Порядок работы:

1. Готовятся образцы пары трения размером 20 мм  11 мм  70 мм (материал для изготовления образцов задается преподавателем).

2. Готовится среда трения (буровые растворы или растворы химических реагентов).

3. На приборе ВСВ-25 определяют нормальное и фронтальное напряжения срыва (сдвига) и заносят их в таблицу 5.

4. По формуле 1 вычисляют коэффициент адгезионного сцепления:

, (1)

где σ_nср и σ_fср – соответственно, нормальное и фронтальное напряжения срыва.

Таблица 5 – Результаты исследований

Пара трения –

№ п/п	Среда трения	№ парного опыта	σnср	σfср	Ка
1		1
		2
2		1
		2

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение адгезионным свойствам бурового раствора.

2. Какие факторы оказывают влияние на адгезионные свойства растворов и глинистых корок.

3. Какие осложнения в процессе бурения связаны с адгезионными свойствами раствора.

4. Назовите химические реагенты, изменяющие адгезинные свойства бурового раствора.

5. Охарактеризуйте используемые химические реагенты.

6. Охарактеризуйте полученные результаты исследований.

Лабораторная работа № 3 исследование диспергирующих свойств буровых растворов

Глинистые минералы всех типов адсорбируют воду, то есть благодаря разбухающей решетке глинистые минералы поглощают значительно большие объемы воды. Это приводит к диспергированию глинистой фазы и переходу ее в состав бурового раствора, что влечет за собой изменение его основных технологических свойств.

Известно, что коллоидные частицы остаются во взвешенном состоянии неопределенно долгое время благодаря своему чрезвычайно малому размеру. Конечные ско­рости осаждения частицы приобретают только в том случае, если происходит их агрегация. Будучи взвешены в чистой воде, они не могут агломерировать из-за взаимодействия между сильно диффундированными двойными электрическими слоями (ДЭС). Однако если в суспензию добавить электролит, двойные электрические слои сжимаются. При добавлении достаточного количества электролита коллоидные частицы могут настолько сблизиться, что под влиянием сил притяжения произойдет их слияние в более крупные агрегаты. Это в свою очередь вызывает осаждение частиц, что приводит к образованию шламовых пробок и может привести к прихвату бурильной колонны.

Для предотвращения вторичного перемалывания на забое и диспергирования выбуренной породы используют механические средства очистки (гидроциклонные илоотделители, центрифуги). Наиболее заметный прогресс в регулировании содержания и состава твердой фазы в буровых растворах был достигнут, начиная с 50-х годов, в результате применения центрифуг-отстойников. Это оборудование, претерпев значительную модернизацию, используется до настоящего времени. Основным современным аппаратом для выполнения этой технологической операции является центробежный сепаратор, представляющий собой разновидность центрифуг.

Разделив буровой раствор на облегченный и утяжеленную пульпу, оператор получает возможность регулировать их возврат в циркуляционную систему и подачу в запасные емкости, тем самым осуществляя первичное регулирование содержания и состава твердой фазы в буровом растворе. Окончательное доведение раствора до кондиции производят путем добавления в него (при необходимости) свежих порций компонентов.

Ещё одним из методов сохранения содержания твёрдой фазы в буровом растворе в условиях интенсивного выноса глинистого шлама является его флокуляция. Благодаря образованию флокул выбуренной породы по средствам гибких «полимерных мостиков» (молекул адсорбированных полимеров) они облегчают удаление выбуренной породы в системе очистки на поверхности. С этой функцией лучше справляются линейные полимерные соединения, используемые в качестве стабилизаторов буровых растворов на водной основе. Это объясняется тем, что длинная молекула полимера присоединяется двумя концами к двум разным частицам дисперсной фазы, скрепляя их углеводородным мостиком.

В 50-70-х годах был разработан целый класс недиспергирующих полимерных буровых растворов. Основными классами органических химических реагентов, обеспечивающих флокуляционно-стабилизационное действие в таких растворах, являются акрилаты, водорастворимые полисахариды, эфиры целлюлозы, а также синтетические смолы. Содержание полимера в зависимости от его класса и молекулярной массы составляет 0,001-0,5 %. Следует отметить, что недиспергирующий эффект полимерных систем снижается в монтмориллонитовых глинах натриевого типа повышенной влажности. В этом случае предупреждение наработки коллоидной фазы может быть обеспечено дополнительной обработкой гидрофобизующими или ингибирующими реагентами.

Оценивать диспергирующие свойства бурового раствора принято через Индекс диспергирования:

, (2)

Где θ₁ – статическое напряжение сдвига за 1 минуту раствора со шламом, θ_1исх – исходное статическое напряжение сдвига за 1 минуту.

Однако при диспергировании выбуренной породы изменяется не только статическое напряжение сдвига, но и все основные технологические свойства раствора (плотность, вязкость, фильтрация), что может стать причиной осложнений в процессе бурения.

Цель работы – оценить диспергирующие свойства буровых растворов.