1. Содержание теоретического раздела дисциплины

1. Введение

Содержание и задачи дисциплины, ее роль в подготовке специалистов по бурению нефтяных и газовых скважин, структура и связь с другими дисциплинами.

1.1. Общие сведения о способах удаления продуктов разрушения и об очистных агентах

Общая характеристика гидравлического, пневматического и комбинированного (гидропневматического) способов удаления продуктов разрушения при бурении. Краткая история развития области знания о способах удаления продуктов разрушения и очистных агентах: буровых растворах, газообразных агентах и газожидкостных смесях.

1.2. Современные функции буровых растворов и требования,

предъявляемые к ним

Основные функции: очистка забоя скважины от шлама и транспортирование его на поверхность, охлаждение породоразрушающего инструмента, передача энергии гидравлическим забойным двигателям.

Дополнительные функции: обеспечение устойчивости горных пород в околоствольном пространстве скважины, создание статического равновесия в системе «ствол скважины - пласт», удержание частиц разрушенной породы во взвешенном состоянии в периоды прекращения циркуляции, снижение сил трения между контактирующими в скважине поверхностями и их износа.

Требования: интенсификация процесса разрушения горных пород на забое скважины, предотвращение коррозии бурового инструмента и оборудования, сохранение проницаемости продуктивных горизонтов при их вскрытии, обеспечение получения достоверной геолого-геофизической информации, устойчивость к возмущающим воздействиям, пожаробезопасность, экологичность, рентабельность и др.

1.3. Основы физико-химии очистных агентов

Понятие об очистных агентах, как гомогенных (однофазных) и гетерогенных (многофазных) физико-химических системах. Компоненты и составные части гомогенных систем. Показатели, характеризующие степень измельчения вещества. Классификация физико-химических систем по степени дисперсности. Классификация гетерогенных дисперсных систем с жидкой дисперсионной средой по агрегатному состоянию дисперсной фазы.

Классификация очистных агентов, как физико-химических систем, по числу фаз, агрегатному состоянию дисперсионной среды и ее характеру (природе), агрегатному состоянию дисперсной фазы и другим признакам (степени и составу минерализации дисперсионной среды, количеству дисперсной фазы, способу ее получения, способу приготовления буровых растворов).

2. Функциональные свойства буровых растворов

и их оценка

2.1. Плотность

Определение плотности, размерность. Роль плотности бурового раствора в создании статического равновесия в системе «ствол скважины - пласт», в обеспечении устойчивости стенок скважин, в удержании частиц шлама во взвешенном состоянии в периоды прекращения циркуляции, в очистке забоя скважины от частиц разрушенной породы и бурового раствора от шлама в очистной циркуляционной системе.

Общие требования к значениям плотности бурового раствора с позиций получения высоких технико-экономических показателей буровых работ и действующих правил безопасности в нефтяной и газовой промышленности.

Устройство ареометра АБР-1, рычажных весов-плотномера ВРП-1 и порядок работы с ними.

2.2. Структурно-механические свойства

Понятие о бесструктурных (золи) и структурированных (гели) буровых растворах. Явление тиксотропии. Определение статического напряжения сдвига (СНС), размерность. Связь между величиной СНС и размером частиц шлама, удерживаемых во взвешенном состоянии в периоды прекращения циркуляции. Влияние СНС на условия очистки бурового раствора от шлама на поверхности, на величину и амплитуду колебаний давления в скважине при СПО и пуске бурового насоса. Общие требования к величине СНС. Устройство прибора СНС-2 и порядок работы с ним. Понятие о коэффициенте тиксотропии.

2.3. Реологические свойства

Понятие о вязкости, ламинарном (струйном) и турбулентном режимах течения потока бурового раствора и градиенте скорости сдвига. Закон внутреннего трения Ньютона. Реограмма ньютоновской жидкости, показатель ее реологических свойств, его графическое представление и размерность.

Реограмма псевдопластичной жидкости. Закон Оствальда - де Ваале. Показатели реологических свойств псевдопластичной жидкости, их физическая суть, графическое представление и размерности.

Реограмма вязкопластичной жидкости. Закон Бингама - Шведова. Показатели реологических свойств вязкопластичной жидкости, их физическая суть, графическое представление и размерности.

Схема и принцип работы ротационного вискозиметра. Определение касательных напряжений и скоростей сдвига в кольцевом зазоре вискозиметра.

Понятие об эффективной вязкости. Определение эффективной вязкости псевдопластичных жидкостей в различных каналах циркуляционной системы скважины.

Методика расчета значений пластической вязкости, динамического напряжения сдвига, коэффициента пластичности, показателя неньютоновского поведения, показателя консистенции, эффективной вязкости при скорости сдвига равной 100 с^-1 и эффективной вязкости при полностью разрушенной структуре по результатам реометрических измерений. Марки применяемых ротационных вискозиметров, их возможности и недостатки.

Схема и принцип работы капиллярного (трубчатого) вискозиметра.

Область применения капиллярных вискозиметров, их достоинства и недостатки. Устройство полевого вискозиметра ВБР-1. Методика определения условной вязкости бурового раствора.

Влияние показателей реологических свойств бурового раствора на

степень очистки забоя скважины от шлама, степень охлаждения породоразрушающего инструмента, транспортирующую способность потока, величину гидравлических сопротивлений в циркуляционной системе скважины и гидродинамического давления на ее забой и стенки в процессе бурения; амплитуду колебаний давления при пуске и остановке насосов, выполнении СПО и проработке скважины с расхаживанием бурильной колонны; интенсивность обогащения бурового раствора шламом и др.

Желательные пределы изменения значений показателей реологических свойств буровых растворов.

2.4. Фильтрационно-коркообразующие свойства

Сущность процесса фильтрации и коркообразования в скважинах. Понятие о статической, динамической и мгновенной фильтрации. Влияние гранулометрического состава твердой фазы, растворенных солей и реагентов - понизителей фильтрации на проницаемость фильтрационных корок. Осложнения, связанные с образованием на стенках скважин рыхлых и толстых фильтрационных корок и поступлением в пласт больших объемов фильтрата. Определение показателя фильтрации, его размерность. Устройство прибора ВМ-6 и порядок работы с ним. Зависимость объема фильтрата от перепада давления, температуры и свойств фильтрата. Способы ускоренного определения показателя фильтрации. Марки приборов, позволяющих оценивать показатель фильтрации при высоких давлениях и температурах. Способы оценки толщины, коэффициента проницаемости и прихватоопасности фильтрационных корок.

2.5. Электрохимические свойства

Понятия об удельном электрическом сопротивлении и электростабильности (напряжении электропробоя) буровых растворов. Требования к значениям этих показателей, приборы для их определения. Влияние концентрации ионов водорода на свойства буровых растворов, эффективность действия химических реагентов, устойчивость стенок скважин в глинистых отложениях, проницаемость продуктивных горизонтов, интенсивность коррозии стальных и легкосплавных бурильных труб. Сущность и область применения колориметрического и электрометрического способов определения рН.

2.6. Триботехнические свойства

Влияние трения между контактирующими в скважине поверхностями на основные показатели и процессы бурения. Возможности буровых растворов в снижении сил трения. Принципиальные схемы существующих трибометров и сущность методик определения коэффициента трения по затратам мощности, с помощью моментомера и динамометра, по углу отклонения маятника и наклона желоба.

2.7. Ингибирующая, диспергирующая и консолидирующая

способность

Понятие об ингибирующей способности буровых растворов. Основные причины потери устойчивости глинистых пород при их обнажении. Сущность процессов концентрационного осмоса, электроосмоса и адсорбционного всасывания. Существующие группы показателей оценки ингибирующей способности: показатели набухания, влажности и деформации естественных и искусственных образцов глинистых пород, контактирующих с исследуемой средой. Методика определения показателя увлажняющей способности, ее достоинства и недостатки.

Понятие о диспергирующей способности буровых растворов. Взаимосвязь между диспергирующей и ингибирующей способностью.

Консолидирующая (крепящая) способность буровых растворов, ее роль в обеспечении устойчивости стенок скважин в генетически слабосвязанных и тектонически разрушенных породах, методика оценки.