буровые растворы / СМАЗОЧНЫЕ ДОБАВКИ

СМАЗОЧНЫЕ ДОБАВКИ

Для повышения смазочных свойств БР с целью предупреждения прихватов бурового инструмента широкое применение получили нефть и графит. Добавка нефти колеблется от 5% до 15%. Графит вводится от 1% до 2% к объему бурового раствора. Добавлять его лучше через глиномешалку, приготовляя смеси из равных количеств графита и глинопорошка, разбавленную водой в виде пульпы. Графит – снижает вязкость и СНС БР. Добавка нефти – наоборот, приводит к росту этих показателей, а также к уменьшению плотности БР.

Хорошо использовать совместно.

Резкое уменьшение смазочных свойств БР, для повышения стойкости опор долот достигается при применении специальных активных добавок, образующих на поверхностях трения смазочные слои, устойчивые к действию температур и давлений.

Большое значение имеет применение смазывающих добавок при бурении скважин в интервалах представленных мягкими породами и породами средней твердости, т.е. там, где опора изнашивается раньше, чем вооружение долота. Особенно эффективны такие добавки на большой глубине, когда значительно увеличивается время спуско – подьемных операций.

Очень широкое распространение получил реагент СМАД-1 – являющийся смесью окисленного петролатума с диз. топливом, 0,4:0,6, с температурой застывания 0 градусов Цельсия.

Оптимальная концентрация добавок СМАД-1 в БР - 1%  4%, расход её составляет 525 кг на метр проходки от степени утяжеления.

При бурении на воде или неутяжеленном БР первичную обработку производят из расчета ввода более 2% смазки и по мере углубления систематически обрабатывать раствор из расчета 5 кг добавки на метр проходки.

Первичная обработка утяжеленных растворов (плотность 2.0) должны производиться из расчета 4%, а последние добавки из расчета 25 кг СМАД-1 на метр проходки.

Применение СМАД-1исключает необходимость добавок нефти к БР. При бурении на воде смазка вводиться в смесь с глиной (и глинопорошком), в отношении 1:1.

В промывочную жидкость СМАД-1 вводиться равномерно через приемные мерники буровых насосов.

СМАД-1 неэффективен при высокой щелочности БР (pH > 10) или большом содержании хлористого кальция.

При невысокой хлоркальциевой агрессии (1%-2%) для предотвращения высаживания смазочной добавки необходимо обработать БР раствор содой.

СМАД-1 способствует снижению водоотдачи БР, увеличивает проходку на 20%-35%, а в турбинном бурении и рост механической скорости на 20%-25%. Уменьшаются и гидравлические потери в системе, профилактика затяжек и прихваток, повышается вынос керна.

УТЯЖЕЛИТЕЛИ

Для приготовления БР повышенной плотности используются добавки размолотых порошков инертных тяжелых материалов – утяжелителей.

Все утяжеляющие добавки делятся на три группы по плотности: материалы :

низкой плотности (2,6 – 2,9 г/см³) – это мергель, мел, известняк, доломит

средней плотности (3,8 – 5,0 г/см³) – это сидерит, бариты и железистые утяжелители;

повышенной плотности (6-7 г/см³) – это концентраты свинцовых руд, а так же железисто – мышьяковые руды.

Мергель – осадочная горная порода, состоящая из кальцита ( 40- 60%) и глинистого материала. Имеет плотность до 2,65 г/см³. Применяется в ограниченных объемах.

Известняк и мел – осадочные породы состоящие в основном из кальцита. Имеет плотность порядка 2,7 г/см³. Плотность его 2,8 – 2,9 г/см³, применением в БР – ограниченно.

Сидеритовый утяжелитель – Fe GO₃ плотность не менее 3,5 г/см³.

Баритовый утяжелитель – BaSO₄

Тонкий белый или сероватый порошок.

Лучшим является беловский барит, плотность которого 4,1 – 4,2 г/см ³.

Кировобадский барит содержит значительное количество примесей и плотность его 3,65 – 3,85 г/см³

Преимуществом барита является малое содержание растворимых солей (электролитов), повышающих вязкость БР, и сравнительно небольшая плотность его зерен. Твердость зерен утяжелителя определяет износ деталей, буровых насосов, турбобуров, бурильных труб и долот.

Железистые утяжелители смесь окислов железа в виде магнетита Fe₃O₄, мартита, гематита Fe₂O₃ и др. Плотность не менее 4,15 г/см³

Свинцовые утяжелители – PbS (галенит) один из основных минералов свинцовых руд. Плотность его 7,4 – 7,6 г/см³. Применение ограничено. Свинцовый сурик Pb₃O₄ ,плотность 9,0-9,1 г/см³ .

Большинство указанных утяжелителей, кроме магнетита, гематита и свинцового сурика, являются инертными к различным веществам, в том числе и к сероводороду.

Область применения.

Утяжелители применяются для изменения плотности БР.

Утяжелителя I группы используются для получения растворов с плотностью до 1,5 г/см³. Получение растворов большей плотности из материалов этой группы нецелесообразно, ввиду получения высокой концентрации твердой фазы и снижения скоростей бурения, перерасхода химических реагентов для его обработки.

Утяжелители II группы используются для получения растворов с плотностью до 2,3 г/см³.

Концентраты свинцовых руд и железисто-свинцовые руды применяются для получения растворов от 2,2 до 3,8 г/см³.

В растворах на водной основе применимы все группы утяжелителей, кроме гидрофобного мела и барита. Для растворов на углеводородной основе утяжелителя марки УБПМ не применяются.

Технология обработки.

Перед утяжелением БР на водной основе необходимо в первую очередь снизить содержание выбуренной породы в нем и прежде всего ее коллоидной составляющей. Перед утяжелением из циркуляционной системы в запасные емкости удаляется избыточный объем исходного раствора и утяжелению подвергается только минимально необходимое для циркуляции количество раствора.

При утяжелении всегда повышается вязкость и СНС растворов.

С этими нежелательными и опасными явлениями, при наличии в … газа, приходится считаться. Причиной повышения вязкости являются:

а) увеличение содержания твердой фазы в растворе, особенно при высокой дисперсности их.

б) вовлечение сухим порошком утяжелителя пузырьков воздуха.

в) влияние находящихся в утяжелителях водорастворимых солей образующих ионы в глинистом растворе.

Поэтому, перед добавкой утяжелителей необходимо обработать БР реагентами разжижителями для обеспечения УВ – 30-35 секунд. При большой же вязкости вводимый утяжелитель увлажняется. При этом воду следует добавлять в количестве 5-10 % от веса утяжелителя.

Влияние водорастворимых солей можно исключить посредством предварительной химической обработки глинистого раствора.

Практика показала невозможность утяжеления необработанных БР, вследствие сильного повышения вязкости и неустойчивости полученной системы.

Поэтому перед утяжелением обязательно проводится обработка раствора реагентами - защитными коллоидами.

Расчет расхода утяжелителя.

Количество сухого утяжелителя в (кг/м³), необходимое для утяжеления 1м³ бурового раствора, определяется по формуле

Q=1000ρ₃ (ρ₂ - ρ₁)/ ρ₃ - ρ₁

, где ρ₁ , ρ₂ и ρ₃ плотность соответственно исходного бурового раствора,требуемая и утяжелителя, г/см³.

3