ЛекцииПЖ_1_2013

Содержание	0,3	0,35	0,4	Са++ не	Са++ не	Са++ не
солей,%				более 25%	более 25%	более 25%
				на мешок	на мешок	на мешок

Недостатки флотационного баритового концентрата.

1.наличие примесей флотореагентов гидрофобизация поверхности частиц утяжелителя

вовлечение воздуха при вводе порошкообразного утяжелителя снижение утяжеляющей способности;

смачивание нефтью при ее использовании в качестве смазочной добавки флокуляция, выпадение барита из раствора.

2.Большая примесь легких минералов загущение глинистого раствора снижение утяжелительной способности

3.Наличие примесей растворимых солей коагуляция глинистого раствора загущение

снижение утяжелительной способности

4.большое содержание тонкодисперсных частиц загущение глинистого раствора ухудшение утяжеляющей способности.

Модифицированный порошкообразный баритовый утяжелитель

Модифицирование – ввод триполифосфата натрия перед помолом

Механизм модифицирования

-десорбция флотореагентов с поверхности частиц барита гидрофобизация поверхности;

-связывание двухвалентных катионов;

-разжижающее действие триполифосфата натрия нейтрализует загустевающее действие легких минералов-примесей и большого количества тонкодисперсных частиц утяжелителя.

Достоинства модифицированного утяжелителя

-повышается утяжеляющая способность == можно получить раствор с более высокой плотностью;

-обеспечивается поддержание реологических свойств глинистого раствора при более высокой его плотности.

Предел повышения плотности для баритового утяжелителя – 2,30-2,35

ЖЕЛЕЗИСТЫЙ УТЯЖЕЛИТЕЛЬ

-концентрат бедных железных руд ( железистый концентрат)

Плотность	не менее 4,15
Влажность	не более 12%

Недостатки

-высокая влажность;

-повышенная абразивность;

-магнитная восприимчивость налипание на бурильные трубы прихваты( если в утяжелителе отсутствует магнетит)

Предел повышения плотности

2,10 -- 2,20 г/см3

СИДЕРИТОВЫЙ УТЯЖЕЛИТЕЛЬ ( порошкообразный )

51

- сидеритовая руда с примесью карбонатов Са и Mg Плотность утяжелителя – 3,5 г/см3 Влажность – не более 2% Утяжеляющая способность – 1,8 г/см3

Карбонат железа растворим в соляной кислоте

FeCO3+2HCl = FeCl2+CO2+H2O

Рекомендуется применять сидеритовый утяжелитель при вскрытии продуктивных пластов. Частицы утяжелителя, засоряющие поры пласта можно удалить последующей кислотной обработкой.

ИЗВЕСТКОВАЯ МУКА

- тонкопомолотый порошкообразный известняк. Плотность – 2,7 г/см3 Утяжеляющая способность - ρ0 = 1,4 – 1,5 г/см3

Растворима в соляной кислоте СаСО3 + 2НСl = CaCl2 +CO2+H2O

Рекомендуется к применению при вскрытии продуктивного пласта.

СВИНЦОВЫЙ КОНЦЕНТРАТ

Концентрат свинцовой руды, содержащий галенит РвS Плотность 5,8 – 6,2 ( за счет примесей)

Как утяжелитель для буровых растворов не выпускается, но может быть использован для получения буровых растворов с плотностью 3,0 и более При бурении скважины №6 на Марьинской площади Ставропольского края свинцовый

концентрат КС-2 был использован совместно с баритом для поддержания плотности глинистого раствора на уровне 2,5-2,55г/см3 За рубежом выпускается для нужд бурения.

ВЛИЯНИЕ УТЯЖЕЛИТЕЛЯ НА СВОЙСТВА ГЛИНИСТОГО РАСТВОРА.

Ввод утяжелителя приводит к повышению концентрации твердой фазы к смачиванию водой поверхности частиц утяжелителя= уменьшению доли свободной воды= усилению внутреннего трения= росту вязкости за счет примесей глинистых частиц – рост τ0 и Θ

( модифицированный бариотовый утяжелитель может понижать СНС за счет действия триполифосфатанатрия(ТПФН)

Увеличение содержания грубодисперсных частиц в дисперсной фазе = увеличение проницаемости и толщины фильтрационной корки = увеличение водоотдачи. Увеличение коэффициента трения между бурильными трубами и стенками скважины = увеличение опасности затяжек и прихватов бурильной колонны.

ТРЕБОВАНИЯ К УТЯЖЕЛЕННОМУ ГЛИНИСТОМУ РАСТВОРУ.

-малопроницаемая глинистая корка , небольшая водоотдача;

-отсутствие избытка твердой фазы;

-достаточная способность к структурообразованию=удерживающая способность.

ПОНИЖЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ГЛИНИСТЫХ РАСТВОРОВ.

Принципы:

1) уменьшение концентрации твердой фазы

52

а) механическое удалнеение из раствора части твердой фазы( гидроциклон,центрифуга) б) разбавление раствром химреагентов или водой; в) приготовление глинистого раствора из высокосортного бентонита;

2) ввод компонентов, плотсноть которых меньше плотности воды а) ввод углеводородной жидкости; б) ввод газонаполненных микрокапсул; в) аэрирование.

УДАЛЕНИЕ ЧАСТИ ТВЕРДОЙ ФАЗЫ

Преимущественно для утяжеленных буровых раствров с помощью гидроциклонов, центрифуги – удаляется часть уитяжелителя и ( в центрифуге()легкой твердой фазы. Жидкую фазу возвращают в циркуляционную систему.

РАЗБАВЛЕНИЕ

Экономически оправдано только для неутяжеленных буровых растворов. Выбрасывают часть раствора, а оставшийся раствор разбавляют раствором защитных коллоидов, или, если позволяет водоотдача – водой.

Утяжеленные растворы разбавлять дорого: увеличивается расход утяжелителя, реагентов, увеличивается объем отходов, загрязняющих ОС и требующих ликвидации.

ПРИГОТОВЛЕНИЕ БУРОВОГО РАСТВОРА ИЗ ВЫСОКОСОРТНОГО БЕНТОНИТА

Из глинопорошков марки ПБМА,ПБМБ, ПББ можно получить глинистый раствор нормальной вязкости с плотностью не более 1050 кг/м3

ВВОД УГЛЕВОДОРОДНОЙ ЖИДКОСТИ.

Для улучшения смазочных свойств в глинистый раствор вводят до 15% сырой нефти ( за рубежом – диз. Топливо) Так как плотность нефти меньше плотности воды, плотсность

глинистого раствора понижается
Максимальное	утяжеленные	0,3
Понижение	неутяжеленные	0,07

УЛУЧШЕНИЕ СМАЗОЧНЫХ СВОЙСТВ ГЛИНИСТЫХ РАСТВОРОВ.

Стоят две задачи:

1.Уменьшить силы трения между бурильной колонной и стенкой скважины при низких контактных давлениях.

2.Образование прочной смазочной пленки при высоких контактных давлениях в опорах долота ( между зубцами долота)

Для этого в глинистый раствор вводят смазочные добавки. Одной из наиболее

распространенных добавок является сырая нефть. Она решает только первую задачу, тем не менее ввод нефти дает следующие положительные эффекты:

1)уменьшение нагрузки при СПО

2)уменьшение Мкр.

3)Увеличивается реальная осевая нагрузка на долото, что ведет к росту механической скорости проходки.

4)Увеличение мех. Скорости проходки.

5)Уменьшение сальникообразования и ( налипание на долото)

6)Уменьшение опасности возникновения прихвата

53

7) Улучшение общего состояния ствола скважины Ее(нефть) вводят до 15-18% , при возрастании плотности бурового раствора раход нефти увеличивается.

Недостатки:

Возможность загустевания бурового раствора - возможно загрязнение окружающей среды.

ГРАФИТ( 10% НЕФТИ + 1% ГРАФИТА)

Графитовый порошок применяют только совместно с нефтью, только тогда смазочные свойства глинистого раствора улучшаются значительно.(хорошо)Использование графитового порошка совместно с нефть решает только (1) задачу.

СМАД-1 – специальная разработка ВНИИБТ.

Смад-1 представляет собой смесь окисленного петролатума и ДТ в соотношении 1:1 Петролатум содержит остатки продуктов – это содовый вар.- это жидкая суспензия. Окисленный петролатум содержит в себе ПАВ. Они адсорбируются на поверхности металла и вместе с углеводородами образуют на поверхности металла плотную пленку., способную выдерживать высокие контактные давления.

Положительные стороны СМАД-1:

Ввод СМАД-1 решает обе задачи, что ведет к увеличению проходки на долото. Концентрация СМАД-1 в буровом глинистом растворе составляет 1-4% по объему.

СГ-смесь( УкрГипроНИИ)

Это смесь гудронов и высокомолекулярных отходов масложирокомбинатов.

Гудроны – это поверхностно-активные вещества (ПАВ)которые совместно с дизельным топливом образуют смазку типа СМАД-1. Механизм действия, концентрация и эффективность как у СМАД-1.

ОГРАНИЧЕНИЯ В ИСПОЛЬЗОВАНИИ СМАД-1 КАК СМАЗКИ.

Водородный показатель должен быть не более 10, т.е. рН ≤ 10, а следовательно не допускается высокая щелочность ( NaOH)

Если рН будет больше 10 то будет происходить омыление и получим натриевую смолу( коллоидное растворение ) , что ведет к отрыву молекул от стенки металла и разрушение смазочной пленки.

3. содержание ионов Са2+ в дисперсионной среде не должна превышать 400 мг/л. Если концентрация Са2+ превышает 400 мг/л происходит образование кальциевых мыл , которые нерастворимы в воде при этом смазочная пленка разрушается и добавка перестает выполнять смазочные функции.

Роль смазочных добавок:

- снижение коэффициента трения выполняют высоко-молекулярные реагенты(ВМР например КМЦ и ПАВ ( сульфонол – основа моющих средств)

РЕГУЛИРОВАНИЕ СОДЕРЖАНИЯ И СОСТАВА ТВЕРДОЙ ФАЗЫ В БУРОВОМ РАСТВОРЕ

1.Твердая фаза в буровом растворе.

2.Классификация твердых фаз, содержащихся в глинистом буровом растворе: a. – по плотности

54

i.– легкая твердая фаза, плотность которой 2,6-2,8 г/см3( это глинистый порошок и выбуренная глинистая порода)

ii.Тяжелая твердая фаза у которой плотность более 4,0 г/см3( утяжелитель)

3.по гранулометрическому составу( по размерам)

(1)– распределенные частицы выбуренной породы при бурении твердых пород с низкой механической скоростью

(2)Утяжелители

(3)Для структур глинистых частиц при бурении шарошечными долотами при высоких мех. скоростях

В растворе необходимо иметь:

-минимально необходимое и достаточное количество коллоидных частиц для образования структуры и малопроницаемой глинистой корки.

-утяжелителя в количестве достаточном для придания раствору нужной плотности.

-при вскрытии продуктивных горизонтов – достаточное количество сводообразующих глинистых частиц ( попадающих в категорию (2), препятствующих проникновению глинистых частиц (1) в поровые каналы продуктивного пласта.

Последствия обогащения бурового раствора твердой фазой при бурении.

1.Загустевание БР , т.е. реологические свойства и структурообразование возрастают

2.увеличение плотности БР отсюда увеличение давления нагнетания , разрушение ГП затрудняется отсюда возрастает опасность возникновения прихватов.

3.увеличивается толщина фильтрационной корки отсюда увеличивается опасность возникновения прихватов. Все это ведет к опасности прихвата и поглощения.

4.ухудшение показателей отработки долот

5.увеличивается износ буровых насосов

Все это ведет к увеличению темпов бурения и возрастанию стоимость бурения 1 погонного метра.

Необходимо поддерживать ограниченные концентрации твердой фазы и следить за размером гранул состава твердой фазы, а также удалять твердую фазу из бурового раствора.

ПРИНЦИПЫ УДАЛЕНИЯ ТВЕРДОЙ ФАЗЫ ИЗ ГЛИНИСТОГО РАСТВОРА

1.процеживание бурового раствора через сетки

2.осаждение под действием силы тяжести в отстойниках

3.удаление твердой фазы под действием центробежных сил

55

УСТРОЙСТВА ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ ИЗ БУРОВГО РАСТВОРА

Вибросита Схема работы вибросита:

Схема работы вибросита

I – буровой раствор из скважины; II – очищенный буровой раствор; III - сброс шлама; 1 – амортизатор; 2 – сетка; 3 – желоб; 4 – вибратор; 5 – электродвигатель

Вибратор заставляет раму колебаться. Раствор протекает через ячейки сита вниз в ванну, а через окно вытекает очищенный раствор. Под влиянием колебаний сетки шлам движется и сбрасывается в земляной амбар или контейнер.

РАЗНОВИДНОСТИ ВИБРАЦИОННЫХ СИТ.

1.они отличаются по числу ярусов сетки

-одноярусные

-двухярусные

-трехярусные

2.по характеру траектории колебательного движения

Установка сита производится по центру масс, то есть ось вибратора должна совпадать с центром масс.

Сетка совершает поступательно-вращательное движение, траектории движения сетки линейные, линейное колебательное движение.

Использование 3-х сит позволяет произвести очистку бурового раствора наиболее благоприятно. Используются одно, двух и трех -секционные сита, то есть параллельно устанавливается 2-3 сита

КОНСТРУКЦИИ СЕТОК.

56

-самая простая конструкция сеток - это сетки простого плетения с квадратными ячейками определенных размеров.

-сетки простого плетения с ячейками прямоугольной формы

Эти сетки однослойные.

Выпускаются и многослойные сетки состоящие из трех слоев. 1 слой – наиболее крупные ячейки 2 слой – сетка с более/менее крупными ячейками 3 слой – мелкие ячейки

- слоеные скрепленные сетки. Когда сетки между собой скрепляются эпоксидной смолой, что предотвращает их трение друг о друга и снижает износ и увеличивает долговечность. Положительным является то, что если сетка порвется ее можно скрепить используя эпоксидную смолу( склеить)

- волновая перфорация

РАЗМЕРЫ ЯЧЕЕК СЕТКИ.

Квадратные ячейки имеют размеры от 0.9х0.9 мм до 1,6х1,6 мм ( до 74 мкм) За рубежом используются сетки имеющие размеры 170х170 мкм.

ОЧИСТНАЯ ВОЗМОЖНОСТЬ ВИБРОСИТ.

Очистная способность вибросит определяется размером ячеек сетки. В идеальном случае все частицы которые имеют размер больше стороны квадрата(прямоугольника) используемой ячейки сита должны остаться на поверхности сита. Практически через сетку проходит определенное количество крупных частиц поскольку твердые частицы могут иметь удлиненную форму . Но сетка всегда удаляет мелкие частицы, которые прилипли к крупным частицам.

ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ ВИБРОСИТА.

На пропускную способность вибросит влияет несколько факторов

-площадь поверхности сетки вибросит, чем больше поверхность сетки тем больше пропускная способность вибросита

-размер ячеек сетки, через крупные ячейки проходит больше бурового раствора, но очистная способность ухудшается.

-количество и гранулометрический состав шлама. Если в шламе размер частиц чуть больше ( на 25%) размера ячеек они застревают в ячейке и сетка засоряется , поверхность очистки уменьшается и пропускная способность падает.

-скорость перемещения шлама , которая зависит от характера колебательного движения сетки

( а =	ω2	А	, если а растет то повышается износ сетки. В современных устройствах а=5g , если
	g

больше или меньше происходит износ сетки - от реологических свойств глинистого раствора и прежде всего от пластической вязкости,

увеличение вязкости бурового раствора ухудшает пропускную способность вибросита(ВС), а динамическое напряжение сдвига влияет незначительно, чем больше пластическая вязкость, тем меньше пропускная способность ВС.

ПРАВИЛА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВИБРАЦИОННЫХ СИСТЕМ.

1.Через вибросита должен проходить весь раствор, выходящий из скважины при циркуляции, нельзя пропускать БР в обход вибросита.

2.Вибросито должно работать всегда, когда идут работы на скважине.

57

3. Размер ячеек сита должен быть подобран таким образом чтобы БР был виден на 75% длины сетки, а на 25% сетки должен быть шламэто делается для уменьшения потерь бурового раствора.

При выносе большого количества шлама надо увеличить число параллельно работающих вибросит. Если этой возможности нет, то надо заменить сетки с более крупными ячейками на более мелкие. 4. При интенсивном засорении сетки шламом нужно сменить сетку на более мелкоячеистую, если при этом не будет хватать пропускной способности, то надо поставить сетку с ячейками большего размера.

5.Если плохо транспортируется шлам, то надо уменьшить частоту колебаний сетки

6.На всех параллельно работающих виброситах сетки должны быть одинаковые

7.на одном ярусе должны стоять сетки с одинаковыми ячейками

8.при параллельной работе 2-х и 3-хвибросит поток раствора между ними должен быть распределен равномерно.

9.вибросита надо устанавливать строго горизонтально.

10.При остановке вибросит сетку облить водой, чтобы раствор не засох

11.При обнаружении прорыва сетки ее надо сразу заменить.

12.надо своевременно и правильно проводить техническое обслуживание ВС.

ВИБРОСИТА, ВЫПУСКАЕМЫЕ В РФ.

Номенклатура ВС , выпускаемых в РФ весьма ограничена:

1.ВС-1 – это одно-ярусное 1-но секционное вибросито, которое оснащено комплектом сеток с размерами ячеек:0,4х0,4 мм,0.9х0,9 мм,0,16х0,16 мм, 0,20х0,20 мм и 0,25х0,25 мм Это сито было модернизировано и получило название ВС-11 ( изменен принцип крепления вибросита и самих сеток)

ВС-2 – вибросито 2-х ярусное , односекционное. Хорошие результаты , но серийно не выпускается из-за отсутствия заказов.

ВС-1 изготавливается в Азербайджане и имеет плохое качество изготовления. На буровых стали создавать службы по ремонту вибросит и их переборки по своему усмотрению вплоть до изменения конструкции ВС.

2.Техническое обслуживание ВС очень плохое

3.Сеток для ВС всегда не хватает, особенно мелкоячеистых.

В Российской Федерации выпускается только ВС-1 ,остальные за рубежом.

ОСАЖДЕНИЕ БУРОВОГО РАСТВОРА В ОТСТОЙНИКАХ.

1)В неподвижном растворе осаждение невозможно, т.к. происходит структурообразование.

2)Осаждение возможно в движущемся потоке, поскольку при движении бурового раствора структура нарушается по всему объему движущегося раствора.

3)Требование к отстойнику – он должен иметь небольшое поперечное сечение, поэтому его делают в виде небольшого желоба. Когда буровой раствор имеет ламинарное течение , то скорость осаждения твердых частиц определяется формулой Стокса :

V = α2 (ρж − ρ)

18ηэфф

Чтобы осаждение было более эффективным необходимо создать жесткую турбулизацию, это достигается:

58

Осадок, после прохождения раствора по желобу представляет собой «дюну». Такие отстойники устанавливаются последовательно друг за другом , образуя желобковую систему.

Эта система на основе действия силы тяжести, она не эффективна, так как происходит осаждение только крупных частиц шлама. Эта система очень трудоемкая, так как необходимо все время производить очистку желоба после установленной перегородки поэтому эту систему сейчас используют очень редко или не используют вообще. Буровая установка оснащается в основном виброситами. Эти желобковые отстойники эффективны только тогда, когда промывочной жидкостью является вода. Еще их можно использовать при бурении глинистых пород, установку желоба производят до вибросит. Назначение отстойника в этом случае – это улавливание крупных обломков глины, которые могут попасть на сито и забить его

ГИДРОЦИКЛОННАЯ ОЧИСТКА БУРОВЫХ РАСТВОРОВ.

Конструкция и принцип действия гидроциклона.

Гидроциклон – это сосуд верхняя часть которого имеет цилиндрическую форму, а нижняя коническую у вершины конуса размещается насадка Принцип действия гидроциклона.

Буровой раствор подается в цилиндрическую часть гидроциклона через насадку центробежного насоса. Ввод раствора идет по касательной к внутренней стенке, значит раствор войдя в аппарат начинает вращаться и на твердые частицы, содержащиеся в растворе начинает

действовать центробежная сила. Fц = mVR 2

Под действие центробежной силы твердые частицы смещаются к стенке центробежного аппарата, т.к. кроме центробежной силы на них действует и сила тяжести, они по стенке гидроциклона начинают двигаться вниз спускаясь достигают вершины конуса и выбрасываются через песковую насадку в виде зонтичного выброса( выброс имеет форму зонта). Это свидетельствует о том, что аппарат работает правильно.

У оси аппарата буровой раствор обеднен твердыми частицами и по ней раствор опустившийся вниз поднимается вверх в сливной патрубок, а затем попадает в циркуляционную систему.

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА РАЗМЕР УДАЛЯЕМЫХ ЧАСТИЦ.

59

Построим кривую разделения частиц по массе

δ50 - размер граничной частицы, которую принято использовать для характеристик очистной способности гидроциклона:

	δ50	= к	D3η	+	dc2τ0
			(ρш − ρж )Q		Vвх2 (ρш	− ρж )

D – диаметр цилиндрической части гидроциклона

Q – расход раствора через гидроциклон( подача центробежного насоса)

Vвхлинейная скорость бурового раствора на входе в гидроциклон

ρш − плотность твердых удаляемых частиц шлама

ρж - плотность бурового раствора после очистки

dcдиаметр сливного патрубка.

Если использовать эту формулу то получим, что гидроциклон удаляет более мелкие твердые частицы, если уменьшить диаметр его цилиндрической части, то есть чем диаметр удаляемых частиц больше, тем меньше δ50 Он будет удалять более мелкие частицы раствора если увеличить подачу

центробежного насоса, но при этом усилится износ гидроциклона.

→если параметры бурового раствора низкие

→если уменьшить диаметр сливного патрубка dc

→если разность плотностей будет больше, чем тяжелее твердая частица тем меньше δ50

При уменьшении размеров удаляемых частиц и увеличении диаметра песковой насадки гидроциклона потери бурового раствора при его очистки с помощью гидроциклона возрастают.

РАЗНОВИДНОСТИ ГИДРОЦИКЛОНОВ ( по назначению.)

1.Гидроциклон – пескоотделительон имеет диаметр цилиндрической части D = 150-400 мм ,

δ50 = 60 мкм.

2.Гидроциклон-илоотделитель – D = 75-150 мм δ50 = 30 мкм

3.Гидроциклон-глиноотделитель D = 50-75 мм, δ50 =10 мкм

Гидроциклоны , выпускаемые отечественной промышленностью

ПЕСКООТДЕЛИТЕЛИ

1. Гидроциклон-пескоотделитель ЦСГО – циркуляционная система с гидравлической очисткой D= 1х400 мм Q= 50 л/секпропускная способность

60