Лекция 12. Газожидкостные смеси (ГЖС).

Это смеси на основе жидкой фазы и газообразных веществ.

Разновидности:

1) Аэрозоли с плотностью ρ = 0,005 ÷ 0,05 г/см³

Применяются в устойчивых осадочных горных породах, в пустынных и безводных местностях, в слабосцементированных породах, не терпящих контакта с водными растворами.

2) Пена (вода + пенообразующие ПАВ) с плотностью ρ = 0,05 ÷ 0,3 (0,4) г/см³

Жидкая фаза вырождается до тонких плёнок (перегородок). Пена имеет плёночно-ячеистое строение.

Применяется при бурении в условиях интенсивного поглощения – до 8 ÷ 10 м³/час; при водопритоке до 0,1 ÷ 0,02 м³/час; при бурении многолетнемёрзлых пород, так как ГЖС является менее теплоёмкой и теплопроводной средой; при бурении валунно-галечных пород; в засушливых и пустынных районах; при вскрытии продуктивных низконапорных коллекторов углеводородов и подземных вод; при капитальном ремонте скважин на углеводородное сырьё, когда пласты малодебитные в пределах истощенных месторождений.

3) Аэрированные жидкости с плотностью ρ = 0,5 ÷ 0,95 г/см³

Образуются за счёт насыщения жидкости пузырьками газа или сжатого воздуха. Позволяют снизить гидростатическое давление на забой. В принципе, аэрированию можно подвергнуть любой раствор.

Используются при бурении в условиях высокой проницаемости горных пород и интенсивности поглощения до 5 м³/час с целью устранения поглощения буровых растворов.

Способы аэрирования:

1. а) механический – когда от компрессора делается ввод воздухопроводной магистрали в линию по которой подается в скважину буровой раствор.

аэратор воздух от компрессора

аэрированный

раствор

поток промывочной жидкости

 

б) от трубопровода высокого давления (природный газ).

 

 

2. Эжекционный – основан на применении эжекционного устройства.

 

 

2 разрежение

воздух

Поток жидкости

Аэрированный раствор

 

 

3 воздух 4

 

1 – смесительная камера (смешивание воздуха и промывочной жидкости)

2 – обратный клапан

3 – подводящий трубопровод

4 – диффузор

5 – конфузор

 

3. Химический

При взаимодействии водной фазы бурового раствора с химическими реагентами выделяется газообразный компонент. Таким реагентом может быть углекислый аммонит – NH₄(CO₃)_2.

4. Комбинированный

Механический способ в сочетании с химическим.

Газожидкостные смеси или пенные газожидкостные смеси (ПГЖС) находят все более широкое применение в геологоразведочном бурении.

 

Свойства пен.

1. Объёмное содержание газа

V_г – объём газа

V_п – объем пены;

V_п = V_г + V_ж – объём газа + объём жидкости

2. Пенообразующая способность – зависит от ПАВ-пенообразователей. Определяется с использованием стеклянной мензурки объемом 250 см³, в которую заливается 50 см³ водного раствора ПАВ. После взбалтывания в течении 1 мин. определяется объем пены.

 

 

50 см³ раствора ПАВ

 

пена

 

 

 

 

3. Кратность пены – отношение объемов пены и водного раствора ПАВ.

4. Стабильность пены – определяется временем существования пятидесятипроцентного объёма полученной пены – Т_стаб. Время стабильности существования пены Т_стаб ≥15-20 мин.

 

V_п

 

 

50% V_п

 

Т_стаб

 

5. Степень аэрации:

где:

Q_г – расход газа

Q_ж – расход жидкости

Для пен α = 50 ÷ 300

Для аэрированных растворов α = 5 ÷ 40

6. Плотность пены при атмосферном давлении

ρ _п = ρ _ж ∙ (1 – φ) + ρ _г ∙ φ

7. Плотность пены на глубине:

где: ρ_г – плотность газа (воздуха);

Р₀ – атмосферное давление.