Структурные свойства глинистых растворов.

В покоящемся глинистом растворе частицы глины под действием сил межмолекулярного и электростатического притяжения сцепляются друг с другом. Поскольку плоские грани чешуек защищены диффузной оболочкой катионов и гидратной оболочкой сцепление частиц происходит, главным образом, краями. В итоге во всем объеме раствора образуется пространственный каркас из глинистых частиц. Этот каркас принято называть структурой.

В промежутках между частицами заключена жидкая фаза глинистого раствора. В качестве инертных включений в структуре удерживаются частицы утяжелителя, обломки выбуренной породы.

В результате процесса структурообразования глинистый раствор застудневает, подвижность его ухудшается. При механическом перемешивании структура разрушается и раствор опять становится текучим. По окончании перемешивания структура вновь восстанавливается.

Способность глинистых растворов образовывать структуру в состоянии покоя имеет большое практическое значение для бурения и заканчивания скважин.

Структура обеспечивает удержание во взвешенном состоянии частиц утяжелителя и обломков выбуренной породы, когда циркуляция глинистого раствора приостановлена для выполнения наращивания, спуско-подъемных операций, геофизических исследований и других работ в скважине.

По этой причине желательно, чтобы глинистый раствор обладал способностью к структурообразованию. Однако применение глинистых растворов, в которых этот процесс происходит очень интенсивно, а образующаяся структура обладает очень большой прочностью, может привести к возникновению ряда осложнений, из которых наиболее очевидными являются:

- чрезмерно высокие давления при запуске насосов и восстановление циркуляции;

- поглощения, газонефтепроявления и обвалы вследствие высоких гидродинамических давлений, возникающих при спуске и подъеме бурильной колонны;

- трудности при удалении из глинистого раствора обломков выбуренной породы в наземных очистных устройствах;

- трудности при дегазации глинистого раствора;

- некачественное разобщение пластов при цементировании вследствие неполного вытеснения глинистого раствора цементным из заколонного пространства;

- трудности при спуске в скважину геофизических приборов.

Способность буровых растворов к структурообразованию принято оценивать величиной статического напряжения сдвига.

Статическое напряжение сдвига – это максимальное касательное напряжение, при котором происходит разрушение структуры в покоящемся буровом растворе и раствор начинает двигаться. Так как прочность структуры со временем может увеличиваться, то определяют статическое напряжение сдвига после одноминутного и десятиминутного стояния бурового раствора в покое.

Фильтрационные свойства буровых растворов.

Находясь в контакте с проницаемыми пластами под давлением, которое превышает поровое (пластовое) давление в этих породах, буровой раствор стремится проникнуть в пласт. Если размер пор соизмерим с размерами частиц твердой фазы раствора, то в породу может проникнуть только жидкая фаза. Частицы твердой фазы застревают в ближайших к поверхности породы порах и затем отлагаются на стенке, образуя фильтрационную корку. Тонкая, малопроницаемая и прочная корка задерживает проникновение фильтрата из бурового раствора в пласт, способствует сохранению устойчивости ствола скважины в слабосцементированных породах.

Применение бурового раствора, который образует на стенках хорошо проницаемую, рыхлую и толстую фильтрационную корку, может вызвать осложнения:

- затяжки и прихваты бурильной колонны вследствие дифференциального давления или сальникообразования;

- поглощения или газонефтепроявления из-за повышения гидродинамических давлений в стволе, суженном толстой коркой;

- обвалы неустойчивых глинистых пород по причине потери прочности под действием фильтрата;

- некачественное разобщение пластов при цементировании как следствие отсутствия непосредственного контакта цементного камня с породой;

- трудности освоения скважины и снижение ее дебита вследствие загрязнения околоствольной части продуктивного пласта фильтратом и твердыми частицами бурового раствора.

Использование бурового раствора, образующего малопроницаемую фильтрационную корку, приводит к понижению скорости бурения, потому что корка, формирующаяся на свежей поверхности забоя, препятствует проникновению фильтрата в породу и выравниванию давления бурового раствора и порового давления в разбуриваемой породе.

Способность буровых растворов отфильтровывать жидкую фазу и образовывать фильтрационную корку на поверхности проницаемых пород принято оценивать величиной водоотдачи (фильтрации) и толщиной фильтрационной корки.

Водоотдачей (фильтрацией) называют объем жидкой фазы, отфильтровавшейся из пробы бурового раствора при замере, проведенном в установленных стандартных условиях.

В России принято измерять водоотдачу в статических условиях при температуре окружающего воздуха. Стандартными условиями замера являются:

2. Площадь фильтрации – 44 см² (диаметр круглого фильтра – 75 мм);

Седиментационная устойчивость буровых растворов.

Для нормального течения процесса бурения важно, чтобы буровой раствор был седиментационно устойчивым, то есть, чтобы, находясь в покое раствор удерживал частицы твердой фазы равномерно распределенными по всему объему. Оседание твердой фазы в покоящемся буровом растворе приводит к изменению статического давления его по стволу скважины и создает опасность возникновения газонефтеводопроявлений. В наиболее неблагоприятном случае оседающие твердые частицы могут образовать осадок в призабойной части скважины, в рабочих и запасных емкостях наземной циркуляционной системы.

Седиментационную устойчивость буровых растворов оценивают по величине двух параметров: стабильности и суточного отстоя. Стабильность определяют разностью плотностей нижней и верхней частей пробы бурового раствора, находившегося в покое в течение 24 часов.

Суточный отстой оценивают по объему жидкой фазы, отделившейся в верхней части бурового раствора, находившегося в покое в течение суток.

Содержание абразивных частиц в буровых растворах.

Присутствие в буровом растворе неглинистых минералов и обломков выбуренной породы делает его абразивным. Использование такого раствора приводит в быстрому износу цилиндрических втулок, поршней, седел клапанов и клапанов буровых насосов, к износу деталей турбобуров.

Содержание в буровом растворе абразивных частиц принято оценивать их объемной концентрацией, выраженной в процентах. Параметр, используемый для количественного определения содержания абразивных частиц. Получил название – содержание «песка».

Водородным показателем называют величину, численно равную отрицательному десятичному логарифму концентрации водородных ионов, выраженной в грамм-ионах на литр.

Для чисто воды и нейтральных сред при 25⁰С рН=7; для кислых растворов рН<7, а для щелочных - рН>7. Величина водородного показателя играет важную роль при регулировании свойств глинистых растворов. Вязкость необработанных и некоторых химически обработанных глинистых растворов имеет минимальное значение рН=8,5. Органические реагенты, применяемые для разжижения глинистых растворов, обладают наибольшей разжижающей способностью в определенном диапазоне рН. От величины рН зависит конфигурация молекул и эффективность действия высокомолекулярных реагентов. По изменению величины рН можно судить о характере посторонних электролитов, попавших в глинистый раствор при бурении. Некоторые типы глинистых растворов сохраняют хорошие технологические свойства только в узком диапазоне рН. При работе стальными бурильными трубами во избежание интенсивной коррозии труб рН следует поддерживать в щелочной области. Трубы из алюминиевых сплавов подвергаются интенсивной коррозии при рН>10.

Целью лабораторной работы является изучение методики измерения основных параметров бурового раствора на водной основе, ознакомление с наиболее распространенным видом промывочной жидкости – глинистым раствором и изучение влияния концентрации глины на важнейшие свойства глинистого раствора.

Оборудование и приборы, необходимые для выполнения работы:

§ Кружка металлическая или фарфоровая вместимостью не менее 2000см³.

§ Линейка металлическая или пластмассовая с миллиметровыми делениями для измерения толщины фильтрационной корки.

§ Пикнометр стеклянный с капилляром в пробке.

§ Весы аналитические или технико-химические.

§ Градуированный стеклянный цилиндр вместимостью 100см³.

Для лабораторной работы лаборант заранее приготавливает глинистый раствор с условной вязкостью Т = 50-60 с. В кружки, число которых соответствует количеству одновременно работающих бригад, наливают по 1000см³ исходного глинистого раствора. В одной из кружек оставляют исходный раствор, а в остальные добавляют воду. Объем воды, взятой для разбавления, увеличивают для каждой последующей пробы так, чтобы наиболее разбавленный глинистый раствор имел условную вязкость Т = 17-18 с. Таким образом, для работы группа студентов будет иметь несколько проб глинистого раствора, отличающихся концентрацией глины.

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: