Виды эмульсионных растворов. 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Виды эмульсионных растворов.



ЭГР – эмульсионно-глинистые растворы. Используются в случае, если при бурении идет образование сальников, затяжек, обвалов.

Нефть – средство борьбы с сальниками, желобами и т.п. Добавляют в количестве 10÷15 %

В качестве эмульгаторов выступают КССБ, КМЦ, УЩР, МК-1. При использовании ЭГР увеличивается механическая скорость бурения, уменьшается износ инструмента, уменьшается число аварий и осложнений. При этом снижается показатель фильтрации Ф30↓, так как диспергированные частички нефти попадают на пористую глинистую корку и препятствуют фильтрации воды через нее.

Известково-битумный раствор ИБР – это II вид эмульсионных растворов (вода в масле), безводный РУО. Применяется в разрезах мощных глинистых толщ с переслаиванием галогенных пород (хемогенных отложений), а также для вскрытия продуктивных залежей. ИБР получают на основе дизельного топлива с вводом 20÷25% СаО, битума – 15÷20%, воды 3÷5%, ПАВ-эмульгатора (СМАД-1, НП-1). ИБР применяют при высоких температурах (300 0С)

Для разогрева битума вводят воду: СаО + Н2О → Са(ОН)2 + t0↑ (до 900С)

RCOOCa – кальциевая соль жирных кислот, участвуют в получении эмульсионного раствора типа В/М.

Виды эмульсолов для получения эмульсионных растворов I-го вида.

Эмульсол – это концентрат эмульсионного раствора (40÷60%).

Содержит:

- смазывающая добавка (ЭЛ, ЭН и др.)

М
- ПАВ эмульгатор

- присадки:

а) ингибиторы коррозии

б) сульфатостойкая (SO4+2 и др.)

в) антифризы

Виды эмульсолов:

- эмульсолы для бурения в условиях высокой минерализации;

- эмульсолы для бурения в многолетне мёрзлых породах.

Эмульсол добавляется в количестве от 0,5% до 2,5%.

Для КССК применяют полимерно-эмульсионные растворы, представляющие собой водный раствор полимеров с добавлением эмульсолов.

Лекция 10. Технологические функции, выполняемые промывочными жидкостями:

1. Процесс, который выполняет данная жидкость на забое (разрушение за счет размыва, удаление шлама);

2. Цель, которая достигается при выполнении данной технологической функции. Например: увеличение износостойкости, увеличение механических скоростей.

3. Способ реализации данной технологической функции. Например: закачивание жидкости через бурильные трубы.

Выделяют:

1. Гидродинамические функции – это функции, которые выполняются движущимся потоком промывочной жидкости:

а) Удаление шлама с забоя:

Промывочное окно
G
Рос
Fт
1, 2,…, n резцов

 

 


шлам

Траектория движения резца (зерна)

Рис.50. схема очистки забоя при алмазном бурении.

Число частиц шлама:

nшлама=n∙z

z – число рядов.

n – числорязцов в ряду.

Это количество частиц шлама попадает в промывочное окно, которое располагается после нескольких рядов алмазных зерен. Если частицы бурового шлама удаляются своевременно, то происходит совершенная очистка забоя от шлама, если эти частицы удаляются несвоевременно, то идет их накапливание под торцом алмазной коронки в промывочных окнах – это есть несовершенная очистка забоя от разрушенной горной породы.

G – массовый расход промывочной жидкости, кг/с. Должен быть таким, чтобы своевременно удалять частицы шлама через промывочное окно.

Vмех
V2мех
V1мех
С1ос
С2ос
Сос
Совершенная очистка от шлама, кг/с
G1
G2
Несовершеннаяочистка


G2 > G1

 

Рис. 51. Зависимость механической скорости бурения от осевой нагрузки.

Таким образом, совершенство промывки влияет на механическую скорость бурения и величину предельной осевой нагрузки, при которой снижается эффективность разрушения горной породы.

б)
Vж
вынос шлама по стволу скважины:

Vв

 

Vв.п.

 

Скорость падения частиц шлама в неподвижной жидкости или скорость восходящего ее потока в случае витания этой частицы:

где:

Vп – скорость падения частички в неподвижном потоке жидкости.

Vв – скорость витания – это такая скорость, при которой частица находится во взвешенном состоянии;

К – постоянная Риттингера:

В – коэффициент лобового сопротивления;

В = f(Re)

dш–диаметр частицы;

ρп – плотность породы;

ρр – плотность раствора.

Re–параметр Рейнольдса,

μп – пластическая вязкость.

В
Re

 

 


Рис.52. Зависимость коэффициента лобового сопротивления от параметра Рейнольдса.

Необходимо для транспортировки частицы шлама чтобы скорость восходящего потока жидкости составляла:

Vв.п. = Vв + Vж (40)

Vж – желаемая скорость транспортировки частичек шлама.

Для воды:

Vв.п. = 0,7÷1,5 м/с

Для глинистого раствора:

Vв.п. = 0,4÷0,6 м/с

Выносящая способность у глинистого раствора выше, чем у воды. Определяется величиной вязкости.

 

насадок
в) Гидромониторный эффект – эффект, связанный с разрушением горной породы на забое и истекающей из отверстий инструмента потоками струй.

шарошка
резец

Н

 


Fn

забой

 


Скорость истечения жидкости изнасадка за счет силы тяжести:

H – высота столба жидкости;

;

Fn – сила, действующая на забой, за счет истечения жидкости из насадка.

α – угол наклона оси потока.

При α=90°:

, тогда при φ=1, Fn=2ρgH (42)

Гидростатическое давление на забое:

Сила, действующая на забой мощностью f:

f -площадь забоя на которую действует струя.

Выше показано, чтоFn ≥ Fг.ст.­ (где 2ρgH>ρgH), т.е. сила действующая на забой при истечении жидкости со скоростью Vп вдвое больше силы за счет гидростатического давления.

г) Передача энергии промывочной жидкостью забойным механизмам при бурении.

 

БТ – бурильные трубы
При турбинном способе бурения энергия подводится к забою движущимся потоком промывочной жидкости.


УБТ – утяжеленные бурильные трубы
Не вращается
долото
калибратор
вал
турбобур

 

 

поток промывочной жидкости

 

Вращающаяся часть

 

 


Рис.53. Схема компоновки при турбинном бурении.

д)
Сос
резец
Охлаждение резцов породоразрущающего инструмента:

Qш
Qп.ж.
Fт
G
Qn
Qp

 


Интенсивность отвода тепла от резца определяет G – массовый расход промывочной жидкости, кг/с.

Q – количество тепла, выделяемое в минуту времени при трении резца о горную породу;

Qр – количество тепла, отводимого резцом;

Qп – количество тепла, поглощаемого породой;

Qш – количество тепла, уносимого шламом;

Qп.ж. – количество тепла, отводящегося промывочной жидкостью.

Общее количество тепла, генерируемого на забое:

Q = Qp + Qп + Qш + Qп.ж. (43)

При этом на количество тепла, отводимого промывочной жидкостью приходится от 30 до 60 % (Qп.ж.=30% ÷ 60%).

При алмазном бурении температура нагрева резца описывается зависимостью:

где:

t0 - температура циркулирующего очистного агента;

k – коэффициент, учитывающий теплофизические свойства и конструктивные параметрыпородоразрушающего инструмента;

А – механический эквивалент теплоты;

N – мощность, подводимая к забою.

Ta
Рa, мПа

 


G

 


Ta
700°-800°

Рис.55. Зависимость микротвердости алмаза от температуры нагрева.
Рис.54. Зависимость температуры нагрева алмаза от массового расхода очистного агента
Область перегреваРа – микротвердость алмаза

 

2. Гидростатические функции – функции, которые выполняются столбом покоящейся жидкости в скважине.

а) Создание равновесия в системе скважина-пласт.

Флюид –смесь жидких и газообразных компонентов находящихся в трещиноватом или пористом коллекторе.

Условие равновесия:

Pпл ≤ Рг.ст.(45)

Рг.ст. – гидростатическое давление жидкости в скважине.

, откуда

По формуле (46) определяется плотность жидкости, которая обеспечивает равновесие в системе пласт-скважина и исключаетвыброс флюида на поверхность.

Дифференциальное давление:

где:

Рг.ст.з. – гидростатическое давление на забое;

Рп – поровое давление.

Рг.ст.з.
Рп
Скалываемая порода
Объем разрушенной породы

 


Рис.56. Схема действия на забой дифференциального давления.

Плотность промывочной жидкости влияет на величину механической скорости бурения в разной степени для пород малопроницаемых (1), средней (2) и высокой (3) проницаемости.

ρр
Vмех
 
 
 

 

 


Рис.57. Внешняя плотность раствора на механическую скорость бурения.

Таким образом темп снижения Vмех при увеличении плотности раствора зависит от свойств горной породы:

(1) - Относительно плотная;

(2) - Средней плотности (известняк, доломит, песчаник);

(3) - Рыхлые (мягкие) породы (см. рис.57).

б) Создание противодавления на слабосцементированные раздробленные породы склонные к обрушению, к обваливанию в стенках скважины.

σr
σθ
σz
z
r

θ

 


Рис.58. Схема к расчету напряжений в горной породе.

σz–напряжение за счет действия геостатического давления.

σr – напряжение за счет действия усилий в радиальном направлении.

σθ – напряжение за счет усилий в тангенциальном направлении.

 

В соответствии с обобщенным законом Гука деформация в тангенциальном направлении составит:

где:

μ – коэффициент Пуассона;

Еп – модуль продольной упругости материала.

Если:

При условии что:

где:

– коэффициент бокового распора.

Таким образом напряжение в радиальном направлении пропорционально параметрам λ и σz.

Значения коэффициента Пуассона:

- песчанистые горные породы μ=0,15÷0,25;

- хемогенные горные породы μ=0,5;

- карбонатные породы μ=0,2÷0,3;

- глины μ=0,4.

Таким образом:

где:

Рб – боковое давление.

Если:

ρn.ср. – средневзвешенная плотность вышезалегающих горных пород.

ρn.i. –плотность i-того пласта;

mi – мощность i-того пласта.

М – суммарная мощность всех пластов.

Для глин плотность увеличивается по мере роста глубины залегания:

ρг= (1,6÷1,7) г/см3 – на устье скважины;

ρг = (2,5÷2,6) г/см3 - при глубине залегания 3-4 тыс.м.

Для обеспечения устойчивости стенок скважины необходимо выполнить условие:

Рг.ст. = Рб (51)

Плотность жидкости для устранения обваливания горных пород за счет действия веса вышезалегающих горных пород находится из условия:

Откуда:

в) Удержание частиц шлама во взвешенном состоянии при остановке циркуляции: анализируя приведенную выше формулу (38), можно сделать вывод, что удерживающая способность промывочной жидкости увеличивается при снижении скорости падения частиц шлама и утяжелителя в покоящейся жидкости.

Кроме того, чем меньше разница значений плотности , тем ниже будет значение скорости падения, т.е. удерживающая способность будет увеличиваться и будут удерживаться во взвешенном состоянии более крупные частицы бурового шлама.

 

 

 


Частицы шлама и утяжелителя в затрубном пространстве будут удерживаться за счет необходимых структурных и тиксотропных свойств промывочной жидкости. В соответствии с формулой (38) удерживающая способность глинистого раствора будет определяться величиной пластической вязкости, а значит и статического напряжения сдвига, увеличивающегося во времени при нахождении его в состоянии покоя. Это будет приводить к удержанию твердых частиц в стабильном состоянии.

Следует отметить, что при возобновлении циркуляции удерживающая способность промывочной жидкости меняется на выносящую, которая будет определяться величиной пластической вязкости.

 

г) Уменьшение нагрузки на талевую систему:

ХВ Ходовая ветвь
НВ Неподвижная ветвь
θкр
Буровой раствор
кронблок

 

Рис.59. Схема к определению нагрузки на крюке.

Нагрузка на крюке находится по формуле:

– коэффициент, учитывающий дополнительные сопротивления;

q – вес 1 м. бурильной трубы, Н/м;

L – длина бурильных труб;

- коэффициент, учитывающий силу Архимеда;

ρр – плотность раствора;

ρм – плотность метала бурильных труб.

Из формулы (54) видно, что при увеличении плотности раствора () нагрузка на крюке уменьшается.

д) Функция коркообразования –образование эластичной плотной корки на стенках скважины, состоящей из частиц твердой фазы бурового раствора и молекул химического реагента.

Корка увеличивает связанность раздробленных пород и уменьшает трение буровой колонны о стенки скважины, уменьшает проницаемость коллектора, повышается устойчивость глиносодержащих горных пород.

е) Физико-химические функции:

е) Ингибирование горных пород –останавливание, сдерживание гидратации, намокания глинистых горных пород.

Na+ z
Na+ z
Na+ z
Ca2+
При вводе в раствор катионов Ca2+Na-глина преобразуется в Ca-глину, которая более устойчивая при воздействии на нее водного фильтрата;

 

 

ж) Сохранение проницаемости продуктивного коллектора за счет уменьшения поступления в него твердых частиц бурового раствора и уменьшения образования продуктов реакции;

з) Регулирование параметров раствора в соответствии с составом горных порд, уменьшение загрязнения продуктивного коллектора;

и) Уменьшение способности к образованию нерастворимых соединенийкомпонента бурового раствора с водными растворами солей пластовых вод;

к) Увеличение буримости горных пород за счет эффекта проф. Ребиндера П. А.



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-02-19; просмотров: 288; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.212.102.174 (0.085 с.)