- •Назначение и свойства промывочной жидкости для бурения осложненных зон.
- •Часть 1. Теоретические основы структурирования промывочных жидкостей
- •Структура промывочных жидкостей
- •Гидрофобные (коагуляционные) структуры
- •Толщина диффузионного слоя с увеличением концентрации ионов и их заряда снижается в соответствии с уравнением
- •Гидрофильные структуры
- •1.2.1 Структура воды
- •1.2.2 Поверхностная энергия твердых тел.
- •Поверхностные натяжения твердых тел
- •1.2.3. Взаимодействие воды с поверхностью твердых тел.
- •2. Структура глинистого раствора.
- •2.1 Структурообразователи
- •2.2 Механизм гидрофильного структурообразования глинистых растворов
- •2.3. Объёмная электрическая энергия промывочной жидкости
- •Среднее значение
- •2.4. Приборы для определения прочности структуры промывочных жидкостей
- •3. Структурирование глинистых растворов
- •3.1. Способы структурирования
- •3.2. Структурирование промывочной жидкости за счет повышения концентрации дисперсной фазы
- •3.3. Структурирование буровых растворов путем диспергирования твердой фазы
- •Влияние числа импульсов генератора на свойства растворов
- •3.4. Влияние температуры на прочность структуры глинистых растворов
- •4. Роль электролитов в структурировании промывочных жидкостей.
- •4.1. Общие сведения об электролитах, применяемых при бурении скважин.
- •Зависимость рН растворов солей от их концентрации
- •Теплота растворения электролитов
- •4.2. Электролиты в роли структурообразователя
- •4.3. Активация твердой фазы электролитами.
- •4.4. Дезактивация дисперсной фазы электролитами
- •5. Роль полимеров в структурировании промывочных жидкостей.
- •5.1. Полимеры – структурообразователи.
- •5.1.2. Синтетические структурообразователи
- •5.2. Активность полимеров
- •Расчетные значения энергии поляризации
- •5.3. Другие функции полимеров.
- •5.4. Активация полимеров.
- •5.5. Активация дисперсионной среды полимерных растворов.
- •5.6. Активация твердой фазы полимерами
- •5.7. Дезактивация дисперсной фазы гидрофобными веществами (пав, полимерами, маслами)
- •5.8 Стабильность (седиментационная и агрегативная устойчивость) раствора.
- •5.9 Стабилизация буровых растворов полимерами.
- •Устойчивость реагентов к агрессии солей
- •6. Деструктурирование промывочных жидкостей
- •6.1. Искусственное деструктурирование (разжижение) промывочных жидкостей путем снижения концентрации твердой фазы
- •6.2. Деструктурирование промывочных жидкостей путём активации твёрдой фазы. Понизители вязкости.
- •6.3. Деструктурирование минерализованных промывочных жидкостей
- •7. Структурная вязкость и коэффициент трения промывочных жидкостей
- •7.1.Вязкость ньютоновских жидкостей
- •Силу трения можно выразить формулой
- •Тогда касательное напряжение составит
- •Коэффициент кинематической вязкости будет
- •7.2. Вязкость структурированных жидкостей
- •7.2.1. Анализ существующих теорий
- •7.2.2. Влияние скорости течения, диаметра труб и концентрации твердой фазы на вязкость и коэффициент трения структурированных жидкостей
- •Влияние вязкости полимерного раствора и скорости
- •Зависимость показания раствора от концентрации кельцана
- •7.2.3. Влияние активации и дезактивации твёрдой фазы на коэффициент трения (вязкость) структурированных жидкостей.
- •7.3. Деструктурирование промывочных жидкостей при циркуляции.
- •7.3.1. Влияние длительности циркуляции структурированной жидкости на её вязкость
- •7.3.2. Влияние температуры на вязкость промывочных жидкостей.
- •7.4. Определение вязкости (касательных напряжений) промывочных жидкостей.
- •Значения вязкости различных буровых растворов
- •7.5. Влияние прочности структуры и вязкости промывочных жидкостей на процесс бурения
- •7.6. Тиксотропия промывочных жидкостей
- •Выводы:
- •7.7.Плотность промывочной жидкости.
- •Плотность аэрированной жидкости определяется по формуле
- •Часть II. Стабилизация неустойчивых стенок скважин. Задачами второй части исследований являются:
- •8.Общие сведения о структуре горных пород.
- •8.1 Химические связи в минералах
- •8.2. Межмолекулярные связи в горных породах.
- •8.3 Поверхностная энергия горных пород.
- •8.4 Устойчивость горных пород стенок скважин.
- •9. Промывочные жидкости для бурения уплотненных глин.
- •9.1. Уплотненные глины
- •Значения коэффициента для различной плотности глины
- •9.2. Осложнения при бурении уплотненных глин.
- •9.2.1. Механизм увлажнения и набухания глин.
- •9.2.2. Фильтрация воды в горные породы.
- •9.2.3. Разупрочнение уплотненных глин.
- •9.2.4. Диспергирование и размывание глин.
- •9.2.5. Влияние гидравлического давления на увлажнение глины.
- •9.2.6. Влияние горного давления на увлажнение глины.
- •9.3. Промывочные жидкости, применяемые для профилактики осложнений в уплотненных глинах
- •9.4. Основные направления выбора промывочной жидкости для бурения глинистых пород
- •9.5. Анализ эффективности применяющихся глинистых растворов для бурения уплотненных глин.
- •9.6. Анализ эффективности полимерных и полимерглинистых растворов.
- •9.7. Анализ эффективности ингибирующих растворов
- •10. Промывочные жидкости для бурения неуплотненных глин
- •10.1. Глинистые неуплотненные породы. Осложнения при их бурении.
- •10.2. Анализ влияния электролитов на увлажнение и прочность неуплотненной глины.
- •Зависимость пластической прочности образца глины от влажности к2
- •10.3. Влияние полимеров и полимерсолевых растворов на увлажнение и прочность неуплотненных глин.
- •10.4. Полимерполисолевые промывочные жидкости, для бурения неуплотненных глин (общие понятия).
- •10.5. Исследование крепящих свойств полимерполисолевых растворов.
- •10.5.1. Теоретические рассуждения.
- •10.5.2. Экспериментальные исследования.
- •11. Промывочные жидкости для бурения микротрещиноватых глинистых пород.
- •11.1. Микротрещиноватые глинистые породы. Осложнения при бурении
- •11.2. Влияние технологических параметров бурения на раскрытие трещин
- •11.3. Влияние гидродинамического давления на раскрытие трещин
- •11.4. Промывочные жидкости. Механизм их действия. Анализ эффективности.
- •12. Промывочные жидкости для бурения трещиноватых горных пород.
- •12.1. Трещиноватые горные породы
- •12.2. Поглощение промывочной жидкости в трещиноватых породах
- •12.3. Мероприятия по предупреждению поглощения промывочных жидкостей
- •12.4. Анализ эффективности различных наполнителей для кольматации трещин
- •Закупоривающая способность глинистых паст
- •Определение закупоривающей способности вол
- •Закупоривающая способность вус
- •Зависимость объема тампонажной смеси от состава ее компонентов
- •12.5. Применение пен при бурении трещиноватых пород
- •13. Промывочные жидкости для бурения соленосных отложений
- •13.1. Осложнения при бурении соленосных отложений
- •13.2. Растворение хемогенных горных пород Растворение горных пород в промывочной жидкости характерно для галлоидов и сульфатов, в меньшей степени карбонатов.
- •Измерение массы и длины образцов соли при растворении в воде
- •13.3. Размывание хемогенных пород
- •Зависимость скорости и константы растворения соли от скорости потока
- •13.4. Анализ влияния различных компонентов промывочной жидкости на растворяющую способность раствора
- •Скорость растворения галита в перемешиваемом растворе, м/с10-7 (емкость 10л)
- •Из анализа результатов следует:
- •13.5. Промывочные жидкости, применяемые для бурения соленосных отложений
- •Промывочные жидкости, применяемые в России при бурении соленосных отложений
- •Продолжение таблицы 13.7
- •13.6. Анализ качества применяющихся промывочных жидкостей для бурения соленосных отложений
- •Скорость растворения галита в циркулирующих растворах
- •13.7. Силикатные растворы
- •Состав и свойства сульфатосиликатных и карбонатосиликатных растворов
- •13.8. Лигниноглинистые растворы
- •Заключение
- •Библиографический список
- •3. Структурирование глинистых растворов 42
- •4. Роль электролитов в структурировании промывочных жидкостей. 55
- •5. Роль полимеров в структурировании промывочных жидкостей. 78
- •6. Деструктурирование промывочных жидкостей 116
- •7. Структурная вязкость и коэффициент трения промывочных жидкостей 131
- •9. Промывочные жидкости для бурения 188
- •10. Промывочные жидкости для бурения неуплотненных глин 222
- •11. Промывочные жидкости для бурения микротрещиноватых глинистых пород. 264
- •12. Промывочные жидкости для бурения трещиноватых горных пород. 279
- •13. Промывочные жидкости для бурения соленосных отложений 304
Измерение массы и длины образцов соли при растворении в воде
Время раство- рения t,с |
Масса раство-рившей-ся соли mc, кг |
Сечение образца S, м2 |
Потеря длины образца за время t ΔR=mc/ρS |
Скорость растворения vp, м/с ΔR/t х 107 |
Коэффициент диффузии |
1800 3600 5400 7560 23040 |
0,0029 0,0049 - 0,0120 0,0333 |
0,0014 0,0014 0,0014 0,0014 0,0014 |
0,0009 0,0016 0,0026 0,0039 0,0108 |
5,2 4,4 - 5,1 4,7 |
6 5,1 - 6 5,5 |
13.3. Размывание хемогенных пород
Размывание горной породы - это ее растворение в циркулирующем потоке жидкости. Скорость растворения соли в стационарной жидкости определяется законом Фика:
. (13.9)
где Сх – концентрация соли в растворе
Коэффициент диффузии при циркуляции жидкости, согласно второму соотношению Эйнштейна, может быть выражен уравнением
, (13.10)
где R - газовая постоянная; Т - температура по Кельвину; Ко - коэффициент пропорциональности; ж - скорость циркуляции жидкости.
Тогда
, (13.11)
здесь толщина слоя жидкости, в которую диффундируют ионы соли.
Величину н(Сн - Сх) для комбинированных буровых растворов определить довольно сложно. Для оценки растворяющей способности таких растворов можно воспользоваться произведением
Ко(СнСх)=Кр, (13.12)
которое назовем константой растворения циркулирующей жидкости (константой размывания).
Константу размывания для различных жидкостей можно определить по формуле
, (13.13)
Экспериментальные исследования по определению зависимости растворимости солей от скорости циркуляции промывочной жидкости на кафедре технологии и техники разведки (КИЦМ) проводились Д.С. Кимом (под руководством Г.П. Зозули).
Для исследований использовались образцы соли (керн) с просверленными отверстиями, которые помещали в патрубок с торцевыми крышками со штуцерами. Герметизация и плотность установки образов в патрубке обеспечивалась резиновыми прокладками, поджимаемыми в результате завинчивания торцевых крышек. Один штуцер присоединялся к нагнетательному шлангу насоса, к другому крепился сливной шланг, опущенный в емкость с исследуемой жидкостью.
Прокачивание воды проводилось в течение 1, 2, 3 мин со скоростью, рассчитанной по формуле v=Q/S и равной 0,5, 1,01 и 1,33 м/с (Q -расход жидкости; S - поперечное сечение канала в керне).
Скорость растворения определилась по формуле
, (13.14)
здесь mc - масса растворенной соли за время t,c; So - боковая поверхность просверленного в образце керна канала.
Результаты исследований сведены в табл. 13.2.
Таблица 13.2
Зависимость скорости и константы растворения соли от скорости потока
Иссле-дуемая жид-кость |
Скорость потока ж, м/с |
Время опыта t,с |
Масса раство-ренной соли, кг 10-3 |
Поверх-ность раство-рения So, м2 х 10-4 |
Скорость растворения, o м/с х 10-5 |
Крх10-5
|
Вода |
0,5 0,5 0,5 1,01 1,01 1,01 1,33 1,33 1,33 |
60 120 180 60 120 180 60 120 180 |
4,5 9,1 14,0 8,9 18,1 29,0 14,0 31,0 48,0 |
23,66 28,85 30,04 28,14 29,10 30,10 33,92 37,16 38,17 |
1,19 1,19 1,18 2,40 2,36 2,43 3,13 37,10 38,17 |
2,38 2,38 2,36 2,38 2,34 2,40 2,35 2,38 2,38 |
Экспериментальные данные показывают, что при циркуляции жидкости скорость растворения хемогенных пород возрастает в несколько десятков раз, по сравнению со скоростью растворения в стационарных промывочных жидкостях, и линейно зависит от величины скорости циркуляции.
За критерий размываемости хемогенных пород можно принять константу растворяющей способности промывочной жидкости при ее циркуляции.