ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.11.2023
Просмотров: 42
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Для изменения характеристик растворов в них добавляются различные добавки. Утяжелители бурраствора (барит, карбонат кальция, растворимые соли) увеличивают плотность растворов, тем самым помогая контролировать подземное давление и поддерживать стенки ствола скважины. Сгущающие глины, полимеры и превращенные в эмульсию жидкости эффективно сгущают растворы, и тем самым повышают их способность перемешивать и удерживать шлам и твердые частицы. С другой стороны, диспергаторы могут использовать, чтобы разжижать растворы и таким образом уменьшать проблемы, связанные с пульсацией, поршневанием и давлением циркуляции. Глины, полимеры, крахмалы и битумный материал используются для снижения просачивания раствора через стенки ствола скважины. Этим уменьшается вред подземным пластам, сводятся к минимуму избыточные проблемы с прихватом колонны и проблемы, связанные с расшифровкой каротажной диаграммы. Иногда для защиты подземных пластов или для снижения чувствительности раствора к будущему загрязнению в растворы добавляется соль. Соль также добавляется и для повышения плотности раствора. Другие используемые добавки включают в себя смазочные вещества, ингибиторы коррозии, химикаты, препятствущие загрязнению ионам кальция, флокулянты, помогающие в удалении шлама на поверхность, а также огромное количество других материалов.
Часто в растворы добавляют акустическую соду, чтобы та повысила водородный показатель, и таким образом улучшила бы работу диспергаторов и свела бы к минимуму коррозию. Антиферментаторы, бактерициды, эмульгаторы и увеличивающие температуру реагенты тоже принадлежат к категории добавок, чья основная функция заключается в повышении эффективности других добавок.
ФАЗЫ БУРРАСТВОРОВ
Бурраствор – это типичная суспензия тверды веществ (возможно и жидкостей или газов, находящихся в жидкости). Взвешиваемая жидкость называется непрерывной фазой раствора. Взвешенные частицы твердых веществ или глобулы текучей среды образуют прерывистую фазу раствора, К примеру, вода – это непрерывная фаза, а глина – это прерывистая фаза в глиняно-водяном растворе. Обратной эмульсии раствора нефть – это непрерывная фаза, а глобулы воды – прерывистая фаза.
Непрерывная фаза бурраствора всегда жидкая. Тверды вещества, жидкости и газы могут присутствовать в прерывистой фазе.
-
непрерывная фаза буррастворов
Непрерывной фазой в растворах на водной основе является вода. Разбавленные соли, присутствующие в воде, тоже являются частью непрерывной фазы. Катионы Na (натрий) и Са (кальций) и анион ОН (гидроксил) оказывают особое влияние на поведение растворов на водной основе.
Если концентрация ионов натрия и кальция достаточно высока, т гидратация глин, добавленных в раствор, приостанавливается. С другой стороны, если эти катионы попадают в непрерывную фазу раствора, в котором глины гидратированы, то происходит немедленная флокуляция, за который, через определенный промежуток времени, следует дегидратация глин. Катионы К (калия) и NH4 (аммония) специально добавляются в непрерывные фазы определенных растворов, чтобы вызвать определенные реакции.
Концентрация ионов гидроксила, присутствующих в растворе, отражается на измеренной Р1 щелочности и её водородном показателе. Чем больше ионов гидроксила в растворе, тем больше значение щелочности и водородного показателя. Ионы гидроксила улучшают дисперсию глин, понижают действие загрязнителей, останавливают коррозию.
Некоторые составляющие растворов, будучи в сухом состоянии, весьма твердые, о при попадании в раствор растворяются и становятся частью непрерывной фазы. Например, обыкновенная соль в водном растворе. Соль полностью растворяется ионизируется воде, вплоть до момента насыщения. (В пик насыщения соль остается твердой, затем она диспергируется как твердое вещество в дисперсной фазе раствора).
В растворе на углеводородной основе в качестве непрерывной фазы выступает нефть. Тип нефти в этом случае очень важен.
-
прерывистая фаза буровых растворов
Капельки нефти, эмульгированные в буррастворе на водной основе, делают его гуще и снижают плотность. Чаще, когда в растворе содержится значительное количество нефти, нефть добавляется специально для снижения механического трения, водоотдачи через ствол, освобождения застрявшей трубы, или, в редких случаях, для производства бурраствора легче воды.
Вода, эмульгированная в буррастворе на углеводородной основе, делает его гуще. Соотношение воды и нефти тщательно контролируется. Нагнетание воды из пласта делает раствор этого типа гуще, и, в больших количествах, сильно дестабилизирует его.
Воздух или газ в любом типе бурраствора в любом типе делают его гуще и снижают плотность. (Из-за сжимаемости газов снижение плотности на дне ствола не такое большое, как у поверхности). Некоторое количество воздуха неизбежно попадает в бурраствор в результате действий на поверхности (смешивание, соединение и т.д.). Газ может попадать в бурраствор из выбуренных пород.
Некоторые твердые частицы могут притягивать и удерживать молекулы жидкости из непрерывной фазы. Бентонит, например, может увеличивать свой объём в буррастворе на основе пресной воды в 10 раз по сравнению с сухим объёмом. Это «жесткая вода» становится частью прерывистой фазы раствора и частично увеличивает эффективность бентонита как загустителя.
-
твердая фаза буровых растворов
Твердые частицы играю такую значительную роль в производстве и применении буррастворов, что им выделена особая фаз (хотя все твердые частицы в буррастворе относятся к его прерывистой фазе).нестабильность бурраствора растет, когда процент твердых частиц в буррастворе (в объёме) увеличивается. Химическая обработка может позволить бурраствору выдерживать наличие твердых частиц, но до определенной степени. Возникает множество проблем при неадекватном контроле твердых частиц.
Гигроскопичные частицы или частицы, чья поверхность электрически заряжена, являются активными в растворах на водной основе. Другие частицы, например, барит, относительно инертны. Большинство частиц (кроме некоторых специальных добавок к нефти\ бурраствору) инертны в буррастворах на углеводородной основе. Бурраствор с небольшим общим содержанием частиц может, тем не менее, содержат слишком много активных частиц.
Размер частиц в буррастворе тоже имеет значение. Частицы менее 2 микрон называются коллоидами. (Микрон оставляет одну миллионную метра. В дюйме примерно 25,400 микрон). Их малые размеры делают их чувствительными к их поверхностному электрическому заряду, таким образом, коллоидные частиц более активны. Частицы более 74 микронов по классификация АНИ называется песком. Абразивная поверхность этих частиц вызывает износ насосов, долот и труб. Для частиц о 2 до 74 микрон существует термин «ил».
СТРУКТУРНАЯ ВЯЗКОСТЬ
Структурная вязкость обычно описывается как часть сопротивления течению, вызванная механическим трением.
Главным образом на нее влияют:
-
Концентрация твердых частиц; -
Размер и форма тверды частиц; -
Вязкость жидкой фазы.
Твердая фаза это главная забота технолога по буррастворам. Возрастание структурной вязкости обычно означает возрастание объёма твердых частиц, уменьшение их размера, или и то, и другое. Любое возрастание общей поверхности твердых частиц означает повышение структурной вязкости. При разломе твердой частицы пополам, образуются 2 частицы с большей общей поверхностью, чем первоначальная. У плоской частицы поверхность больше, чем у сферической такого же объёма. В большинстве случаев, повышение структурной вязкости вызвано повышением процентного содержания твердых частиц.
Некоторые частицы добавляют в бурраствор специально. Бентонит, например, хорош для вязкости и контроля водоотдачи, а барит необходим для веса. В принципе твердые частицы неблагоприятно влияют на бурраствор.
Есть 3 способа контроля твердых частиц:
-
Растворение -
Отстаивание -
Механический контроль
КОНТРОЛЬ ЗА ПОДЗЕМНЫМ ДАВЛЕНИЕМ
Вода, газ и нефть, находящиеся под землей, содержатся под большим давлением. Необходимо создать противодавление на стенки скважины, чтобы предотвратить неуправляемый приток пластовых флюидов в ствол скважины. Контроль достигается посредством поддержания достаточного гидростатического давления в затрубном пространстве. Гидростатическое давление прямо пропорционально плотности бурового раствора и высоте столба бурового раствора в скважине.
ПЕРЕДАЧА ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Во время промывки, буровой раствор с очень большой скоростью выбрасывается через насадки бурового долота. Эта гидравлическая сила удаляет выбуренную породу с контактирующей долотом поверхности. Если шлам не удаляется, то долото начинает перемалывать старый шлам и таким образом снижает скорость проходки. Успешное удаление шлама с поверхности долота зависит от физических свойств бурраствора и его скорости прохождения через насадки долота.
В некоторых ситуациях гидравлическая сила бурового раствора используется для вращения долота.
ПРЕДЕЛ ТЕКУЧЕСТИ
Предел текучести это часть силы сопротивления текучести, вызванной силой притяжения частиц. Это сила притяжения вызвана электрическими зарядами на поверхности частиц, присутствующей в жидкой фазе. Величина этой силы вызвана:
-
Типами частиц и их поверхностными зарядами -
Количеством частиц -
Ионной концентрацией солей, содержащейся в жидкой фазе бурраствора
Чрезмерный предел текучести может быть вызван несколькими причинами. Столкновение с такими загрязнителями, как соль, цемент или ангидрит, заставляет частицы глины флокулировать. Размалывание и разрыв (например, у долота и засыпной воронки) разбивают частицы, высвобождая больше зарядов. Возрастание концентрации частиц вызывает повышение количества зарядов и уменьшает расстояние между частицами.
Для снижения предела текучести могут добавляться химикаты для нейтрализации поверхностных зарядов. Если возрастание предела текучести вызвано флокуляцией частиц глин ионами кальция, ионы, вызвавшие флокуляцию, могут быть удалены в виде осадка. Загрязнения солью можно избежать только разбавлением водой или добавлением достаточного количества химикатов для нейтрализации лишних поверхностных зарядов.
Возрастание предела текучести можно достичь добавлением хорошего загустителя. Также возрастание предела текучести может вызвать любой флокулянт; небольшое количество извести, например, добавленное в бурраствор на пресной воде, содержащий достаточное количество гидратированного бентонита или другие глины, произведет флокуляцию и повысит предел текучести. Однако важно помнить, что флокуляция может иметь нежелательные эффекты на контроль водоотдачи, давлении циркуляции и прочность геля.
КОРРОЗИЯ КОЛОННЫ БУРИЛЬНЫХ И ОБСАДНЫХ ТРУБ
Буровой раствор может создавать коррозийную среду для стальных труб, используемых ниже поверхности. Этот эффект может быть сведен к минимуму посредством правильной химической обработки раствора или посредством нанесения защитной пленки (химической или физической) на поверхность стали. Некоторые буровые растворы (по большей части на углеводородной основе), некорродирующие. В особых случаях бурраствор фактически может защищать трубы от коррозийных материалов, находящихся под землей.