Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Обзор проблемы сальникообразования при бурении долотами рсд в пластичньгх породах 9
1.1 Краткие сведения о долоте РСД 9
1.2 Адгезионное и аутогезионное взаимодействие гидратированных глинистых частиц и металлической поверхности 12
1.3 Современное состояние проблемы сальникообразования при бурении долотами РСД 25
1.4 Работа долота РСД в глинистых сланцах с АВПД 45
1.5 Механизмы образования сальников на долоте РСД 47
1.6 Существующие антисальниковые реагенты 53
1.7 Выводы к главе. Постановка цели и задач исследований 66
ГЛАВА 2 Выбор и обоснование методов экспериментальных исследований 69
2.1 Методика проведения опытов с вращающимся металлическим стержнем 71
2.2 Методика проведения опытов на «Адгезиометре» 93
2.3 Методика оценки температурного диспергирования глинистого шлама в среде бурового раствора при динамических условиях 101
2.4 Методика определения межфазного поверхностного натяжения 103
2.5 Методика определения краевого угла смачивания 105
2.6 Методика определения коэффициента трения пары «металл-металл» 107
2.7 Методика определения пенообразующей и эмульгирующей способности водорастворимых ПАВ 109
2.8 Методика определения ингибирующей способности буровых растворов ПО
2.9 Методы контроля параметров буровых растворов 112
2.10 Выводы к главе 2 112
ГЛАВА З Разработка добавок к буровой промывочной жидкости на водной основе в качестве средств профилактики сальникообразования 114
3.1 Изучение влияния различных реагентов, применяемых для приготовления буровых промывочных жидкостей, на процесс сальникообразования 114
3.1.1 Влияние реагентов стабилизаторов промывочных жидкостей на адгезию глинистого шлама к поверхности металла 114
3.1.2 Влияние ингибиторов набухания глин на адгезию глинистого шлама к поверхности металла 136
3.1.3 Влияние смазочных добавок к буровому раствору на адгезию глинистого сланца к поверхности металла 143
3.2 Разработка комплексного реагента «ОПТИБУР» 147
3.2.1 Требования к средствам профилактики сальникообразования при бурении долотами РСД 147
3.2.2 Выбор эмульгатора и его влияние на пенообразование 149
3.2.3 Гидрофобизация поверхности металла из водных растворов маслорастворимыми ПАВ 152
3.2.4 Подбор базового плёнкообразующего компонента 155
3.2.5 Обоснование рецептуры реагента «ОПТИБУР» и её оптимизация проведением полнофакторного 3.2.6 Влияние реагента «ОПТИБУР» на основные свойства буровых промывочных жидкостей 164
эксперимента 159
3.3 Выводы к главе 3 169
ГЛАВА 4 Разработка технической документации и промысловые испытания 172
4.1 Разработка технической документации на изготовление и применение реагента «ОПТИБУР» 172
4.1.1 Разработка технологического регламента производства добавки противоадгезионной к буровым растворам «ОПТИБУР» 172
4.1.2 Разработка ТУ 2458-016-50783875-2010 «Добавка противоадгезионная «ОПТИБУР» 173
4.1.3 Разработка инструкции по применению добавки противоадгезионной к буровым растворам «ОПТИБУР» и получение санитарно-эпидемиологического заключения
4.2 Разработка рекомендаций по предупреждению сальникообразования при бурении пластичных пород долотами РСД 174
4.3 Промысловые испытания реагента «ОПТИБУР» на скважине № 1038 куста № 104 Ново-Пурпейского месторождения 174
4.4 Выводы к главе 4 175
Основные выводы и результаты 176
Список литературы
- Работа долота РСД в глинистых сланцах с АВПД
- Методика определения межфазного поверхностного натяжения
- Влияние реагентов стабилизаторов промывочных жидкостей на адгезию глинистого шлама к поверхности металла
- Разработка инструкции по применению добавки противоадгезионной к буровым растворам «ОПТИБУР» и получение санитарно-эпидемиологического заключения
Введение к работе
з
Актуальность работы
В России преобладают горные породы невысокой прочности. Большинство разрезов скважин (особенно в Западной Сибири) сложено глинистыми породами. Такие породы при бурении буровыми растворами на водной основе склонны к гидратации, прилипанию к долоту и элементам компоновки низа бурильной колонны (КНБК), что снижает скорость бурения и приводит к различным осложнениям.
Достаточно часто в практике бурения пластичных глин на современных полимерных ингибированных промывочных растворах скорость проходки падает в 2-3 раза. Анализ подобного падения механической скорости указывает в качестве наиболее влияющей причины образование сальника на долоте и КНБК. Для устранения этого осложнения при бурении пластичных пород необходимо применение технических и технологических решений. Необходима разработка профилактических мероприятий, способных повысить технико-экономические показатели бурения пластичных пород. Одним из решений является применение специальных реагентов, предотвращающих сальникообразование и улучшающих буримость пластичных горных пород.
Существующие направления решения указанной проблемы при бурении в пластичных породах связаны в основном с совершенствованием конструкции долота, улучшением качества и организации потока промывочной жидкости.
Совершенствование конструкции долота осуществляется оптимизацией профиля вооружения долота; гидравлического профиля; количества, размеров, углов атаки и формы режущих элементов; расположения и направления промывочных насадок долота.
В современной буровой технологии для безаварийной проходки пластичных пород часто применяются полимерные ингибированные промывочные жидкости. Улучшение их качества достигается введением в рецептуру дополнительных добавок, выбор которых производится на основе специальных научно-исследовательских работ.
Известные добавки к буровым промывочным жидкостям, препятствующие образованию сальников при бурении долотами режуще-скалывающего действия (РСД), не в полной мере обеспечивают высокий уровень эффективности строительства скважин. Учитывая, что более 50% разбуриваемых в России пород -глинистые, разработка таких реагентов перспективна и актуальна.
Цель работы Предупреждение осложнений, обусловленных сальникообра-зованием при разбуривании пластичных горных пород, применением промывочных растворов с улучшенными гидрофобизирующими, антифрикционными и поверхностно-активными свойствами.
Основные задачи работы
-
Обоснование методов исследований влияния технико-технологических и физико-химических факторов на адгезионное взаимодействие глинистого шлама с металлической поверхностью в среде промывочного раствора.
-
На основании результатов исследований установить возможные механизмы предотвращения сальникообразования при бурении пластичных пород.
-
Обосновать выбор компонентов нового реагента комплексного действия «ОПТИБУР» для профилактики сальникообразования и улучшения технико-экономических показателей бурения.
-
Разработать техническую документацию для промысловых испытаний комплексного реагента «ОПТИБУР» и внедрить разработанную добавку.
-
Разработать технологические рекомендации по профилактике сальникообразования.
Методы решения задач
Теоретические и экспериментальные исследования с использованием специальных методов определения: способности глинистых частиц образовывать сальник, прочности адгезионного взаимодействия глины с поверхностью металла в тестируемых растворах. Стандартные методы изучения общих технологических свойств буровых растворов. Применение методов планирования эксперимента, математического моделирования и регрессионного анализа.
Научная новизна
-
Разработан механизм образования глинистых сальников на элементах КНБК, заключающийся в адгезионном прилипании глинистой породы к металлу и аутогезиошюм - к слою уже прилипшей глины. При этом после выбуривания глина интенсивно впитывает влагу из промывочного раствора, а прочность её адгезионного контакта с металлической поверхностью резко увеличивается.
-
Установлены закономерности влияния различных факторов на сальнико-образование. Прочность адгезионного контакта частиц выбуренной породы с элементами КНБК возрастает при увеличении времени гидратации выбуренных частиц, предшествующего их контакту с металлом; уменьшении начальной влажности разбуриваемых горных пород; увеличении силы прижатия частиц; увеличении шероховатости поверхности металла; увеличении давления промывочной жидкости на забое.
-
Определено, что образоваїгае на поверхности частиц выбуренной породы слоев неполярных жидкостей (полиальфаолефинов и метиловых эфиров жирных кислот или биодизеля) значительно снижает адгезию и аутогезию этих частиц.
Основные защищаемые положения
1. Результаты изучения адгезионного и аутогезионного взаимодействий
глинистых частиц и металла в среде промывочного раствора.
-
Представления о механизме образования глинистых сальников на элементах КНБК и методы профилактики данного осложнения.
-
Рецептура реагента комплексного действия «ОПТИБУР» и технология его применения.
Практическая ценность
-
Разработан и используется полевыми инженерами Управления по бурению «БУРИНТЕХ» регламент по оптимизации отработки долот РСД производства ООО НПП «БУРИНТЕХ» и предотвращению сальникообразования.
-
Разработан, испытан при бурении на Ново-Пурпейском месторождении и применяется при строительстве скважин с использованием собственных (000 НПП «БУРИНТЕХ») промывочных растворов состав экологически безопасной
б противоадгезионной добавки для профилактики образования глинистых сальников - «ОПТИБУР».
Апробация работы
Материалы диссертационной работы докладывались на:
Второй Всероссийской учебно-научно-методической конференции (Уфа, УГНТУ, 2004 г.)
57-й Научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (2006 г.)
IV Ежегодной конференции «Инновации и эффективность: развитие технологий бурения и ремонта скважин» Уфа, УГНТУ, 2008.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе четыре в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК н патент на изобретение (Пат. №2369625 РФ).
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 111 наименований, 7 приложений.
Общий объем работы - 188 страниц машинописного текста, включая 61 рисунков и 9 таблиц.
Работа долота РСД в глинистых сланцах с АВПД
Адгезия (прилипание) - возникновение связи между поверхностными слоями двух разнородных (твердых или жидких) тел (фаз), приведенных в соприкосновение (П. А. Ребиндер) [68].
Адгезия - явление, заключающееся в возникновении физического или химического взаимодействия между конденсированными фазами при их молекулярном контакте, приводящее к образованию новой гетерогенной системы (В. Л. Вакула, Л. М. Притыкин) [16].
Адгезия - явление соединения приведенных в контакт поверхностей конденсированных фаз (Л. М. Притыкин, В. Л. Вакула) [56, 57].
Под адгезией понимают молекулярную связь между поверхностями приведенных в контакт разнородных тел (А.А. Берлин, В.Е. Басин) [11]. Под адгезией жидкости подразумевают взаимодействие жидкой и твердой фаз на границе раздела этих фаз (А.Д. Зимон) [35].
Адгезия - связь между приведенными в контакт разнородными поверхностями (С.С. Воюцкий) [17].
Б.В. Дерягин [25] с сотрудниками предпринял попытку устранить разногласия, разделив процесс и свойство: "Общепринято под адгезией, в отличие от когезии, подразумевать сопротивление нарушению контакта двух разнородных тел. Поэтому явления адгезии естественно относить к поверхностным явлениям, контролируемым поверхностными силами. Для устранения двусмысленности было бы целесообразно термин "прилипание" относить к процессам установления и прогрессивного роста со временем молекулярной связи между двумя телами, термин же "адгезия" применять для обозначения достигнутой прочности этой связи.
Во всех определениях речь идет об одном и том же объекте -гетерогенном теле, состоящем из разнородных конденсированных контактирующих фаз, при этом тела через границу раздела связаны межмолекулярными силами.
Определённое распространение получила диффузионная теория адгезии (С.С. Воюцкий) [18], предполагающая диффузию молекул окружающей среды внутрь контактирующего материала. При этом перестаёт существовать граница раздела фаз.
При существенном различии параметров растворимости, высокой степени структурирования или кристалличности одного из компонентов (в нашем случае металлической поверхности долота) механизм адгезионного взаимодействия вряд ли можно считать диффузионным.
Объекты и явления, описываемые в диффузионной теории -совместимые системы без равновесных межфазных границ, для которых характерно исчезновение границы раздела. Диффузионные процессы многое определяют в формировании совместимых систем и относятся к теории аутогезии или когезии.
В основе механической теории [7] (Д. Бакли) адгезии лежит представление о заполнении и обволакивании элементами дисперсионной системы, например частицами глины, поверхностных дефектов контактирующих частей.
Механическое зацепление элементов системы иногда может вносить вклад в механизм их адгезионного взаимодействия, а механическая прочность может даже превышать собственно адгезионный вклад.
Следовательно, необходимо изучить, влияние шероховатости поверхности металла на адгезионное взаимодействие с глинистыми частицами в буровом растворе.
Теория слабого граничного слоя. В настоящее время ясно осознано, что вблизи границы раздела фаз происходит перестройка структуры тела. Протяженность этих областей может достигать нескольких десятков микрометров, а сами области могут характеризоваться другой степенью упаковки молекул, нежели тело в объеме. Согласно этой теории разрушение тела происходит по так называемому слабому слою, который; как правило, локализуется вне границы раздела фаз. Образование этого слоя является следствием действия сил межмолекулярного взаимодействия между фазами, то есть вторично по отношению к формированию связей на границе раздела несовместимых фаз. В реальных системах разная степень дефектности межфазных слоев способна существенно повлиять на результаты, например, механических испытаний, но это обстоятельство не является ни необходимым, ни достаточным для отнесения теории слабого граничного слоя к теориям адгезии. Скорее, эта теория должна быть отнесена к теориям, объясняющим отклонение от "идеальной" адгезии.
Некоторые исследователи, в частности Б.В. Дерягин и В.П. Смилга [25, 27], развивают электронную теорию адгезии. В основе этой теории лежит гипотеза о переходе электронов с одной контактирующей поверхности на другую и образовании двойного электрического слоя вдоль границы раздела поверхностей. Данная теория также подходит для описания механизма прилипания глинистого шлама к породоразрушающему инструменту. Между контактирующей глиной и металлической поверхностью в бурении всегда присутствует адгезив — вода и полимеры.
В работах [97] (J. Krupp, WJ. Schnabel) и [16] (В.Л. Вакула, Л.М. Прыткин) показано, что двойной электрический слой не вносит существенного вклада в энергию межфазного взаимодействия. Более того, различные электрические явления, наблюдаемые при воздействии на адгезионное соединение, по-видимому, являются скорее следствием процесса их разрушения, нежели причиной их образования.
Адсорбционная теория в качестве определяющего механизма адгезии рассматривает адсорбцию молекул адгезива на твёрдой поверхности. Чаще всего имеет место физическая адсорбция, обусловленная Ван-дер-Ваальсовскими силами и водородными связями.
В книге «Адгезия и адгезивы» Э. Клинока [39] приведена классификация по видам адгезионных связей и их типичным энергиям. Показано, что первыми по энергии взаимодействия являются водородные связи (10-25 кДж/моль), вторыми - силы Ван-дер-Ваальса: ориентационные
Методика определения межфазного поверхностного натяжения
В первоначально сухой глине материал слишком сух, чтобы, иметь значительную склонность к прилипанию. Однако при увеличении содержания воды пластичность глины повышается, и увеличивается склонность к прилипанию. При дальнейшем увеличении содержания воды в глине она становится настолько пластичной и слабо связанной, что легко диспергируется. Такой слабосвязанный материал легко смывается струями промывочного раствора. Таким образом, из графика видно, что существует зона повышенного риска образования, сальника, относящаяся к пластичному состоянию разбуриваемой глинистой породы, в котором слабы когезионные силы. Положение этой зоны будет зависеть от типа сланца, вида и содержания в нём глинистых минералов-и его давления набухания.
Таким образом, если разбуриваются-сланцы, склонные к образованию сальника (попадают в среднюю зону), избежать проблем можно следующим образом [105]:
1. Дегидратация шлама с целью» его перехода из пластичной зоны в «сухую». Она может быть достигнута использованием промывочного раствора, способного образовывать мембрану на поверхности глинистой частицы и осмотически (из-за разности концентраций солей в растворе и в порах) дегидратировать глинистую породу. Этот способ1 также осуществляется применением РУО или раствора с активностью водной фазы ниже активности воды в разбуриваемых глинах.
2. Гидратация шлама до его перехода в зону текучести: шлам диспергируется и легко смывается с поверхности долота. Достигается использованием диспергирующих промывочных растворов. Однако применение таких промывочных растворов может вызвать проблемы с устойчивостью ствола скважины и с ухудшением реологии раствора из-за повышенной наработки твёрдой фазы.
3. Образование на частицах шлама граничного слоя (например, липофилизация поверхности с помощью ПАВ) для предотвращения адгезии глинистых частиц между собой и с поверхностью долота.
Первый и второй подходы применимы только в случае, если содержание воды в глинистой породе и её склонность к прилипанию известны заранее. То есть, можно было бы применить эту стратегию, если есть очевидная проблема сальникообразования и известно, что разбуриваемая порода находится в пластичной зоне.
В противном случае шлам, первоначально находящийся в «сухой» зоне, можно увлажнить до пластичного состояния, создав тем самым проблему образования сальника там, где её не было. Эта ситуация может встретиться при разбуривании хорошо уплотнённых глинистых сланцев с низкой реакционной способностью на диспергирующем растворе. Также существует вероятность осушить глинистый шлам, находящийся в зоне повышенной пластичности, и снова увеличить опасность сальникообразования. Такая ситуация может встречаться при бурении молодых глинистых сланцев с высокой реакционной способностью на ингибирующем растворе или растворе со способностью к сильной осмотической дегидратации.
Руководствуясь описанными способами предотвращения образования глинистых сальников, можно выдвинуть гипотезу о том, что наиболее эффективным и универсальным способом предотвращения сальникообразования является формирование граничных слоев на поверхности частиц шлама, предотвращающих их слипание между собой и с поверхностью бурильного инструмента.
При бурении спрессованных глинистых пород на больших глубинах (порядка 3000 м и больше) и наличии АВПД во избежание их выпучивания в скважину приходится бурить на растворах с большими плотностями (порядка 1500 кг/м и больше). Такие глинистые сланцы обычно бурятся с очень низкой средней механической скоростью (меньше чем 7,5 м/час).
При бурении глубоко залегающих сланцев долотами РСД на водном растворе механические скорости проходки часто намного ниже (обычно в два три раза), чем на углеводородном растворе [106]. Международный, опыт буровых компаний бурения в зонах аномально-высокого пластового давления состоит в том, что стоимость одного метра проходки бурения с раствором на водной основе вдвое больше стоимости бурения с раствором на углеводородной основе [92, 101].
Использование углеводородных буровых растворов в рассматриваемых геологических интервалах может быть неэкономно или невозможно при следующих обстоятельствах: из-за экологической опасности; пожарной безопасности; при поглощении бурового раствора или проблемах с устойчивостью скважины.. ,
По данным [92] приблизительно 10% из-325 пробуренных в США скважин ("Amoco") в течение 1995 года бурились при АВПД. Однако эти скважины составили 55% общих.затрат компании на бурение.
Во всем, мире свой вклад в важность этойшроблемы вносит увеличение ограничений по экологической безопасности при использовании. углеводородных растворов.
Явление, которое приводит к низким скоростям бурения глинистых пород - прилипание шлама непосредственно к резцам долота; Лабораторные испытания; Smith JIR: [106] показывают, что прилипание шлама является следствием его накопления на забое и адгезии; Это встречается во многих низкопроницаемых мелкозернистых породах.
Для перемещения частицы сланца с; поверхности ,резца необходимо преодолеть силы адгезии, усиленные действием дифференциального давления. Для. этого может понадобиться большое усилие; Данная проблема актуальна для бурения и на углеводородных и на водных растворах. Когда шлам в результате действия дифференциального давления, прижимающего его к породе, образует слой породы на забое скважины, происходит образование сальника на забое. В результате,, чтобы, бурить первичную породу вооружению долота.необходимо проникнуть через этот слой. Дифференциальное давление возникает из-за различия между давлением раствора в скважине и локальным поровым давлением в непроницаемой породе под долотом. Глубокое бурение спрессованных сланцев утяжелёнными растворами обычно производится при повышенном давлении в скважине и горном давлении, что может значительно снизить скорости бурения.
В непроницаемых породах давление под выбуриваемым осколком породы ниже, потому что фильтрат бурового раствора не успевает заполнить трещину между осколком породы и материнской породой и уравновесить поровое давление с давлением в скважине. Результирующая сила, действующая на частицу породы, мешает её удалению с забоя и препятствует созданию новых осколков породы.
Использование углеводородных растворов должно помочь подавить аутогезионные силы индивидуальных частиц шлама друг к другу и адгезию к корпусу долота, но не является 100%-м решением проблемы при рассматриваемых условиях бурения.
Влияние реагентов стабилизаторов промывочных жидкостей на адгезию глинистого шлама к поверхности металла
Внутренняя поверхность ячейки, в которой происходит взаимодействие металлической поверхности стержня с глинистым шламом, представляет собой тефлоновую гладкую гидрофобную поверхность. К такой поверхности не прилипает смоченный раствором глинистый шлам, что необходимо для установления чистого влияния среды бурового раствора на адгезионное взаимодействие шлама с металлической поверхностью стержня. По расчетам линейная скорость перемещения металлической поверхности стержня относительно шлама, находящегося во время теста на нижней поверхности ячейки для тестирования, составляет 0,1 м/с.
Скорость восходящего потока в реальных буровых долотах РСД в межлопастном пространстве составляет: для четырёхлопастного долота с диаметром 295,3 мм и подачи насосов 64 л/сек - примерно 2,5 м/с; для шестилопастного долота с диаметром 123,8 мм и подачи насосов 10 л/сек - примерно 3,2 м/с. В то же время, скорость оседания глинистого шлама в восходящем потоке для слипшихся крупных частиц при достижении ими размера 50 мм может достигать 1,2 + 1,3 м/с, а при более крупном шламе и больше.
Наиболее опасными зонами на поверхности долота, как уже было рассмотрено ранее, являются места, где лопасти сходятся с корпусом долота и на обратной стороне лопастей. Рассматриваемые участки поверхности долота РСД являются местами наибольшего скопления шлама в процессе бурения пластичных пород. Ранее было отмечено, что с любым гидравлическим профилем долота в процессе бурения в той или иной степени образуются застойные зоны, которые приводят к скоплению частиц шлама, замедлению их движения относительно поверхности долота и прилипанию [109].
Таким образом, в процессе очистки долота РСД от выбуренной породы возникают зоны с низкими скоростями перемещения частиц шлама относительно поверхности долота. Данное замечание позволяет утверждать, что скорости перемещения частиц шлама относительно поверхности металла, воспроизводимые в рассматриваемом тесте, с большой вероятностью могут встречаться и в реальном процессе бурения. Также становится ясно, что в тесте из-за низких скоростей перемещения глинистых частиц и металлической поверхности относительно друг друга условия образования адгезионного взаимодействия более жёсткие, чем в реальных условиях. Следовательно, предотвратив прилипание глинистых частиц в условиях опытов, аналогичного действия стоит ожидать и в скважине. Силы прижатия частиц выбуренной породы к поверхности долота обусловлены: - сложным пространственным движением лопастей; - давлением, оказываемым более удалёнными от поверхности частицами шлама на приближенные к металлической поверхности частицы в процессе их скопления в застойных зонах; - разницей давлений в порах выбуриваемых глинистых частиц с давлением раствора в скважине (для бурения глинистых сланцев в зонах с АВПД). Рассматриваемую величину очень трудно рассчитать и воспроизвести. Воспроизводимая сила прижатия в тесте на налипание глинистого шлама к металлическому стержню обусловлена давлением стержня на частицы шлама и равна его весу (4,66 Н).
Переменными (изучаемыми) факторами эксперимента являются: 1) свойства горной породы (шлама); 2) время эксперимента; 3) пластовое давление (спрессованность выбуриваемых частиц шлама); 4) давление раствора; 5) температура раствора; 6) шероховатость металлической поверхности; 7) антисальниковые свойства тестируемого раствора.
Выбор шламового материала и влияние влажности шлама для тестирования сальникообразования.
Имитация шлама представляет собой предварительно прогидратированный необработанный бентонит ПБН, высушенный в сушильном шкафу при 105С в течение 24 часов и раздробленный на куски статистической размерности (2-4 мм).
Сравнение искусственного шлама производилось со шламовым материалом, полученным при бурении на скважине №1713 куста 146 Рогожниковского месторождения Тавдинской свиты, представляющей собой глины светло-зелёные, голубовато-зелёные неяснослоистые, алевритистые с линзовидными прослойками кварцевого алеврита с включениями бурого глинистого сидерита, со следами ожелезнения. Бурение данного интервала (кондуктора) производилось на водном глинистом растворе без применения каких-либо химических реагентов. Для снижения концентрации глины и вязкости раствора производилось разбавление водой.
Шлам отобран на выходе из скважины при его попадании на вибросита и помещён в герметичный пластиковый контейнер. Таким образом, естественный шламовый материал, используемый в тестах, не содержит посторонних химических компонентов и имеет влажность, которую приобрели частицы выбуренной глинистой породы при попадании в буровой раствор. Влажность шлама составила 44%.
Разработка инструкции по применению добавки противоадгезионной к буровым растворам «ОПТИБУР» и получение санитарно-эпидемиологического заключения
Добавление изучаемых анионных и неионогенных полимеров в рабочих концентрациях в глинистый раствор приводит к увеличению удельной массы сальника на металлическом стержне, а значит к увеличению прочности адгезионного контакта глинистого шлама с металлической поверхностью. Под рабочими концентрациями понимаются концентрации полимеров, выбранных для тестирования из реальных программ по приготовлению и обработке буровых растворов, применяемых на месторождениях Западной Сибири. Увеличение концентрации полимера или глины в полимер-глинистом растворе приводит к увеличению вероятности образования сальника. Наименьшее образование сальника получено в растворах частично гидролизованного полиакриламида (ЧГПА) высокой молекулярной массы (пункт 4 таблицы 3.1).
При обработке «активной» части циркулирующего через скважину бурового раствора во время бурения глинистых пород недопустимо добавление полимеров в сухом виде в силу того, что это приводит к значительному увеличению опасности сальникообразования. Обработку раствора полимером следует производить с предварительным его растворением в воде.
Добавление в раствор полимера с большой молекулярной массой приводит к большему увеличению удельной массы сальника в сравнении с низкомолекулярным.
Добавление в глинистый раствор частично гидролизованного полиакрилонитрила с молекулярной массой порядка 0,5-4 млн. в низкой концентрации, приводящей к неполному флокулированию глины, снижает прилипание глинистого шлама к поверхности металла.
Оба тестируемых неионогенных полимера (ПЭО и ПВП, см. рисунок 3.17) демонстрируют сравнительно низкое увеличение удельной массы сальника на металлическом стержне.
Тестируемый низкомолекулярный катионный полимер (ВПК-402) приводит к практически 100%-му предотвращению образования сальника на металлическом стержне. Таким образом, некоторые полимеры способны снижать силы сцепления глинистого шлама с поверхностью металла, однако использование только вышеупомянутых полимеров не всегда обеспечивает выполнение всех требований, предъявляемых к промывочным растворам. Это приводит к необходимости применения полимеров - понизителей фильтрации и регуляторов реологии буровых растворов, что ухудшает противоадгезионные свойства раствора и требует его дополнительной обработки реагентами, предотвращающими образование глинистого сальника на элементах КНБК.
Данный ряд тестов направлен на определение способности ингибиторов набухания глин уменьшать интенсивность прилипания глинистого шлама к металлу в среде промывочной жидкости.
При бурении в интервалах высокодисперсных активных глин с большой катионообменной ёмкостью, которые часто встречаются на месторождениях Западной Сибири, получаемый шлам хорошо гидратируется, слипается между собой и прилипает к смоченной поверхности металла. Исследовалось влияние ингибиторов на гидратационные и коагуляционные процессы в глинистых и безглинистых растворах, и влияние этих процессов на прилипание глинистого шлама к поверхности металла.
Гидратация и коагуляция шлама в среде с добавлением различных ингибиторов набухания глин оценивалось по изменению реологических характеристик, и катионообменной ёмкости раствора.
В первой серии тестов с целью установления эффективности ингибитора проводится последовательное тестирование стандартного глинистого раствора и раствора, содержащего ингибитор.
В структурированных системах, называемых гелями, частицы дисперсной фазы связаны между собой и образуют пространственную структуру, имеющую определенную механическую прочность. Таким образом, изменение статического напряжения сдвига (СНС) свидетельствует об изменении количества связей между частицами глины, степени её гидратации и коагуляции. Эффективность работы ингибитора оценивается по изменению статического напряжения сдвига и удельной массы сальника на металлическом стержне.
Во второй серии тестов с целью установления эффективности ингибитора проводится последовательное тестирование стандартного водного раствора 0,2 % КМЦ ВВ и аналогичного полимерного раствора, содержащего ингибитор. Эффективность работы ингибитора оценивается сравнением катионообменной ёмкости оставшегося после опыта раствора по метиленовой сини (МВТ) и удельной массе сальника на металлическом стержне.
Проведение эксперимента
В первой серии тестов готовится 15%-я суспензия необработанного бентонита ПБН. С параметрами данной суспензии (до и после опыта на прилипание глинистого шлама к металлическому стержню) сравниваются все последующие обработанные ингибитором суспензии.
Производится замер реологических параметров суспензии. Тестируемый раствор готовится добавлением исследуемого количества ингибитора (1%) и его перемешиванием в течение 15 минут с частотой вращения 1500 об/мин. Производится замер реологических параметров тестируемого раствора, содержащего «распустившуюся» глину и ингибитор набухания. Выполняется стандартный тест на налипание глинистого шлама (описанный в пункте 2.1) на металлический стержень. В.ходе этого опыта в исследуемый раствор добавляется 50 грамм глинистого материала, эмитирующего попадание в раствор глинистого шлама. Раствор с глинистым шламом в тесте с металлическим стержнем подвергается механическому перемешиванию в течение 20-ти минут, что способствует гидратации и коагуляции глины. После извлечения металлического стержня для дальнейшего анализа налипшего шлама, у тестируемого раствора снимают реологию и заносят данные в таблицу. Интерпретация результатов По результатам тестов построена таблица, отображающая влияние каждого из тестируемых ингибиторов на изменение удельной массы сальника на металлическом стержне и реологических параметров по сравнению с неингибированным глинистым раствором.
Добавление ингибитора электролита в достаточной для полного ингибирования всей глины в растворе концентрации приводит к предотвращению образования сальника (3% HCOONa и 4% КС1, см. таблицу 3.2).
