловязкой жидкостью, проникающей между частицами шлама, большая энерговооружен­ность долота и турбобура вследствие уменьшения гидравлических потерь в циркуляционном тракте, а также улучшение теплофизических свойств, способствующее охлаждению поверхности шаро­шек. Улучшение буримости выражается в росте проходок на долото на 10 —15 % и механических скоростей на 20 — 40 % и более.

Промывка водой повысила эффективность буровых работ, позво­лила их значительно облегчить и удешевить. Наряду с этим сле­дует отметить и ряд недостатков — неприменимость в разрезах, включающих неустойчивые породы и в интервалах водо-, нефте-, газопроявлений, так как при этом невозможно утяжеление; непри­менимость при вскрытии продуктивных пластов из-за снижения нефтеотдачи и в некоторых других случаях. Невозможность проводки всего ствола на воде вызвала затруднения при переходе с нее на раствор. Вновь понадобилось большое количество материалов и реагентов, а также высокопроизводительное оборудование для при­готовления и очистки растворов. Эти недостатки ограничили приме­нение воды, начиная приблизительно с 1960 г. по мере увеличения глубин скважин и перемещения буровых работ в районы с более сложными геолого-техническими условиями.

Делалось много попыток сохранить полезные свойства воды как промывочной среды и устранить ее недостатки, в частности воздействие на продуктивные пласты и проходимые породы. С этой целью применялись добавки коллоидов, ограничивающих фильтра­цию, например ГЭЦ — низкоэтерифицированной, но водораствори­мой карбоксиметилцеллюлозы с большим содержанием гелеобразной фракции. Уже 1—1,5 %-ный раствор ГЭЦ давал вязкий безгли­нистый раствор, почти не фильтрующийся при стандартных измере­ниях. Однако уже при перепадах давления 10 — 20 кгс/см² он в корот­кое время полностью отфильтровывался. Промышленные испытания показали неэффективность этой присадки, так же как и комбиниро­вания ее с жидким стеклом. Подобные результаты были получены и с 0.5 %-ным раствором полиакриламида, утяжеляемым водораство­римыми минеральными солями. Применение хотя и безглинистых, но высоковязких промывочных сред в значительной мере лишает их преимуществ, которыми обладает вода.

Более перспективны, в частности для вскрытия продуктивных горизонтов, добавки ПАВ и водорастворимых солеи. Промывка водой с ПАВ как неионогенными, типа оксиэтилированных алкиларильных соединений, так и анионогенными, типа алкиларилсульфонатов (судьфонол), позволяет зачастую уменьшить вредное воздей­ствие воды на продуктивный пласт. Можно также ожидать, что добавки некоторых ПАВ смогут улучшить буримость, усиливая адсорбционный эффект понижения твердости.

Работы ТатНИИ показали, что при небольшой минерализации промывочной воды (не менее 100 — 150 мг-экв/л по хлор-иону), соот­ветствующей минерализации пластовой жидкости, улучшается ос­воение нефтяных горизонтов. Это объясняют ингибирующим действием растворимых солей на глинистый компонент нефтяных коллекторов. Подобный эффект носит, разумеется, ограниченный ха­рактер. Не может обеспечить вода с добавками солей или ПАВ и устойчивости стенок скважин.

Эффективность промывки водой снижает накопление в ней высоко­дисперсной и трудно удаляемой выбуренной породы. В этом случае полезно введение коагуляторов типа полиакриламида. Подобная обработка сокращает также расходы воды на бурение.

В качестве газообразных агентов при бурении скважин используют воздух от компрессорных установок, природный газ из магистральных газопроводов или близлежащих газо­вых скважин, выхлопные газы двигателей внутреннего сгора­ния (ДВС). Хотя вид агента не оказывает значительного влия­ния на технологический процесс бурения, тем не менее при выборе газообразного агента необходимо учитывать не толь­ко экономическую сторону, но и безопасность проведения буровых работ.

Как в СНГ, так и за его рубежами наибольшее распрост­ранение получили бурение скважин и вскрытие продуктивно­го пласта по схеме прямой циркуляции с использованием сжатого воздуха или газа.

Сжатый воздух как промывочный агент применяется глав­ным образом при бурении в сухих устойчивых многолетнемерз­лых породах, в районах, где затруднено обеспечение промывоч­ной жидкостью (пустынные районы Средней Азии, гористая местность), реже в водонасыщенных и неустойчивых породах, так как технология и организация продувки при этом значитель­но усложняются. Воздух сжимается в специальных, обычно пе­редвижных компрессорных установках, которые располагаются недалеко от скважины. Перед использованием воздух должен быть соответствующим образом подготовлен: охлажден, очищен от капелек масла и воды.

Применение сжатого воздуха позволяет за счет резкого снижения давления на породы забоя скважины, улучшения очистки и выноса выбуренной породы повысить механическую скорость бурения в 2 – 2.5 раза.

В сжатый воздух при бурении в осложненных условиях (во­допроявления, липкие глины и т. д.) с помощью специальных устройств можно вводить в небольших количествах в виде мель­чайших капелек воду или водные растворы ПАВ. Такой воздух является уже дисперсной системой с водной дисперсной фазой. При введении повышенных количеств воды образуется пена.

Сжатый воздух можно вводить в качестве составного компо­нента в плотные промывочные жидкости. При этом получаются аэрированные промывочные жидкости, также являющиеся дисперсными системами. При повышенном содержании воздуха аэрированные жидкости переходят в пены.

Пена представляет собой агрегативно-неустойчивую дис­персную систему, состоящую из пузырьков газа (ДФ), разделенных пленками жидкости или твердого вещест­ва (ДСр). Более широко на практике приме­няют пены с жидкой дисперсионной средой.

Пены могут эффективно использоваться при бурении скважин в твердых породах (известняках, доломитах), много­летнемерзлых породах, пористых поглощающих горизонтах, при вскрытии продуктивных пластов, освоении и капитальном ремонте скважин, если пластовое давление составляет 0.3 – 0.8 от гидростатического.

Для получения устойчивой пены в жидкой фазе кроме растворителя должен находиться хотя бы один поверхност­но – активный компонент (ПАВ), адсорбирующийся на межфазной поверхности раствор – воздух.

Для повышения стабильности пен в них добавляют реаген­ты – стабилизаторы (КМЦ, ПАА, ПВС), увеличивающие вяз­кость растворителя и способствующие замедлению процесса истечения жидкости из пленок.