Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Обзор современного состояния технологии бурения скважин в твердых горных породах и перспективы применения поверхностно - активных веществ 9
1.1 Общая характеристика прочностных свойств горных пород 9
1.2 Способы интенсификации разрушения горных пород на забое скважины 14
1.3 Анализ существующих методик выбора поверхностно — активных веществ для повышения эффективности разрушения твердых горных пород 19
1.4 Постановка цели и задач исследования 27
Глава 2 Методика исследований 29
2.1 Влияние основных технологических параметров буровых растворов на буримость горных пород 29
2.2 Технологические параметры буровых растворов 31
2.3 Методика планирования и обработки результатов экспериментальных исследований 39
Выводы по главе 2 44
Глава 3 Разработка методики оценки влияния состава промывочной жидкости на эффективность разрушения горной породы на забое скважины 45
3.1 Постановка задачи исследования 45
3.2 Обоснование выбора типа ПАВ в составе буровых растворов 48
3.3 Разработка методики количественной оценки разупрочняющего действия промывочной жидкости на буримые горные породы 51
3.4 Оценка эффективности анионактивных ПАВ по разработанной методике 58
Выводы по главе 3 66
Глава 4 Разработка составов буровых растворов пониженной плотности и исследование их структурно-реологических свойств 67
4.1 Рекомендации к разрабатываемым составам полимерных безглинистых растворов 67
4.2 Разработка составов буровых растворов пониженной плотности 71
4.3 Исследование влияния температуры на структурно - реологические показатели разработанного бурового раствора 76
4.4 Исследование разработанного бурового раствора по методике количественной оценки эффективности разрушения породы 80
Выводы по главе 4 82
Глава 5 Экспериментальная и опытно производственная оценка предложенным разработкам 83
5.1 Стендовые исследования процесса разрушения твердых горных пород при бурении 83
5.2 Эколого-экономическая оценка разработанного биополимерного безглинистого бурового раствора 86
5.3 Опытно-производственная оценка эффективности биополимерного безглинистого бурового раствора для бурения твердых пород 89
Выводы по главе 5 90
Заключение 92
Список литературы 93
Приложение А 102
Приложение Б 104
- Анализ существующих методик выбора поверхностно — активных веществ для повышения эффективности разрушения твердых горных пород
- Разработка методики количественной оценки разупрочняющего действия промывочной жидкости на буримые горные породы
- Исследование влияния температуры на структурно - реологические показатели разработанного бурового раствора
- Эколого-экономическая оценка разработанного биополимерного безглинистого бурового раствора
Введение к работе
Актуальность темы: Развитие минерально-сырьевой базы страны, повышение качества и эффективности бурения скважин предполагает освоение все больших глубин разрабатываемых месторождений.
Бурение скважин требует совершенствования не только техники и технологии буровых работ, но и систем буровых растворов. Технические и экономические показатели бурения во многом зависят от совершенства технологии промывки скважин, состава и свойств буровых растворов, их физико-химической обработки и соответствия буримым горным породам.
При бурении в твердых горных породах резко увеличиваются энергозатраты на разрушение породы на забое, что снижает эффективность бурения в целом. Особенно этот вопрос актуален при бурении скважин в Тимано-Печорской и Лено- Тунгусской нефтегазоносных провинциях, где геологический разрез представлен твердыми горными породами.
В связи с этим создание композиций эффективных буровых растворов с добавками реагентов - понизителей твердости горных пород представляется весьма актуальной задачей.
Значительный вклад в развитие научных представлений о процессах разрушения горных пород и влияние поверхностно- активных веществ (ПАВ) на этот процесс внесли отечественные и зарубежные исследователи: Ребиндер П.А., Шрейнер Л.А., Жигач К.Ф., Дихтяр А.А., Криворучко А.М., Синюков Ю.М., Кусов Н.Ф., Таран Р.Н., Дудля Н.А., Синев С.В., Шоболова Л.П., Эдельштейн О.А. и др.
Исследованием и разработкой рецептур промывочных жидкостей в разное время занимались: Агзамов Ф.А., Ахмадеев Р.Г., Булатов А.И., Ангелопуло О.К., Гайдаров М.М-Р., Городнов В.Д., Данюшевский В.С., Грей Дж. Р., Дарли Г.С.Г., Маковей Н., Николаев Н.И., Овчинников В.П., Рябова Л.И., Рязанов Я.А., Уляшева Н.М., Шарафутдинов З.З. и др.
Целью работы: Повышение эффективности разрушения твердых горных пород при бурении скважин.
Идея работы, заключается в создании композиций безглинистых буровых растворов на основе водорастворимых полимеров различной молекулярной массы с добавками реагентов - понизителей твердости горных пород (детергентов).
Задачи исследований.
анализ материалов по применению реагентов - понизителей твердости в составе бурового раствора;
разработка методики оценки эффективности реагентов понизителей твердости пород в составе бурового раствора;
разработка составов буровых растворов повышающих эффективность бурения скважин в твердых горных породах;
проведение экспериментальных и стендовых исследований свойств разработанных растворов и анализ полученных результатов;
опытно-производственная оценка предложенным разработкам.
Методика исследований включает в себя комплекс экспериментальных исследований физико-механических свойств горных пород, а также основных структурно-реологических свойств безглинистых буровых растворов.
Научная новизна заключается в установлении зависимости изменения физико-механических свойств буримых твердых горных пород от состава и структурно-реологических показателей разработанных безглинистых буровых растворов с добавками реагентов - понизителей твердости, а также их концентраций, что обеспечит увеличение эффективности разрушения пород на забое.
Защищаемые научные положения.
1. Водные растворы анионактивных ПАВ при концентрациях 0,05 - 0,1% снижают твердость горных пород на 15-35%, что приводит к снижению удельной работы разрушения на 30-50%
2. Разработанная методика оценки влияния водных растворов ПАВ на изменение физико-механических характеристик твердых горных пород, включающая определение поверхностного натяжения, удельного электрического сопротивления раствора и предела прочности, микротвердости и динамической прочности породы, позволяет дать количественную оценку эффективности детергентов в составе буровых растворов пониженной плотности.
3. Буровые растворы на основе биополимера «КК Робус» (0,3 - 0,5%), высокомолекулярного акрилового полимера «К-М17» (3 - 5%), композиции анионактивных ПАВ (0,05 - 0,1%), обеспечивают получение стабильных промывочных жидкостей плотностью 1,02 - 1,04 г/см3, с нормативными технологическими показателями, повышающих механическую скорость бурения на 10 - 40 %.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций определяется современным уровнем аналитических и достаточным объемом экспериментальных исследований, воспроизводимостью полученных данных и удовлетворительной сходимостью расчетных величин с результатами лабораторных и опытно-производственных исследований.
Практическая значимость работы состоит в разработке составов безглинистых биополимерных буровых растворов пониженной плотности, позволяющих повысить эффективность бурения твердых горных пород.
Апробация работы. Основные положения, результаты теоретических и экспериментальных исследований, выводы и рекомендации докладывались на Международной молодежной научной конференции «Севергеоэкотех - 2011», «Севергеоэкотех - 2012» и «Севергеоэкотех - 2013» (г. Ухта), V Международной научно-технической конференции «Бурение скважин в осложненных условиях», посвященной 90-летию ДонНТУ и 40-летию кафедры «Технология и техника геологоразведочных работ» (г. Донецк, 2011 год), V Всероссийской конференции «Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых» (г. Пермь, 2012 год), IV Международной научно-практической конференции молодых ученых (г. Уфа, 2011 год), Всероссийской молодежной научной конференции «Молодежь и наука на Севере» (г. Сыктывкар, г. Ухта, 2013 год).
Реализация результатов работы. Отдельные положения диссертационного исследования использованы при выполнении научно-исследовательских работ в рамках:
- ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы;
стипендиальной программы Президента Российской Федерации молодым ученым и аспирантам на 2013-2015 годы по теме «Обоснование и разработка методики выбора поверхностно- активных веществ в составе буровых растворов для повышения эффективности разрушения твердых горных пород при бурении скважин»;
опытно-производственного опробования при бурении скважин в твердых горных породах на Гиммельфарбском местрождении (Казахстан) и объекте Таловейс (республика Карелия).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ, 4 статьи опубликованы в журналах, входящих в перечень ведущих журналов и изданий, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем диссертационной работы.
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка, включающего 86 наименований. Материал диссертации изложен на 105 страницах, включает 18 таблиц, 27 рисунков, 2 приложения.
Анализ существующих методик выбора поверхностно — активных веществ для повышения эффективности разрушения твердых горных пород
Как известно, поверхностно - активные вещества, это вещества с асимметричной молекулярной структурой, молекулы которых имеют дифильное строение, т.е. содержат лиофильные и лиофобные (обычно гидрофильные полярные группы и гидрофобные радикалы) атомные группы. Дифильная структура обусловливает поверхностную (адсорбционную) активность ПАВ, их способность концентрироваться и определённым образом ориентироваться на межфазных поверхностях раздела, понижая поверхностную энергию (поверхностное натяжение). Гидрофильные группы обеспечивают растворимость ПАВ в воде, гидрофобные (обычно углеводородные) при достаточно высокой молекулярной массе способствуют растворению ПАВ в неполярных средах. С помощью ПАВ можно влиять на энергетическое состояние и структуру межфазной поверхности и через неё регулировать свойства гетерогенных систем.
Совершенно ясно, что в отношении состава ПАВ, используемых в буровых растворах, можно классифицировать лишь в самых общих чертах[19]. Одни продукты являются смесями разных химических веществ, другие содержат одинаковые молекулы, отличающиеся молекулярной массой и деталями структуры. Химический состав продукта может быть вообще неизвестен — иногда прибегают к таким формулировкам, как «смесь сложных эфиров жирных и смоляных кислот» или «окисленный остаток жирных кислот из животных жиров». Таким образом, ПАВ следует определять по их применению, а не по составу.
По содержанию гидрофильных групп ПАВ можно разделить на анионо-активные, катионоактивные, неионогенные и амфотерные. К анионным группам относятся карбоксилаты, сульфонаты, сульфаты и фосфаты, к катионным — амины, четвертичные аммонийные и другие азотные группы. Неионным группам способность растворяться придают гидроксильные группы и цепи оксида этилена. Амфотерные ПАВ содержат как основные, так и кислотные группы, а их поведение зависит от рН. Также выделяют в отдельную группу высокомолекулярные ПАВ с повторяющимися в макромолекуле полярными и неполярными звеньями.
В таблице 1.6 представлены основные характеристика и примеры трех основных видов поверхностно - активных веществ.
Основное положение о том, что влияние внешней среды и адсорбирующихся веществ на деформацию и разрушение твердого тела обусловлено их проникновением в микротрещины, на довольно значительную глубину в зоне предразрушения, развивающуюся в твердом теле в процессе его деформации, было подтверждено рядом работ лаборатории Коллоидо — электрохимическом институте Академии Наук СССР [57]. Здесь необходимо отметить работы, в которых исследовались «элементарные акты» деформирования или разрушения отдельных кристаллов. Были исследованы: раскалывание кристалликов кальцита по спайности, изгиб и другие деформации листочков слюды.
Было показано, что добавки адсорбирующих веществ в малых концентрациях, достаточных для насыщения адсорбционного слоя, понижают почти в два раза усилие раскалывания кристалликов кальцита толщиной в 1-2 мм (Н.Е. Маркова) по сравнению с величиной усилия раскалывания в чистой воде. Такое действие понизителей твердости значительно увеличивается при длительном вылеживании кристаллика в данной жидкости, особенно в нагруженном состоянии, близкому к пределу прочности. Влияние времени пребывания в данной среде особенно возрастает при достижении наибольшей активности жидкости по отношению к твердому телу, т.е. при оптимальной концентрации понизителя твердости, что убедительно доказывает основную роль проникновения среды в зону предразрушения. Зона предразрушения в присутствии добавок понизителя твердости развивается, а трещиноватость в ней возрастает — микротрещины становятся глубже и их число в единице объема увеличивается. Это и вызывает наибольшее (в зависимости от концентрации) облегчение раскалывания кристалла, причем этот наибольший эффект достигается через более продолжительное время [57].
Важный теоретический вопрос о механизме действия активной среды и понизителей твердости в процессах разрушения твердых тел требовал дальнейшего выяснения и уточнения. С этим связано и дальнейшее развитие теории процессов механического разрушения с учетом активного действия среды и адсорбирующих добавок. В 1979 году лабораторией управления состоянием массива и физики взрыва ИГД им. А.А. Скочинского были проведены экспериментальные исследования по резанию песчаника резцами РПП и РКС-1 при одновременном воздействии на породу различными типами поверхностно - активных ве-ществ[40].
Исследования выполнялись на стенде лаборатории механического разрушения горных пород ИГД им. А.А. Скочинского, оборудованном на базе продольно - строгального станка, в суппорте которого закреплен тензометри-ческий динамометр, жестко связанный с породоразрушающим резцом. На подвижном столе станка закреплялся испытываемый образец породы - песчаник кварцевый, мелкозернистый с глинистым цементом. Контактная прочность песчаника Рк =1050 МПа, предел прочности на сжатие GC5K = 85,0 МПа.
Резание осуществлялось технически острыми резцами. Для уменьшения разброса получаемых результатов на режущей части державки резца РКС-1 снималась фаска под углом 60, равным углу при вершине конуса твердосплавной головки, и таким образом резание осуществлялось только твердосплавной головкой резца РКС. Износ державки не сказывался на полученных результатах. Угол разворота резца РКС-1 составлял Р = 20. Резание производилось с постоянной скоростью 0,65 м/с по повторной схеме, в установившемся режиме. Толщина стружки h составляла 5 и 10 мм, а шаг резания t соответственно 10 и 20 мм. Исследуемые жидкости подавались в зону резания перед резцом и позади него при рабочем ходе резца. Для каждой жидкости снималось три слоя (по глубине) по пяти зачетных резов в каждом, причем жидкость подавалась только при снятии первого слоя, второй и третий слои снимались без подачи жидкости.
Силовые показатели процесса резания регистрировались тензометриче-ской станцией. Расшифровка осциллограмм осуществлялась планиметрированием.
Силовые показатели, полученные при резании сухого образца, составляют: для резца РПП среднее значение усилия резания Pz = = 5100 Н, а усилия подачи Ру = 10400 Н, для резца РКС-1 Pz = 4200 Н и Ру = 5100 Н. При резании с одновременной обработкой породы жидкостью силовые параметры уменьшаются.
Наименьшее усилие резания получено при снятии первого слоя, а наименьшее усилие подачи - для третьего слоя. Однако коэффициент вариации показателей Pz и Ру по слоям составляет соответственно 5-11 и 5-20%, причем разброс данных возрастает с увеличением концентрации раствора. Это связано с величиной критической концентрации мицеллообразования, при достижении которой понижается проникающая способность жидкостей, участвующих в процессе разрушения.
Таким образом, исследуемые растворы проникают в породу на глубину, равную как минимум трехкратной глубине резания, что позволило при обработке данных исследований объединить результаты замеренных усилий по всем слоям.
Из данных опытов были сделаны выводы, что усилие резания для резца РКС-1 снижается при малых концентрациях раствора почти в 2 раза. Такое же уменьшение наблюдается и для усилия подачи. С увеличением концентрации раствора до 0,5% усилие резания снижается на 30%, а усилие подачи становится на 20% больше, чем при резании сухого образца. Подобное увеличение усилия подачи при одновременном уменьшении усилия резания объясняется повышением пластичности разрушаемой породы. Для резца РПП характер изменений усилий более плавный. При этом усилие резания уменьшается на 25-35%, а усилие подачи на 10-15%.
При изучении зависимостей усилий резания и подачи от концентрации раствора для различных типов низкомолекулярных ПАВ были сделаны выводы, что неионогенные ПАВ уменьшают усилие резания на 35%, при этом усилие подачи увеличивается на 20-30%; катионоактивные вещества снижают усилие резания на 45-48% и подачи на 12-15%; анионоактивные - соответственно на 54-58 и 20-22%.
Разработка методики количественной оценки разупрочняющего действия промывочной жидкости на буримые горные породы
Известно [24, 57, 77, 78, 79], что буровые растворы оказывают наибольшее положительное влияние на эффективность разрушения пород на забое скважины через их способность препятствовать смыканию микротрещин, образовавшихся при ударе элементов вооружения долота. Это достигается уменьшением поверхностной энергии на поверхности трещины и снижением угнетающего гидравлического давления на забой скважины.
Снижение поверхностной энергии обеспечивается образованием поверхностного слоя на границе раздела фаз. Меру недокомпенсированности межмолекулярных сил в поверхностном слое, или иначе - избыточную свободную энергию, количественно можно оценить величиной поверхностного натяжения и удельного электрического сопротивления жидкой фазы. Очевид I но, что снижение давления на забой можно добиться лишь снижением плотности бурового раствора.
Исходя из вышесказанного, в работе сделана попытка оценки влияния некоторых физических свойств водных растворов поверхностно - активных веществ на изменение физико-механических характеристик твердых пород и на этой основе разработать методику количественной оценки разупрочняюще-го действия промывочной жидкости на буримые горные породы.
Схема разработанной методики оценки разупрочняющего действия промывочной жидкости может быть представлена в виде пяти последовательных этапов экспериментальных исследований и расчетном анализе полученных результатов (рисунок 3.6).
Понижение прочности горной породы на забое скважины (АРР ) можно выразить через функцию следующих физических свойств раствора:
bpp=f(PnM. Rp PP) (3.1)
где апм- поверхностное натяжение раствора, мН/м;
Rp — удельное электрическое сопротивление раствора, Ом м;
рр - плотность раствора, г/см3.
Очевидно, что уменьшение этих показателей способствует сохранению микротрещин в породе после снятия нагрузки.
Этап I. Определение плотности раствора, поверхностного натяжения и удельного электрического сопротивления.
Для измерения плотности промывочной жидкости используется ареометр АБР-1, рычажные весы.
Поверхностное натяжение замеряется при помощи системы анализа формы капли «EasyDrop» предназначенной для измерения поверхностного натяжения жидкостей, межфазного натяжения между двумя жидкостями, а также для измерения краевого угла смачивания между жидкостью и твердой поверхностью.
Для измерения поверхностного натяжения с помощью данной системы, каплю жидкости помещают на образец, расположенный на подъемном столике. С одной стороны капля подсвечивается, а на противоположной стороне расположена видеокамера, которая записывает изображение капли.
Изображение капли передается на компьютер, оснащенный платой захвата изображения (фрейм - граббера) и выдающего изображение на монитор. Программное обеспечение DSA1 рассчитывает поверхностное натяжение по профилю капли методом численного интегрирования уравнения Юнга-Лапласа и приближает рассчитанный профиль капли к полученному экспериментально. Точность измерения поверхностного натяжения составляет 0,5-2,5 мН/м (в зависимости от концентрации раствора).
Результаты опытов сохраняются в табличном виде, что позволяет использовать их на следующих этапах исследований (построение графиков, диаграмм и т.д.), а также делать выводы о поверхностном натяжении и смачиваемости поверхности образов пород различными растворами [62].
Удельное электрическое сопротивление раствора определяется ризисти-виметром, который состоит из измерительного блока и измерительной ячейки, в которую заливается исследуемый раствор.
Этап П. Расчет относительных коэффициентов поверхностного натяжения, удельного электрического сопротивления, плотности раствора и интегрального показателя свойств раствора.
Влияние различных ПАВ в составе бурового раствора на физико-механические свойства горных пород можно количественно оценить через интегральный показатель свойств раствора (Кр):
Анализ уравнений (3.2) и (3.3) показывает, что с уменьшением поверхностного натяжения раствора fnM. по отношению к поверхностному натяжению воды aenHt значение Кр увеличивается. То же самое можно сказать и об удельном электрическом сопротивлении. Снижение плотности раствора рр приводит к уменьшению относительной плотности р0и соответственно, к росту интегрального показателя свойств раствора Кр.
Этап III. Исследование основных физико-механических свойств горной породы.
Временное сопротивление (предел прочности) образца горной породы при одноосном сжатии определяется на прессе Controls. На этом приборе можно исследовать прочность образцов (тампонажного камня, горных пород) как на одноосное сжатие, так и на изгиб, для этого имеются два гидроцилиндра и два контроллера, регистрирующие соответствующие показания. Прибор оснащен компьютером, который автоматически рассчитывает прочность, исходя из геометрических размеров и осевой нагрузки, приложенной к образцу для его разрушения. При этом на экран выводятся основные расчетные параметры и строится график.
Динамическая прочность определяется методом толчения на приборе ПОК (прибор определения крепости).
Динамическая прочность - безразмерная величина, по ее значениям все горны породы подразделяются на шесть групп [29]. Таблица динамической прочности горных пород приведена в таблице 1.2 (см. главу 1).
Измерение твердости по методу Л.А. Шрейнера производится на приборе УМГП - 3. Процесс определения твердости и связанных с нею физико -технических свойств горных пород включает внедрение в образец горной породы стального или твердосплавного пуансона, получение диаграммы деформации пород и расчете по ней соответствующих характеристик.
Для этой цели изготавливают образцы горной породы определенной формы и качества поверхности, а также в соответствии с характером породы осуществляют правильный подбор пуансона. В данной работе при проведении опытов на поверхность образца горной породы наноситься исследуемые растворы, и сравниваеться их воздействие на микротвердость образцов горных пород [29, 51].
Этап IV. Расчет изменения временного сопротивления, динамической прочности и микротвердости пород и среднего удельного критерия прочности.
Физико-механические свойства буримых горных пород в лабораторных условиях можно оценить при испытании образцов керна на одноосное сжатие, динамическую прочность и микротвердость, как некий удельный критерий прочности {(7пр)
Исследование влияния температуры на структурно - реологические показатели разработанного бурового раствора
Поведение горных пород на забое и стенках скважины зависит от температуры горных пород и бурового раствора. Поэтому для решения различных технико-технологических задач бурения скважин необходимо знать температуру горных пород данного района и температуру циркулирующего бурового раствора на различных участках ствола скважины. Это объясняется тем, что высокая температура в процессе бурения может оказывать существенное влияние: на свойства бурового раствора и химических реагентов; на условия разрушения горных пород; на работу забойных двигателей, долот, буровых насосов и других элементов циркуляционной системы буровой установки.
Повышение температуры с глубиной в земной коре называется геотермическим градиентом который изменяется от 0,8 до 4,9 С/100м [19].
Поток бурового раствора (в бурильной колонне) на протяжении своего движения получает тепло от восходящего потока бурового раствора (через стенки бурильной колонны) и поэтому постепенно нагревается: на устье скважины он имеет минимальную температуру, а на выходе из долота максимальную; при прочих равных условиях эта температура повышается по мере увеличения глубины скважины.
В процессе исследований проводились опыты по замеру структурно-реологических показателей разработанного безглинистого бурового раствора при различных температурах окружающей среды на ротационный вискозиметр «Rheotest» (рисунок 4.4). Измерительный цилиндр с раствором помещался в термостат. Были проведены исследования пластической вязкости и динамического напряжения сдвига при температуре от 30 до 120С, с интервалом в 10С. Результаты которых представлены на рисунках 4.6, 4.7, 4.8 и 4.9.
Как видно из рисунков при повышении температуры происходит снижение, как пластической вязкости, так и динамического напряжения сдвига. Для более наглядного представления полученных результатов был простроен график зависимости пластической вязкости и динамического напряжения сдвига от скорости сдвига при различных температурах, приведенный на рисунке 4.10.
Из графиков следует, что при скорости сдвига 6700 1/с и увеличении температуры до 90С снижение пластической вязкости составляет 22 % от показаний при 30С, а при нагреве окружающей среды до 120С 42%. Те же зависимости наблюдаются при анализе данных по динамическому напряжению сдвига, 22% при нагреве до 90С и 42% при дальнейшем увеличении температуры до 120С. Это можно объяснить тем, что при повышенных температурах, происходит термоокислительная деструкция полимеров входящих в состав раствора, при этом высоковязкие марки переходят в средневязкие, а средне-вязкие - в низковязкие.
Результаты исследования показывают, что при повышенной температуре окружающей среды структурно - реологические показатели разработанного безглинистого биополимерного бурового раствора остаются в пределах допустимых значений и, следовательно, могут применяться для бурения глубоких скважин.
Эколого-экономическая оценка разработанного биополимерного безглинистого бурового раствора
Как известно, бурение скважин сопровождается применением различных материалов, в том числе химреагентов различной степени опасности, значительными объемами водопотребления и образованием производственно-технологических отходов, представляющих определенную опасность для флоры и фауны. Основными объектами загрязнения при бурении скважин являются геологическая среда, гидро- и литосфера. Они загрязняются в результате несовершенства и несоответствия отдельных технологических процессов требованиям охраны окружающей среды, а также из-за попадания в них химреагентов, нефтепродуктов и производственно-технологических отходов бурения, представленных буровыми сточными водами, отработанным буровым раствором и буровым шламом [13].
Отходы бурения отрицательно влияют на фракционный состав и агрохимические показатели почв. Причина этого в высокой минерализации и щелочности бурового раствор. В местах скопления буровых растворов происхо-дит увеличение плотности почв от 1,12 до 1,5 г/см , что является неблагоприятным фактором для развития растений. Высокая минерализация буровых растворов приводит к резкому увеличению засоленности почвы, что ведет к полной гибели растений. Резко возрастает количество токсичного для растений хлора, натрия. Таким образом, отходы бурения крайне негативно влияют на почву и растения.
Также в настоящее время большое внимание уделяется вопросу снижения или полного устранения экологических рисков, связанных с антропогенным влиянием на окружающую среду. Современные технологии, применяемые на производстве и в бурении в частности, должны сводить к минимуму возможность загрязнения атмосферы, почвы, поверхностных и подземных вод [8].
С развитием нефтегазовой промышленности загрязнение органическими веществами, наиболее распространенными из которых являются нефть и нефтепродукты, становится все более глобальным. Вместе с этим следует отметить все большее использование как в быту и в производстве поверхностно — активные вещества. Вода, содержащая ПАВ, пагубно влияет на окружающую среду, оказывает токсическое воздействие на организм человека, вызывая канцерогенные, мутагенные и аллергенные явления. Одним из важнейших показателей, характеризующих экологическую безопасность, является биоразла-гаемость веществ.
Поскольку в составе разработанного раствора содержаться ПАВ, то необходимо оценить степень их экологической безопасности. Все ПАВ по степени разлагаемости подразделяют на три поколения: первое поколение (жесткие) - бионеразлагаемые или биоразлагаемые менее чем на 80%; второе (промежуточные) - биоразлагаемые более чем на 80% (80-90%), только до органических соединений; третье (мягкие) - соединения полностью биохимически разлагающиеся до воды, диоксида углерода, сульфата натрия [52, 75].
При бурении скважин широко применяются различные виды ПАВ, большинство из них относятся к III и IV классам опасности (умерено опасные и малоопасные вещества). Поэтому при работе с ПАВ необходимо применять индивидуальные средства защиты.
В данной работе основными компонентами разработанного бурового раствора являются: биополимер «КК Робу с», акриловый полимер «К-М-017» и композиция анионактивных ПАВ (лаурилсульфата натрия и ацетата калия).
Биополимер «КК Робус» ( ТУ 9172-003-35944370-01) - сухая смесь по-жаро- и взрывобезопасна, не токсична, биологически безвредна, не выделяет вредных продуктов при хранении и использовании, относится к IV классу опасности [63].
«К-М-017» является сополимером карбоновых кислот акрилового ряда, их эфиров и солей. В сочетании с полимерами, входящими в промывочную композицию снижает их расход за счет синергетического эффекта. Реагент относится к IV классу опасности [33].
Лаурилсульфат натрия и ацетат калия относятся соответственно к IV и III классу опасности [17].
Таким образом, разработанный состав биополимерного раствора является малоопасным с экологической точки зрения.
Для оценки экономической эффективности предлагаемого состава возь-мем пример расчета 1 м безглинистого бурового раствора. В таблице 5.2 представлены рецептуры и стоимость распространенных составов безглинистых растворов.
Из табл. 5.2 следует, что стоимость распространённых безглинистых растворов на 33 - 70% выше стоимости разработанного состава на основе биополимера «КК-Робус» и полимера «К-М-017».
