Основные свойства глинистых растворов

Глина, являющаяся твердой фазой глинистого раствора относится к осадочным горным породам и представляет собойсмесь глинистых  минералов, из них наиболее распространенными являются

1. Монтмориллонит 0,02-1мкм

2. Гидрослюда

3. Палыгорскит

4. Каолинит 1-0,1 мкм

Глинистые породы содержат как правило несколько глинистых минералов и приобретает название по преобладающему минералу, за исключением монтмориллонитовых глин, они называются бентонитовые глины (бентонит),

Наиболее важные свойства глин:

1. Набухаемость

2. Ионный обмен

3. Пластичность 

4. способность к диспергированию

5. Гидрофильность

Размеры глинистых частиц

На уникальные свойства глинистых растворов наибольшее влияние оказывает коллоидальность глинистых частиц. Средний размер глинистых частиц в природных глинах составляет порядка 0,01мм, наибольшее влияние на свойства глиняных растворов оказывают частицы размером до 1мкм, чем меньше размер частиц и чем больше их количество, тем лучше получается раствор.

Чем выше коллоидальность частиц, тем больше выход раствора.

Выход раствора – количество кубометров раствора заданной вязкости, полученного из одной тонны глины. Для бентонитовых глин Q=19-20т, для каолинитовых Q=2-4т

Химические реагенты для приготовления глинистых растворов

1. Понизители вязкости 

2. Понизители водоотдачи

3. Реагенты специального назначения

Вязкость буровых растворов отрицательно влияет на из прокачиваемость по бурильным трудам, по этому с ее уменьшением снижаются гидравлические сопротивления, в бурении наиболее часто используются следующие реагенты

Понизители вязкости

• УЩР – углещелочной реагент

• ТЩР – торфощелочной реагент

• ССБ – сульфит-спиртовая барда

• КССБ – конденсированная сульфит-спиртовая барда

• ОКЗИЛ – окисленно-замещенный либносульфонат 

• ФХЛС – ферро-хром либносульфонат

• ПФЛХ – полифинол лесохимический

• Нитролигнин

• Хлорлигнин

• Игетан

Снижать водоотдачу буровых растворов необходимо с целью предупреждения глубокого проникновения фильтрата в глубь продуктивного пласта, а так же его взаимодействия с глинистыми породами на поверхности стенки скважин

Понизители водоотдачи

• КМЦ – карбоксиметилцеллюлоза

• Крахмал

• Модифицированный крахмал

• КССБ

• ППА – полиакрилламид

• ГИПАН – гидролизованный полиакриламиднитрин

• РС-2 – гиролизованный полиакриламид

Реагенты специального назначения

• Каустическая сода NaOH

• Кальцинированная сода Na2CO3

• Гашеная известь Ca(OH)2

• Гипс CaSO3*2H2O

• Хлористый кальций

• Смазочные добавки (нефть, графит, СМАД)

• ПАВ 

• Пеногасители

• Наполнители

• Соли NaCl; KCl

• Кислоты HCl; HF

Лекция 6

Методы определения структурно-реологических свойств промывочных жидкостей

1. Плотность (кг/м3) изменением плотности раствора регулируют давление в скважине ρ=1050-1300 кг/м3 приборы: АГ-3ПП, АБР, ВРП-1

2. Условная вязкость (с). Вязкость – один из важнейших параметров промывочной жидкости, она определяет гидравлические сопротивления при покачивании бурового раствора в скважине, а так же величину проникновения бурового раствора в поры и трещины продуктивного пласта. С увеличением вязкости ухудшаются условия очистки скважины от шлама и резко падает механическая скорость. Прибор: СПВ-5; воронка Марша. (Стандартное время истечения воды =15с; нормальные глинистые растворы =30с)

3. Стабильность раствора — способность с течением времени сохранять равномерность распределения частиц твердой фазы по всему объему ЦС-2 ; показатель стабильности не должен превышать 20 кг/м3

4. Суточный отстой – количество свободной воды (%) отстоявшейся за сутки из пробы раствора

5. Содержание песка в растворе этот показатель характеризует загрязненность раствора, твердыми частицами, попавшими в него вместе с глиной, а так же в результате плохой очистки раствора от шлама. Прибор: ОМ-2

6. Водоотдача ВМ-6

7. Толшина глинистой корки (мм)

8. Коэффициент трения глинистой корки КТК-2

9. Статическое напряжение сдвига. Прибор: СНС-2, широметр. характеризует прочность структуры расствора, а так же его способность удерживать частицы шлама во взвешенном состоянии

10. Динамическое напряжение сдвига, пластическая (структурная) вязкость прибор: ВСН-3; τ (Па); η (Пас)

11. Электросопротивление раствора прибор: ризистивиметр ом м

12. Смазывающая способность приборы: УСР-2; УСР-1

Методы вхождения в продуктивную залежь

1. По этому методу продуктивная залежти вскрывается на всю мощность без замены бурового раствора, затем в скважину спускается экслуатационная колонна, цементируется ее затрубное пространство и полсе затвердевания цемента делается вторичное вскрытие (перфорация) на уровне продуктивного пласта. Недостатки: поскольку раствор не менялся, то в этом случае может возникнуть глубокое загрязнение пласта. Достоинства: минимальные затраты времени и простота проведения операции вскрытия, возможность селективной эксплуатации объекта

2. По этому методу скважина бурится до кровли залежи. Спускается эксплуатационная колонна и цементируется, буровой раствор меняется на раствор необходимой плотности бурится скважина до подошвы залежи, на бурильных трубах спускается хвостовик, цементируется, затем проводится вторичное вскрытие пласта; достоинства: предупреждение возможности загрязнения пласта буровым раствором

3. По данному методу скважина вскрывает залежь на всю ее толщину, после чего в нее спускается эксплуатационная колонна, имеющая в нижней части щели или отверстия, при этом колонна цементируется только выше кровли пласта. Достоинство метода простота реализации,недостаток возможно глубокое загрязнение пласта буровым раствором

4. По этому методу скважин бурится до кровли пласта, затем спускается эксплуатационная колонна и цементируется, затем пласт разбуривается долотом меньшего диаметра, на бурильных трубах спускается фильтр и закрепляется внутри эксплуатационной колонны с помощью пакера.Достоинства возможность замены бурового расствора на раствор меньшей плотности; недостаток большие затраты времени на проведение спуско-подъемных операций

Лекция 7

Минералы и горные породы, как объекты разрушения, при бурении скважины

Mineral – (фр.) природное химическое соединение элементов, образовавшееся в земной коре.

В природе известно порядка 3000 минералов, однако в образовании горных пород участвуют около 30.

По химическому составу все минералы делятся

•  Сульфиды

• Окислы

• Силикаты

• Соли кислородных кислот

• Голоидные соединения

• Самородны

Природное образование, состоящие из минералов, имеющее более или менее однородный состав – горная порода

В зависимости от связей зерен подразделяются

• Рыхлы (несвязные)

• Связные глинистые, с водно-коллоидными связями

• Скальные, полускальные, с жесткой упругой связья

Свойства горных пород определяется их генезисом

• Магматические

  • Эфузивные

  • Интрузивные

• Осадочные

• Метаморфические

Пористость – отношение объема пор к объему горной породы

Плотность — масса в  единице объема

Содержание воды в породе химически связная вода, физически связная вода удаляется из породы нагреванием не менее 120°. Свободная вода: находится в порах и трещинах породы, может перемещаться по ним под действием гравитационных сил и силкапиллярного  поднятия. 

Указанные физические свойства определяют их физико-механические свойства:

• Прочность

• Твердость

• Абразивность

Твердость горных пород зависит от твердости их минералов

Лекция 8

Вскрытие продуктивных пластов с аномальными пластовыми давлениями

Рпл=Ргс; Ка=1 – нормальное

Рпл<Ргм; Ка<1 – АНПД

Рпл>Ргс: Ка>1– АВПД

Вскрытие пластов с АНПД

При вскрытии пластов с АНПД велика вероятность глубокого проникновения фильтрата бурового раствора и его твердой фазы в пласт, в ряде таких случаев из продуктивного пласта вообще не удается получить приток нефти.

Единственный путь снижения диф. Давления это снижение плотности бурового раствора. Для этого используют следующие методы:

• При 0,9<Ка<1 достаточно поменять раствор на водной основе, на раствор на нефтяной основе

• При 0,7<Ка<0,9 применяют аэрированную воду

• При Ка<0,7 используют пену или воздух

Примененние аэрированной жидкости

При вскрытии продуктивных пластов с АНПД часто используют аэрированную воду, предварительно минирализованую, для снятия  астматического давления.

Плотность ГЖС определяется степенью аэрации α=Vвозд/Vжид.

При аэрации воды необходимо учитывать возможность ее дополнительного газирования природными газами.

Применение пен

В аэрированной воде воздух находится в виде крупных пузырьков, которые легко перемещаются относительно жидкой фазы, такая система термодинамически чрезвычайно не устойчива и при прекращении циркуляции быстро распадается на отдельные компоненты, воздух быстро перемещается вверх, при этом вода становится практически дегазированной, что приводит к повышению плотности жидкости и давления в скважине.

Своеобразие пен, состоит в том, что они являются много фазной системой, в которую входят: воздух, вода, пенообразующие ПАВ, стабилизаторы и твердые частицы шлама, в пене воздух находится внутри тонких оболочек полученных из смеси пав и воды, кроме того, размеры этих пузырьков значительно меньше, чем в случае с аэрированной жидкостью. Тонкие пленки ПАВ препятствуют  коалисценции в период прекращения циркуляции.

Степень аэрации у пен в сотни раз выше, чем у аэрированной воды, по этому пены создают минимальное давление на пласт, уменьшая его загрязнение.

Одним из недостатков применения пен является необходимость использования специальных дегазирующих устройств при выходе пены из скважины.