Свойства буровых растворов

Продуктивность работы с использованием раствора зависит от качества последнего. Особенно важными являются такие свойства, как плотность, водоотдача, вязкость, напряжение сдвига. Плотность измеряется при помощи ареометра, ее показатель варьируется в пределах 1000-2500 кг на кубометр, а вязкость условного типа определяется временем, за которое раствор в определенном объеме протекает из классической воронки.

Что касается напряжения сдвига, то его также измеряют вискозиметром; стандартное значение колеблется в пределах 0-20 Па. Для измерения водоотдачи нужно знать объем фильтрата, который выделяется через очистное оборудование при перепаде давления за полчаса на 100 и более кПа.

Чтобы обеспечить максимальную продуктивность бурения, свойства растворов контролируют посредством ввода специальных реагентов и материалов для улучшения качества. Так, при необходимости уменьшения водоотдачи буровой раствор могут обработать реагентами на углещелочной основе, сульфитно-спиртовым составом, целлюлозными добавками, крахмалом модифицированного типа.

Предотвращение проявлений воды, нефти и газа при повышенном давлении осуществляется посредством увеличения плотности состава: для этого в раствор вводят утяжелитель (бармит, мел, гематит). В состав также может быть добавлен пенообразователь или произведено аэрирование. Антифрикционные качества растворов улучшаются посредством добавления смазок (графит, нефть, гудрон и пр.

Состав буровых растворов

Приготовление буровых растворов требует использования тонкодисперсионных глиняных веществ с высокой степенью пластичности и невысоким процентом песчаных частиц: они могут создавать вязкую суспензию в контакте с водой, которая не будет давать осадка в течение долгого времени. Наилучшими свойствами обладают разновидности глиняных порошков на основе щелочных составов, и они дают растворы с невысоким показателем плотности.

При создании бурового раствора важно следить, чтобы туда не попали вредные примеси, к которым относится гипс, частицы известняка, а также соли, способные растворяться в воде. По техническим требованиям, главным показателем качества сырья в виде порошка или глины считается выход раствора, т.е. число кубометров нужной вязкости, которые получаются из тонны сырья. Важными показателями также считаются такие параметры, как плотность и число песка в составе.

Назначение буровых растворов

Приготовление буровых растворов преследует ряд важных целей:

  • Охлаждение поверхностей долот и их смазывание. Поскольку работа такого оборудования сопровождается возникновением большого трения, основным назначением состава является смазывание и уменьшение температуры, что повышает износостойкость техники.
  • Очистка забоя. Большинство типов растворов позволяет эффективно вымыть из скважины выбуренную породу, а также вынести ее на поверхность. Качество и степень очистки определяется физико-химическими свойствами составов, а также геологическими особенностями, поэтому в приготовлении нужно учесть и состав пород месторождения.
  • Создание очистного слоя на стенках ствола. Формируемая корка имеет невысокую проницаемость, поэтому она обеспечивает устойчивость песков в верхней зоне разреза и разделяет скважину и проницаемые слои.
  • Предупреждение проявлений нефти, газа и пластовой воды.
  • Защита от обвалов стенок, которые могут произойти в случае наличия в составе пород неустойчивой глины.
  • Еще одно назначение – обеспечение высокого качества вскрытия горизонтов: большинство видов современных растворов позволяет не допустить их загрязнения в процессе бурения, а также избежать полного закупоривания, делающего разработку очень трудной.
  • Снижение затрат на фиксацию при помощи колонн.
  • Получение данных для анализа при работе разведывательных скважин является одним из вспомогательных назначений раствора; предметом изучения является шлам и выносимые части породы.
  • Повышение устойчивости труб и оборудования к коррозии.
  • Последнее назначение – обеспечение техники безопасности в процессе разработки и минимизация вреда для окружающей среды и экологической обстановки района.
Предлагаем ознакомиться  Алмаз это смесь

Приготовление буровых растворов

Если в скважине есть залежи глины коллоидного типа, то жидкость для промывки образуется там при бурении ствола. Когда вода попадает в ствол, она диспергирует глиняный состав, частицы которого выбуриваются инструментом, и создается раствор на основе глины; его качество зависит от объема воды и может быть улучшено посредством добавления химических элементов. Такой способ является наименее затратным по средствам и силам.

Также раствор может приготавливаться в мешалках, где глину соединяют с водой и активно перемешивают. В случае необходимости улучшения свойств туда добавляют реагенты (они могут увеличить или уменьшить плотность, вязкость и другие качества). После приготовления проводится очистка жидкости, для чего в стволе формируется специальный желоб с перегородками: по нему жидкость проводится до устья и фильтруется от примесей.

24.1 Принцип

24.1.1 ПАЦ-В представляет собой водорастворимый полимер, получаемый только из химической реакции целлюлозы с карбоксиметиловыми (анионными) группами, и не должна содержать другие полисахариды, такие как крахмал, гуар или прочие полимеры, встречающиеся в природе, или их производные. Материал является сыпучим или гранулированным порошком.

24.1.2 ПАЦ-В широко применяется в буровых растворах на водной основе для различных применений, таких как контроль фильтрации, вязкости и ингибирования. Хотя полевое применение может изменяться, данная процедура рассматривает контроль фильтрации и вязкость.

24.1.3 Целью данной процедуры является представление простого и воспроизводимого метода для оценки свойств ПАЦ-В. Для данного материала еще не разработаны специфические параметры.

24.1.4 Буровой раствор на синтетической морской воде используется для определения вязкости и контроля фильтрации ПАЦ-В.

24.2 Определение влажности

24.2.1 Оборудование

24.2.1.1 Сушильный шкаф с регулируемой температурой до (105±3)°С [(220±5)°F].

24.2.1.2 Весы с точностью взвешивания ±0,01 г.

24.2.1.3 Чашка выпарная.

24.2.1.4 Шпатель.

24.2.1.5 Влагопоглотитель с осушителем из сульфата кальция или эквивалентного вещества.

24.2.2 Процедура

24.2.2.1 Взвешивают (10,00±0,01) г пробы ПАЦ-В в тарированной выпарной чашке.

24.2.2.2 Высушивают пробу в сушильном шкафу в течение 4 ч (см. 24.2.1.1). Охлаждают до комнатной температуры во влагопоглотителе.

24.2.2.3 Повторно взвешивают выпарную чашку, содержащую высушенную пробу. Записывают массу высушенной пробы .

, (30)

где – масса первичной пробы, г; – масса высушенной пробы, г.

24.3 Процедуры с испытательной жидкостью, содержащей ПАЦ-В

24.3.1 Реактивы и оборудование

24.3.1.1 Основной раствор соли N 1: 555,6 г гексагидрата хлорида магния, 57,9 г безводного хлорида кальция и 2,1 г гексагидрата хлорида стронция, разбавленных дистиллированной или деионизированной водой до 1000 см.

24.3.1.2 Основной раствор соли N 2: 69,5 г хлорида калия, 20,1 г бикарбоната натрия, 10,0 г бромида калия, 2,7 г борной кислоты и 0,3 г фторида натрия, разбавленных дистиллированной или деионизированной водой до 1000 см.

Предлагаем ознакомиться  Монтаж мобильных буровых установок

24.3.1.3 Хлорид натрия, х.ч.

24.3.1.4 Сульфат натрия безводный, х.ч.

24.3.1.5 Стандартная оценочная базовая глина в соответствии с API или эквивалентная.

24.3.1.6 Хлорид калия.

24.3.1.7 Бикарбонат натрия.

24.3.1.8 Деионизированная или дистиллированная (по ГОСТ 6709) вода.

24.3.1.9 ПАЦ-В для испытания с известной влажностью (см. 24.2).

24.3.1.10 Термометр диапазоном измерения от 0 до 60°С с точностью ±1°С (диапазоном измерения от 32 до 150°F с точностью ±2°F).

24.3.1.11 Весы с точностью взвешивания ±0,01 г.

24.3.1.12 Мешалка со скоростью вращения (11500±300) об/мин с одинарным ребристым рабочим колесом диаметром 25,4 мм (1 дюйм).Рабочее колесо должно заменяться, когда потеря массы составит 10%. Первоначальная масса лопасти составляет приблизительно 5,5 г. Каждый шпиндель с посаженным на него одинарным синусоидным рабочим колесом должен быть установлен на стороне осаждения.

24.3.1.13 Емкость для смешивания глубиной 180 мм (7 и 1/8 дюйма), 97 мм (3 и 3/4 дюйма) верхней части, 70 мм (2 и 3/4 дюйма) основания.

24.3.1.14 Шпатель.

24.3.1.15 Емкость стеклянная или пластмассовая с пробкой или крышкой для солевого раствора.

24.3.1.16 Вискозиметр прямого показания с приводом от двигателя по ГОСТ 33213**.

24.3.1.17 Счетчики времени, два – механический или электрический, с точностью ±0,1 мин в течение времени испытания.

24.3.1.18 Фильтр-пресс в соответствии с ГОСТ 33213**.

24.3.1.19 Цилиндры градуированные: один – (10±0,1) сми другой – (500±5) см.

24.3.2 Измерение объема фильтрата испытательной жидкости

24.3.2.1 Готовят искусственную морскую воду, добавив 24,53 г хлорида натрия и 4,09 г безводного сульфата натрия в колбу объемом 1 дм. Разводят дистиллированной или деионизированной водой до 800 см. Переливают 20,0 см основного раствора N 1 и 10,0 см основного раствора N 2 в колбу и разводят водой до 1000 см. Регулируют рН до 8,2 с помощью раствора гидроксида натрия концентрацией 0,1 моль/л.

24.3.2.2 Добавляют (35,0±0,01) г хлорида калия (KCI) в 358 г раствора морской соли.

24.3.2.3 После перемешивания в течение (3±0,1) мин добавляют (1,0±0,01) г бикарбоната натрия.

24.3.2.4 После перемешивания в течение (3±0,1) мин добавляют (28,0±0,01) г стандартной оценочной базовой глины.

24.3.2.5 После перемешивания в течение (5±0,1) мин извлекают емкость из мешалки и очищают ее стенки шпателем от материала, прилипшего к стенкам. Убеждаются, что весь материал, прилипший к шпателю, перемещен в суспензию.

24.3.2.6 Снова помещают емкость в мешалку и продолжают перемешивание в течение дополнительных (5±0,1) мин.

24.3.2.7 Взвешивают (1,0±0,01) г ПАЦ-В (см. 24.3.1.9). Равномерно добавляют ПАЦ-В в суспензию в течение 60 с при перемешивании в мешалке. ПАЦ-В следует добавлять в воронку на расстоянии от шпинделя рабочего колеса для уменьшения распыления.

24.3.2.8 После перемешивания в течение (5±0,1) мин извлекают емкость из мешалки и очищают ее стенки шпателем от ПАЦ-В, прилипшего к стенкам. Убеждаются, что весь материал, прилипший к шпателю, перемещен в суспензию.

24.3.2.9 Снова помещают емкость в мешалку и продолжают перемешивание. При необходимости емкость может быть извлечена из мешалки и стенки очищены для удаления ПАЦ-В, прилипшей к стенкам, через 5 или 10 мин. Общее время перемешивания после добавления ПАЦ-В – (20±1) мин.

Предлагаем ознакомиться  Буровые растворы на нефтяной основе

24.3.2.10 Выдерживают суспензию в течение (16±0,5) ч в запечатанной или закрытой емкости при температуре (25±1)°С [(77±3)°F]. Записывают температуру и продолжительность хранения.

24.3.2.11 После выдерживания перемешивают суспензию в мешалке в течение (5±0,1) мин.

24.3.2.12 Переливают суспензию ПАЦ-В в ячейку фильтра-пресса. Перед добавлением суспензии убеждаются, что каждая часть фильтрующего элемента является сухой и что ни одна из прокладок не повреждена или изношена. Температура суспензии должна быть (25±1)°С [(77±3°F]. Наливают суспензию в ячейку до уровня ниже 13 мм (1/2 дюйма) от верха. Собирают сборку фильтра-пресса. Помещают фильтрующий элемент в рамку и закрывают перепускной клапан. Ставят емкость под сливной трубкой.

24.3.2.13 Устанавливают один счетчик времени на (7,5±0,1) мин, а второй счетчик времени на (30±0,1) мин. Запускают оба счетчика времени и устанавливают давление в ячейке (690±35) кПа [(100±5) фунт/кв. дюйм]. Давление должно подаваться с помощью сжатого воздуха, азота или гелия и должно быть подано в течение 15 с после запуска счетчиков времени.

24.3.2.14 При показании первого счетчика времени (7,5±0,1) мин удаляют емкость и любую жидкость со сливной трубки и опустошают. Помещают сухой мерный цилиндр объемом 10 см под сливной трубкой и продолжают сбор фильтрата до показания второго счетчика времени с периодом 30 мин. Извлекают мерный цилиндр и записывают объем собранного фильтрата. Объем фильтрата представляет объем, собранный в течение интервала времени от 7,5 до 30 мин.

, (31)

где – объем фильтрата, собранный в интервале времени между 7,5 и 30 мин, см.Записывают вычисленное значение.

24.3.4 Измерение вязкости испытательной жидкости

24.3.4.1 Добавляют (42±0,01) г морской соли в (1000±2) см дистиллированной воды.

24.3.4.2 Добавляют (35,0±0,01) г хлорида калия (KCI) в 358 г раствора морской соли.

24.3.4.3 Взвешивают (3,0±0,01) г ПАЦ-В. Равномерно добавляют ПАЦ-В в суспензию в течение 60 с во время перемешивания в мешалке. ПАЦ-В следует добавлять в воронку на расстоянии от шпинделя рабочего колеса для уменьшения распыления.

24.3.4.4 После перемешивания в течение (5±0,1) мин извлекают емкость из мешалки и очищают ее стенки шпателем от материала, прилипшего к стенкам. Убеждаются, что весь материал, прилипший к шпателю, перемещен в суспензию.

24.3.4.5 Снова помещают емкость в мешалку и продолжают перемешивание. При необходимости емкость может быть извлечена из мешалки и стенки очищены от ПАЦ-В, прилипшей к стенкам, через 5 или 10 мин. Общее время перемешивания после добавления ПАЦ-В должно равняться (20±1) мин.

24.3.4.6 Выдерживают суспензию в течение (16±0,5) ч в запечатанной или закрытой емкости при температуре (25±1)°С [(77±3)°F]. Записывают температуру и продолжительность хранения.

24.3.4.7 После выдержки перемешивают суспензию в мешалке в течение (5±0,1) мин.

24.3.4.8 Переливают суспензию в чашку вискозиметра, поставляемую с вискозиметром прямого чтения. Показания по шкале при скорости вращения ротора вискозиметра 600 об/мин должны регистрироваться при испытательной температуре суспензии (25±1)°С [(77±2)°F]. Записывают показания по шкале при скорости 600 об/мин.

, (32)

где – показание вязкости при 600 об/мин, мПа·с.Записывают вычисленное значение.