close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

7261.1474.Буровые промывочные и тампонажные растворы

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Ю. А. Пуля, И. В. Мурадханов
БУРОВЫЕ ПРОМЫВОЧНЫЕ
И ТАМПОНАЖНЫЕ РАСТВОРЫ
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ
(Лабораторный практикум)
Направление подготовки 131000.62 – Нефтегазовое дело
Бакалавриат
Ставрополь
2014
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 622.244.4 (075.8)
ББК 33.131 я73
П 88
П 88
Печатается по решению
редакционно-издательского совета
Северо-Кавказского федерального
университета
Пуля Ю. А., Мурадханов И. В.
Буровые промывочные и тампонажные растворы: учебнометодическое пособие. – Ставрополь: Изд-во СКФУ, 2014 – 106 с.
Пособие разработано в соответствии с требованиями ФГОС
ВПО к подготовке выпускника и содержит комплекс лабораторных
работ по буровым промывочным и тампонажным растворам.
Утверждено на заседании учебно-методической комиссии
института нефти и газа (протокол № 7 от 26. 03. 2014 г.).
Предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки 131000.62 – Нефтегазовое дело.
УДК 622.244.4 (075.8)
ББК 33.131 я73
Авторы:
канд. техн. наук, доцент Ю. А. Пуля,
канд. техн. наук, доцент И. В. Мурадханов
Рецензенты:
канд. техн. наук, доцент Ю. А. Воропаев,
канд. техн. наук, доцент И. И. Андрианов
© ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский
федеральныйуниверситет», 2014
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ПРЕДИСЛОВИЕ
Целью данного пособия является формирование комплекса общенаучных и профессиональных компетенций будущего бакалавра
по направлению 131000.62 – Нефтегазовое дело.
Задачи: формирование базы знаний и умений в области приготовления и регулирования свойств буровых промывочных и тампонажных растворов, развитие инженерной эрудиции.
Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины:
– обобщение, анализ, восприятие информации, постановка цели
и выбор пути ее достижения ОК – 1;
– стремление к саморазвитию, повышение своей квалификации и мастерства ОК – 9;
– использование основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применение методов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования ПК – 2.
В результате освоения пособия обучающийся должен знать:
– требования, предъявляемые к буровым промывочным и тампонажным растворам при различных технологических операциях
в процессе бурения и заканчивания скважины;
– виды осложнений, возникающих при строительстве скважин
и связанных с использованием некондиционных буровых растворов;
– показатели раствора, характеризующие его пригодность для
бурения в конкретных горно-геологических условиях;
уметь:
– в лаборатории приготовить различные буровые растворы, измерять их параметры на отечественных и зарубежных приборах и
интерпретировать результаты;
– на стадии бурения в реальном времени корректировать Программу промывки при возникновении непредвиденных обстоятельств;
владеть:
– в тесном взаимодействии с геолого-геофизической службой
и технологами-буровиками составить программу (регламент) промывки скважины в различных горно-геологических условиях;
– приготовить в лаборатории цементный раствор заданного состава и определить его стандартные показатели, а затем измерить
срок схватывания (консистометр, игла Вика), затвердевание и механические свойства цементного камня.
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
1. Определение плотности промывочной жидкости
Цель и содержание: изучение метода определения плотности
промывочной жидкости с помощью ареометра АГ–3ПП.
Теоретическое обоснование
Плотностью промывочной жидкости называется масса единицы
объема. Плотность зависит от вещественного состава промывочной
жидкости и плотности ее составляющих компонентов.
Замер плотности растворов производится с помощью рычажных
весов, ареометров и полуавтоматического плотномера. На промыслах
для определения плотности промывочной жидкости чаще используют ареометр АГ–3ПП, поэтому в данной лабораторной работе рассмотрим определение плотности промывочной жидкости с помощью
ареометра АГ–3ПП.
Прибор для измерения плотности ареометр АГ–ЗПП (рис. 1)
состоит из мерного стакана 5, который крепится к поплавку 4 при
помощи штифтов. На стержне 3 имеется две шкалы: основная 1, по
которой определяется плотность раствора, и поправочная для определения поправки прибора. Основная шкала делится на две части:
левая служит для измерения плотности от 0,8 до 1,7 г/см3, при этом
на мерный стакан навинчивается грузик 6; правая служит для измерения плотности от 1,7 до 2,6 г/см3 при снятом грузике. Прибор
поставляется в комплекте с ведерком для воды 2. Крышка 7 ведерка
служит пробоотборником для раствора.
Аппаратура и материалы
1. Ареометр АГ–3ПП с ведерком.
2. Технические весы.
3. Лабораторная мешалка.
4. Мерный цилиндр до 250 мл.
Указания по технике безопасности
1. Лабораторная работа выполняется только после инструктажа
по технике безопасности с обязательной росписью студентов в журнале по технике безопасности.
2. Допуск к приборам студентов, выполняющих лабораторную
работу, осуществляется только в присутствии преподавателя.
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 1. Ареометр АГ–3ПП
Методика и порядок выполнения работы
Наливаем в ведерко чистую воду, такой же водой заполняем
мерный стакан ареометра. Навинчиваем поплавок и погружаем ареометр в ведерко. Определяем показания поправки на поправочной
шкале.
Готовим промывочную жидкость объемом до 400 мл с применением лабораторной мешалки. Наполняем стакан ареометра промывочной жидкостью, навинчиваем поплавок и вытираем излишки
жидкости на стакане. К низу стакана прикрепляем специальный калибровочный груз, опускаем ареометр в ведерко с водой и снимаем
отсчет по левой части основной шкалы. Если ареометр при надетом
грузе погрузится так, что оцифрованное деление окажется ниже
уровня воды в ведерке, следует снять груз и отсчет брать по правой
части основной шкалы.
Плотность раствора равна алгебраической сумме показаний основной и поправочной шкал.
После замера снимают крышку, выливают раствор из стакана и
промывают стакан и крышку водой.
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Содержание отчета и его форма
В отчете должны быть приведены:
– номер лабораторной работы, ее тема и цель работы;
– краткая теория по теме работы;
– аппаратура и материалы;
– методика и порядок выполнения работы;
– результаты работы должны быть занесены в табл. 1.
– делается вывод о соответствии измеренной плотности заданному значению.
Таблица 1
Результаты определения плотности
Состав
промывочной
жидкости
Показания
поправочной
шкалы
Показания
основной
шкалы
Плотность
раствора, кг/м3
Контрольные вопросы и защита работы
1. Что такое плотность промывочной жидкости?
2. Какими приборами определяют плотность раствора?
3. Как выполняется работа по определению плотности ареометром?
2. Определение содержания газа и истинной плотности
промывочной жидкости
Цель и содержание: изучение метода определения истинной плотности промывочной жидкости и влияния поверхностно-активных
добавок на воздухововлечение промывочной жидкости.
Теоретическое обоснование
При прохождении промывочной жидкости через газоносный
пласт она может насыщаться газом. Воздухововлечение может возникать в процессе приготовления промывочной жидкости при использовании поверхностно-активных добавок. Поэтому измеренная
полевым ареометром плотность такой жидкости будет заниженной.
Для получения истинной плотности необходимо вносить поправки
на содержание газа.
Аппаратура и материалы
1. Полевой ареометр АГ–3ПП с ведерком.
2. Лабораторная мешалка.
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Технические лабораторные весы.
4. Мерный цилиндр вместимостью 250 см3 с притертой пробкой.
5. Мерный цилиндр вместимостью 200 см3 без пробки.
6. Мерный цилиндр вместимостью 50 см3.
Указания по технике безопасности
1. Лабораторная работа выполняется только после инструктажа
по технике безопасности с обязательной росписью студентов в журнале по технике безопасности.
2. Допуск к приборам студентов, выполняющих лабораторную
работу, осуществляется только в присутствии преподавателя.
Методика и порядок выполнения работы
На лабораторной мешалке готовят промывочную жидкость с добавкой ПАВ (поливиниловый спирт, сульфанол и др.).
Пробу промывочной жидкости заливают одновременно в стакан
ареометра и 50 см3 в мерный цилиндр с притертой пробкой. Ареометром определяют кажущуюся плотность ρ0. В цилиндр с притертой
пробкой вливают 200 см3 воды, предварительно обмыв этой водой
мерный цилиндр, в котором отмерялась промывочная жидкость.
Закрыв цилиндр с разбавленным раствором притертой пробкой,
энергично взболтать в течение 1 мин и оставить в покое на некоторое время. После опадения пены отметить объем жидкости в цилиндре. Концентрацию газа вычисляют по формуле:
С0 = (250 – Vж) . 2,
где C0 – концентрация газа, %; 250 – суммарный объем промывочной
жидкости с газом и водой, см3; Vж – объем промывочной жидкости
и воды после удаления газа, см3; 2 – множитель для получения газа
в процентах.
Из уравнения
С0 = 100 . (1 - ρ0 / ρ)
находят истинную плотность:
ρ = ρ0 / (1 – С0 / 100), г/см3
Содержание отчета и его форма
В отчете должны быть приведены:
– номер лабораторной работы, ее тема и цель работы;
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– краткая теория по теме работы;
– аппаратура и материалы;
– методика и порядок выполнения работы;
– результаты работы должны быть занесены в табл. 2.
– делается вывод о влиянии ПАВ на воздухововлечение промывочной жидкости.
Таблица 2
Результаты испытаний
Состав
промывочной
жидкости
ρ0
Vж
С0
ρ
Контрольные вопросы и защита работы
1. Как влияет воздухововлечение на плотность промывочной
жидкости?
2. Как выполняется работа по определению воздухововлечения
промывочной жидкости?
3. Чему равна истинная плотность раствора?
3. Определение условной вязкости промывочной жидкости
Цель и содержание: изучение метода определения условной вязкости промывочной жидкости с помощью вискозиметра СПВ–5.
Теоретическое обоснование
Условная вязкость косвенно характеризует гидравлическое сопротивление течению, то есть подвижность промывочной жидкости.
Метод определения условной вязкости основан на измерении
времени вытекания определенного объёма промывочной жидкости
через трубку определенного диаметра и длины.
Вискозиметр СПВ–5 (рис. 2) состоит из воронки 1, оканчивающейся трубкой 4. В комплект вискозиметра входят мерная кружка 2
и сетка 3. Кружка разделена внутренней перегородкой на два отделения объемом 200 и 500 см3.
Аппаратура и материалы
1. Воронка СПВ–5 с сеткой.
2. Кружка объёмом 200 и 500 см3.
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Секундомер.
4. Лабораторная мешалка.
Рис. 2. Вискозиметр СПВ–5
Указания по технике безопасности
1. Лабораторная работа выполняется только после инструктажа
по технике безопасности с обязательной росписью студентов в журнале по технике безопасности.
2. Допуск к приборам студентов, выполняющих лабораторную
работу, осуществляется только в присутствии преподавателя.
Методика и порядок выполнения работы
1. Приготовленную промывочную жидкость кружкой наливают
в воронку, закрыв пальцем отверстие. Объём – 200 плюс 500 см3.
2. Кружку объёмом 500 см3 ставят под воронкой. Одновременно
включают секундомер и открывают отверстие воронки. После истечения 500 см3 жидкости секундомер останавливают и закрывают
отверстие.
3. Время истечения 500 см3 промывочной жидкости и будет характеризовать её условную вязкость.
По мере надобности надо производить проверку водного числа
вискозиметра. Время истечения 500 см3 чистой пресной воды при
температуре 20 ± 5 оС должно быть равным 15 с. Если значение будет
больше 15 с, то трубку вискозиметра надо прочистить, если меньше –
вискозиметр следует заменить.
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Содержание отчета и его форма
В отчете должны быть приведены:
– номер лабораторной работы, ее тема и цель работы;
– краткая теория по теме работы;
– аппаратура и материалы;
– методика и порядок выполнения работы;
– результаты работы должны быть занесены в табл. 3.
– делается вывод о соответствии измеренной вязкости проектному заданию.
Таблица 3
Результаты определения условной вязкости
Состав бурового
раствора
Время истечения
500 см3 жидкости, с
Условная вязкость, с
1.
2.
3.
Контрольные вопросы и защита работы
1. Что называется условной вязкостью промывочной жидкости?
2. Как выполняется работа по определению условной вязкости
промывочной жидкости с помощью вискозиметра СПВ–5?
3. Что называется водным числом вискозиметра?
4. Определение статического напряжения сдвига
промывочной жидкости
Цель и содержание: изучение метода определения статического
напряжения сдвига промывочной жидкости с помощью прибора
СНС–2.
Теоретическое обоснование
Статическое напряжение сдвига (СНС) – это величина того касательного напряжения, при котором исследуемая жидкость будет
выведена из состояния равновесия и начнёт двигаться.
Прибор СНС–2 (рис. 3) состоит из измерительной части и привода, смонтированных на прямоугольной плите. Стакан 7, установленный на вращающемся столике 5, и внутренний цилиндр 3, подвешенный на стойке 4 с помощью стальной проволоки 1, которая
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
защищена металлической трубкой 8, составляют измерительную
часть. На стойке укреплен кронштейн с риской указателя 2. В зависимости от толщины нити имеют номера от 1 до 6. В верхней части
трубки установлен градуированный диск 9 со шкалой, с ценой делений, равной 1 °. Диск жестко связан с внутренним (подвесным) цилиндром 3.
Привод вращающегося столика осуществляется от электродвигателя 6 через редуктор и гибкую передачу, частота вращения 0,2 об/мин.
Рис. 3. Прибор СНС–2
Аппаратура и материалы
1. Прибор СНС–2.
2. Лабораторная мешалка.
3. Секундомер.
Указания по технике безопасности
1. Лабораторная работа выполняется только после инструктажа
по технике безопасности с обязательной росписью студентов в журнале по технике безопасности.
2. Допуск к приборам студентов, выполняющих лабораторную
работу, осуществляется только в присутствии преподавателя.
Методика и порядок выполнения работы
1. Пробу раствора сильно взболтать.
2. Взболтанный раствор зачерпнуть меркой объемом 120 см3 и
залить в установленный на столике стакан.
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Погрузить подвесной цилиндр в стакан и подвесить нить на
пробу. При этом нужно следить, чтобы уровень раствора в кольцевом зазоре находился точно наравне с верхним краем подвесного
цилиндра.
4. Взять в левую руку секундомер, а правой осторожно поворачивать за трубку подвесную систему влево и вправо по 3 раза на
угол 40–50 °, перемешивая раствор. После окончания перемешивания раствора установить «0» шкалы против риски на стрелке и одновременно включить секундомер. Подвесной цилиндр должен быть
в центре стакана.
5. По истечении одной минуты включить нажатием тумблера
электромотор и наблюдать за движением шкалы. Когда подвесной
цилиндр остановится, записать угол его поворота.
6. Вновь перемешать раствор, поворачивая влево и вправо трубку три раза на угол 40–50 ° и осторожно повернуть подвесную систему и возвратить «0» шкалы к риске на стрелке. Включить секундомер.
7. По истечении 10 минут по секундомеру произвести вторичное
измерение для определения тиксотропии раствора. Тиксотропные
свойства растворов принято оценивать по коэффициенту тиксотропии: К = θ1 / θ10.
8. Полученные в результате измерения показатели в градусах пересчитывают в паскали путем умножения на соответствующий данной нити коэффициент закручивания А, приведенный в паспорте,
прилагаемом к каждому прибору.
θ = А φ.
Содержание отчета и его форма
В отчете должны быть приведены:
– номер лабораторной работы, ее тема и цель работы;
– краткая теория по теме работы;
– аппаратура и материалы;
– методика и порядок выполнения работы;
– результаты работы должны быть занесены в табл. 4.
– делается вывод о соответствии измеренного СНС проектному
заданию.
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Результаты определения СНС
Показания прибора
по истечении одной
минуты покоя, φ1
СНС θ1
Показания прибора
по истечении десяти
минут покоя, φ10
Таблица 4
СНС θ10
Контрольные вопросы и защита работы
1. Что называется статическим напряжением сдвига?
2. Как выполняется работа по определению СНС?
3. Что характеризует коэффициент тиксотропии и как он определяется?
5. Определение структурной вязкости и динамического
напряжения сдвига промывочной жидкости
Цель и содержание: изучение метода определения структурной вязкости и динамического напряжения сдвига промывочной жидкости.
Теоретическое обоснование
Структурная (пластическая) вязкость – это вязкость полностью
разрушенной структуры и представляет собой силу трения, приходящуюся на квадратную единицу поверхности при градиенте скорости, равном единице.
Динамическое напряжение сдвига (ДНС) – это минимальное напряжение, которое надо приложить к раствору, чтобы вывести его из
состояния равновесия (считая раствор идеально пластическим телом).
Промывочные жидкости и тампонажные растворы являются
структурирующимися. Их реологическая кривая приведена на рис. 4.
Рис. 4. Кривая зависимость напряжения сдвига от градиента изменения
скорости сдвига
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
τ0 – предельное динамическое напряжение сдвига, Па;
θ (τ) – статическое напряжение сдвига,
Па; η – пластическая вязкость, Па . с;
17
du/dn – градиент изменения скорости деформации du на участке dn
Прямолинейный участок этого 17графика с достаточной степенью
Прямолинейный
этого графика
с достаточной
степенью
достоверности
описывается участок
вязкопластической
моделью
Шведова-Бингама:
Прямолинейный
участок этого графика
с достаточной
степенью
достоверности описывается вязкопластической моделью Шведодостоверности описывается вязкопластической моделью Шведова-Бингама:
du
ва-Бингама:
Отсюда
 =  0   du.
 =  0  dn .
Отсюда
Отсюда
Для
dn
 
     0 0 .
.
dudu/ dn
/ dn
определения
структурной
ДНС используется
используется
Для определения
структурной вязкости
вязкости и ДНС
Для определения структурной вязкости и ДНС используется роротационный
вискозиметр
ВСН–3
(рис.5),5),который
который состоит
изизследующих
ротационный
вискозиметр
ВСН–3
(рис.
состоит
следующих
тационный
вискозиметр
ВСН–3
(рис. 5),
который
состоит
из следучастей:
корпуса
9, измерительного
механизма, который
включает
наружный
ющих
частей:
корпуса
9,
измерительного
механизма,
который
включастей: корпуса 9, измерительного механизма, который включает наружный
цилиндр
(ротор)
3,
внутренний
цилиндр
(боб)
4,
измерительную
шкалу
6, 4,
чает наружный цилиндр (ротор) 3, внутренний цилиндр (боб)
цилиндр (ротор) 3, внутренний цилиндр (боб) 4, измерительную шкалу 6,
пружину 7, синхронные
двигатели
(СД–54
и СД–2) 8. Надвигатели
телескопический
измерительную
шкалу 6,
пружину
7, синхронные
(СД–54
пружину
7, синхронные
двигатели (СД–54
и1СД–2)
8. На
телескопический
и СД–2)
8.
На
телескопический
столик
ставится
стакан
2
с
буровым
столик 1 ставится стакан 2 с буровым раствором. На приборе также имеется
раствором.
На
приборе
также имеется
смотровое
стекло
5, переклюстолик
1смотровое
ставитсястекло
стакан
2 с буровым
раствором.
приборе
также
имеется
5, переключатель
скоростей
11 и На
выключатель
10.
чатель
скоростей
11
и
выключатель
10.
смотровое стекло 5, переключатель скоростей 11 и выключатель 10.
Рисунок 5 – Ротационный вискозиметр ВСН–3
Рис. 5. Ротационный вискозиметр ВСН–3
14
Рисунок 5 – Ротационный вискозиметр ВСН–3
2. Технические весы.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Лабораторная мешалка.
4. Мерный цилиндр.
5. Термостат. Аппаратура и материалы
1. Ротационный вискозиметр ВСН–3.
Указания по технике безопасности
2. Технические весы.
Лабораторнаямешалка.
работа выполняется только после инструктажа по
3.1.Лабораторная
4.
Мерный
цилиндр.
технике безопасности с обязательной росписью студентов в журнале по
5. Термостат.
технике безопасности.
Указания по технике безопасности
2. Допуск к приборам студентов, выполняющих лабораторную работу,
1. Лабораторная работа выполняется только после инструктажа
осуществляется
только в присутствии
преподавателя.
по технике безопасности
с обязательной
росписью студентов в журнале по техникеМетодика
безопасности.
и порядок выполнения работы
2. Допуск к приборам студентов, выполняющих лабораторную
1. осуществляется
Заполняют стакантолько
исследуемым
глинистым
раствором до риски и
работу,
в присутствии
преподавателя.
устанавливаютМетодика
его на телескопический
столик.
и порядок выполнения
работы
1.2.Заполняют
стакан
исследуемым
глинистым
раствором до риПоднимают
столик,
устанавливают
переключателем
частоту
ски и устанавливают его на телескопический столик.
вращения на 600 об/мин и включают прибор.
2. Поднимают столик, устанавливают переключателем частоту
вращения
на 600 об/мин
и включают
прибор.
3. Снимают
устойчивые
показатели
углов закручивания пружины
3. Снимают устойчивые показатели углов закручивания пружины
прибора по шкале при частотах вращения 600, 400, 300, 200 и 0,2 об/мин.
прибора по шкале при частотах вращения 600, 400, 300, 200 и 0,2 об/мин.
устойчивыепоказания
показанияуглов
углов
закручивания
принимают
ЗаЗаустойчивые
закручивания
принимают
углы,углы,
величиныкоторых
которыхпри
привращении
вращении
в течение
минутненеизменяются.
изменяются.
величины
в течение
1 –1–2
2 минут
4. Составляют таблицу опытных данных и строят график зави4. Составляют таблицу опытных данных и строят график зависимости.
симости.
Таблица 5
Таблица 5 – Запись опытных данных
Запись опытных данных
Число оборотов, об/мин
600
400
Число
оборотов,
об/мин
600
400
Показания прибора, 
Показания прибора, φ
5. Определяют искомые величины:
300
300
200
200
0,2
0,2
5. Определяют искомые величины:
 2  1
 A , Па·с.
Пластическая вязкость   19
n2  n1
Предельное динамическое напряжение сдвига:
Предельное динамическое напряжение сдвига:

0,1 A 
n2
0 
  2   1  , Па,
 2 
B 
n2  n1

где Агдеи АВи В
– –константы
ротационного
константыприбора,
прибора,приводятся
приводятсявв паспорте
паспорте ротационно-
го вискозиметра;
– угол поворота
шкалы, измеренный
при
высо2
вискозиметра;
2 – уголφповорота
шкалы, измеренный
при высокой
скорости
вращения; 1 – угол поворота шкалы, 15
измеренный при меньшей скорости
ротора.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
где А и В – константы прибора, приводятся в паспорте ротационного
вискозиметра; 2 – угол поворота шкалы, измеренный при высокой скорости
вращения; 1 – угол поворота шкалы, измеренный при меньшей скорости
кой скорости вращения; φ1 – угол поворота шкалы, измеренный при
меньшей скорости ротора.
ротора.
Для пружины №2: А = 303
МПа  с  об / мин
град
В = 100,69
МПа  с  об / мин
.
град
Содержание
отчетаииего
егоформа
форма
Содержание
отчета
ВВотчете
должны
быть
приведены:
отчете должны быть приведены:
– номер лабораторной работы, ее тема и цель работы;
номер лабораторной
работы,
ее тема и цель работы;
––краткая
теория по теме
работы;
––аппаратура
и материалы;
краткая теория
по теме работы;
––методика
и ипорядок
выполнения работы;
аппаратура
материалы;
– результаты работы должны быть занесены в табл. 6.
методикавывод
и порядок
выполненияполученных
работы;
––делается
о соответствии
реологических показателей
промывочной
жидкости
проектным
значениям.
– результаты работы должны быть занесены в табл. 6.
Таблица 6
– делается вывод о соответствии полученных реологических
Результаты определения реологических характеристик
показателей
промывочной
жидкости проектным
Реологические
характеристики
η, Па . с значениям. τ0, Па
Таблица
6 –параметров
Результаты определения реологических характеристик
Значения
Реологические
характеристики
, Пас работы 0, Па
Контрольные
вопросы и защита
Значения
параметров
1. Что называется структурной вязкостью?
2. Что называется динамическим напряжением сдвига?
Контрольные
и защита структурной
работы
3. Как выполняется
работавопросы
по определению
вязкости и1.ДНС?
Что называется структурной вязкостью?
2. Что называется динамическим напряжением сдвига?
3.
выполняется
работа по определению
6. Как
Определение
показателя
фильтрацииструктурной
и толщинывязкости и
ДНС? фильтрационной корки промывочной жидкости
Цель и содержание: изучение метода определения фильтрации
промывочной жидкости на приборе ВМ–6 и толщины фильтрационной корки.
Теоретическое обоснование
Показатель фильтрации Ф, см3 – величина, определяемая объемом дисперсионной среды, отфильтрованной за определенное время
при пропускании промывочной жидкости через бумажный фильтр
ограниченной площади. Показатель фильтрации косвенно характе16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ризует способность промывочной жидкости отфильтровываться через стенки ствола скважины.
За показатель фильтрации принимают количество жидкости,
отфильтровавшейся из раствора через круглый бумажный фильтр
диаметром 7,5 см за 30 минут при перепаде давления 0,1 МПа и комнатной температуре.
Для измерения показателя фильтрации используется прибор
ВМ–6 (рис. 6). Фильтрационный стакан 7 прибора имеет разборное
дно, состоящее из металлической решетки 6, клапана 4 с резиновой
прокладкой и поддона 5 с винтом 3, прижимающим клапан к решетке. На фильтрационный стакан навинчен цилиндр 9, в который входит плунжер 11 с грузом-шкалой 10, создающей давление 0,1 МПа.
Для установки шкалы прибора на нуль и спуска масла из цилиндра
после определения показателя фильтрации в нижней части цилиндра имеется отверстие, перекрываемое иглой 8. Фильтрат собирается
в чашке 1, установленной в нижней части кронштейна 2.
Аппаратура и материалы
1. Прибор ВМ–6.
2. Лабораторная мешалка.
3. Секундомер.
Рис. 6. Прибор ВМ–6
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Указания по технике безопасности
1. Лабораторная работа выполняется только после инструктажа
по технике безопасности с обязательной росписью студентов в журнале по технике безопасности.
2. Допуск к приборам студентов, выполняющих лабораторную
работу, осуществляется только в присутствии преподавателя.
Методика и порядок выполнения работы
Работу с прибором выполняют в следующем порядке:
1. Вынимают плунжер из цилиндра, свинчивают цилиндр, проверяют закрыта ли игла. Разбирают стакан – вывинчивают из поддона, вынимают решетку, клапан и вытирают насухо. Берут заготовленный фильтр, смачивают его водой, кладут на решетку и удаляют
избыток воды сухим фильтром.
2. Решетку с фильтром кладут в выточку стакана, бумагой внутрь
его, таким образом, чтобы паз на решетке попал на штифт в выточке
стакана.
3. Накладывают на решетку клапан и навинчивают поддон на
стакан. Винт должен быть вывинчен.
4. Вставляют собранный стакан в кронштейн и прочно затягивают руками резьбу, после чего винтом закрывают клапан.
5. Пробу раствора тщательно перемешивают и наливают через
горлышко в стакан (заполняя на 3–4 мм ниже края горлышка), резьбу стакана вытирают, на стакан навинчивают цилиндр. Наливают
в цилиндр машинное масло (масло должно быть не очень густым,
очень густое масло надо разбавить керосином). Масло следует наливать на внутренний край цилиндра таким образом, чтобы оно стекало по стенкам цилиндра. В противном случае струя может пробить
раствор и смешаться с ним: масло не надо доливать до верхнего края
втулки на 1 см. Вставляют плунжер в цилиндр.
6. Приоткрывая спускную иглу, подводят нулевое деление на
шкале к отсчетной риске. Если при этом нулевое деление опустилось
ниже риски, то замечают начало отсчета и вычитают его из конечного показания прибора. Если нулевое деление опускается ниже, чем
на 10 делений, то вынимают плунжер, переворачивают его, заливают его полностью маслом, прикрывают отверстие пальцем и вновь
вставляют в цилиндр.
7. После этого открывают клапан, вывинтив на 1–2 оборота, и
одновременно пускают в ход секундомер. Отмечают скачок плунже18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ра в момент открытия клапана по шкале и в дальнейшем вычитают
величину его из окончательного результата.
8. Через 30 минут, сделав отсчет по шкале, открывают спускную
иглу, выпускают масло из цилиндра и опускают плунжер с грузом.
После этого при открытой игле вынимают плунжер из цилиндра, закрывают иглу, отвинчивают цилиндр со стакана и сливают масло из
чашки цилиндра в бачок. Затем разбирают стакан, моют и вытирают
все детали.
Для определения толщины фильтрационной корки фильтр слегка промывают водой и штангенциркулем измеряют толщину образовавшейся корки.
Содержание отчета и его форма
В отчете должны быть приведены:
– номер лабораторной работы, ее тема и цель работы;
– краткая теория по теме работы;
– аппаратура и материалы;
– методика и порядок выполнения работы;
– результаты работы должны быть занесены в отчет;
– делается вывод о состоянии полученных показателей фильтрации.
Контрольные вопросы и защита работы
1. Что называется фильтрацией?
2. Что принимается за показатель фильтрации?
3. Как выполняется работа по определению фильтрации?
7. Определение показателей стабильности и седиментации
промывочной жидкости
Цель и содержание: изучение метода определения стабильности и
седиментации промывочной жидкости.
Теоретическое обоснование
Показатель стабильности So, г/см3 – величина, определяемая
разностью плотностей нижней и верхней частей отстоявшейся в течение определенного времени промывочной жидкости. Этот показатель косвенно характеризует способность промывочной жидкости
сохранять свою плотность во времени.
Показатель седиментации S, % – величина, определяемая количеством дисперсной фазы, отделившейся от определенного объема
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
промывочной жидкости в результате гравитационного разделения
его компонентов за определенное время. Показатель седиментации
косвенно характеризует стабильность промывочной жидкости.
Стабильность определяется по разности плотностей глинистого раствора, залитого в верхнюю и нижнюю половины специального
цилиндра емкостью 500 см3 (рис. 7). Он состоит из цилиндра 1, ручки
2 и резиновой пробки 3.
Рис. 7. Цилиндр стабильности ЦС–2
Седиментацию определяют количеством отделившейся от глинистого раствора воды в мерном цилиндре емкостью 100 см3 через 24 ч.
Этот метод в практике называют суточным отстоем.
Аппаратура и материалы
1. Цилиндр стабильности ЦС–2.
2. Лабораторная мешалка.
3. Ареометр.
4. Мерный цилиндр.
5. Весы технические.
6. Стеклянный мерный цилиндр объемом 100 см3.
Указания по технике безопасности
1. Лабораторная работа выполняется только после инструктажа
по технике безопасности с обязательной росписью студентов в журнале по технике безопасности.
2. Допуск к приборам студентов, выполняющих лабораторную
работу, осуществляется только в присутствии преподавателя.
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Методика и порядок выполнения работы
Приготовить промывочную жидкость. Влить пробу в цилиндр
стабильности ЦС–2 до края (720 см3). Установить заполненный цилиндр в спокойном месте, отмерив по часам время, и оставить его
в покое на сутки. Через 24 часа открыть пробку (сбоку), слить верхнюю часть пробы раствора вместе с отстоявшейся водой в кружку.
Тщательно перемешать слитый раствор и определить его плотность. Закрыть отвод пробкой, тщательно перемешать оставшуюся
в цилиндре нижнюю половину промывочной жидкости и определив
ее плотность. Вымыть цилиндр и вытереть его насухо.
Показатель стабильности определяют по разности плотностей
нижней и верхней половины раствора:
S0 = ρн – ρв, г/см3,
где ρн и ρв – плотность соответственно нижней и верхней частей раствора, г/см3.
Стабильным считается тот раствор, у которого эта разница не
превосходит 0,02; для утяжеленных растворов эта разница должна
быть не выше 0,06.
Для определения седиментации приготовленную промывочную
жидкость тщательно перемешивают, наливают в цилиндр до 100-го
деления по шкале, отмечают время и оставляют в покое на 24 часа.
Через 24 часа по шкале цилиндра снимают отсчет положения
уровня раздела жидкости.
Цилиндр промывают и сушат.
Показатель седиментации промывочной жидкости находят по
формуле:
S = 100 – V,
где S – показатель седиментации, %; V – положение уровня раздела
раствора, см3; 100 – вместимость мерного цилиндра, см3.
Содержание отчета и его форма
В отчете должны быть приведены:
– номер лабораторной работы, ее тема и цель работы;
– краткая теория по теме работы;
– аппаратура и материалы;
– методика и порядок выполнения работы;
– результаты работы должны быть занесены в отчет;
– делается вывод о стабильности раствора.
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Контрольные вопросы и защита работы
1. Что называется стабильностью и седиментацией промывочной жидкости?
2. Как определяется стабильность и седиментация промывочной
жидкости?
3. Какой раствор считается стабильным?
8. Определение содержания песка в промывочной жидкости
Цель и содержание: изучение метода определения содержания
песка в промывочной жидкости.
Теоретическое обоснование
Повышение в промывочной жидкости песка отрицательно сказывается на износе бурильного инструмента и бурового оборудования.
Количество осадка определяют в растворе, выходящем из скважины в начале желобной системы и из приемного мерника, т. е. в растворе, поступающем в скважину. Разница процентного содержания песка
в этих пробах характеризует эффективность очистной системы.
Поэтому в процессе бурения обязателен контроль за держанием
в растворе песка, и при его повышении необходимо принимать меры
для улучшения очистки раствора.
Определение содержания песка и грубодисперсных фракций основано на явлении седиментации их в разбавленном глинистом растворе.
Для измерения содержания песка в растворе используют отстойники двух видов: металлический ОМ–2 (рис. 8) или стеклянный
(мензурка Лысенко).
Рис. 8. Отстойник металлический ОМ-2
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ОМ–2 представляет собой цилиндрический сосуд 3, оканчивающийся внизу трубкой, внутри которой помещена градуированная
сменная пробирка 4 объемом 10 мл с ценой деления 0,1 мл. В верхней части отстойника на уровне, соответствующем объему 500 мл,
имеется отверстие для слива воды 2. На горловину сосуда надевается
крышка 1, которая служит для отмеривания раствора (при заполнении до краев, объем составляет 50 мл).
Аппаратура и материалы
1. Отстойник металлический ОМ–2.
2. Градуированная пробирка.
3. Лабораторная мешалка.
4. Секундомер.
Указания по технике безопасности
1. Лабораторная работа выполняется только после инструктажа
по технике безопасности с обязательной росписью студентов в журнале по технике безопасности.
2. Допуск к приборам студентов, выполняющих лабораторную
работу, осуществляется только в присутствии преподавателя.
Методика и порядок выполнения работы
Отстойник заполняется пресной водой примерно на половину,
туда же наливается 50 мл бурового раствора, отмеренного крышкой.
Остаток раствора смывается с крышки небольшими порциями воды
в отстойник, который следует держать в вертикальном положении.
Прибор заполняется водой до тех пор, пока излишек ее начнет вытекать из отверстия. После этого отстойник плотно закрывают крышкой и, провернув в горизонтальное положение, взбалтывают в течение
50 с, при этом отверстие должно быть закрыто. По окончании взбалтывания отстойник быстро ставят в вертикальное положение и оставляют
в покое на 1 мин, после чего измеряют объем осадка в пробирке прибора.
Общее содержание песка:
Cп = 2Vо,
где 2 – коэффициент для выражения результата в %; Vо – объем
осадка, мл.
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Содержание отчета и его форма
В отчете должны быть приведены:
– номер лабораторной работы, ее тема и цель работы;
– краткая теория по теме работы;
– аппаратура и материалы;
– методика и порядок выполнения работы;
– результаты работы должны быть занесены в отчет;
– делается вывод о содержании песка в растворе.
Контрольные вопросы и защита работы
1. Чем характеризуется эффективность очистной системы?
2. Чем измеряют содержание песка в растворе?
3. Как определяется содержание песка?
9. Определение водородного показателя
промывочной жидкости
Цель и содержание: изучение метода определения водородного
показателя промывочной жидкости.
Теоретическое обоснование
Концентрация водородных ионов является важным показателем,
определяющим характер физико-химических процессов в промывочной жидкости и необходимость обработки промывочной жидкости
реагентами. Контроль за величиной рН позволяет определить причины изменения свойств промывочной жидкости в процессе бурения и
принять меры по восстановлению её качества. Величину рН промывочной жидкости измеряют калометрическим и электрометрическим
способами.
В первом способе используют набор индикаторной бумаги и
эталонных цветных шкал. Этот способ имеет невысокую точность и
чаще применяется в полевых условиях. Второй способ является более точным и применяется в лабораторных условиях.
Аппаратура и материалы
1. Лабораторная мешалка.
2. Технические весы.
3. Мерный цилиндр.
4. Набор индикаторной бумаги.
5. рН-метр, например, иономер ЭВ-74.
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Указания по технике безопасности
1. Лабораторная работа выполняется только после инструктажа
по технике безопасности с обязательной росписью студентов в журнале по технике безопасности.
2. Допуск к приборам студентов, выполняющих лабораторную
работу, осуществляется только в присутствии преподавателя.
Методика и порядок выполнения работы
При калометрическом методе полоску индикаторной бумаги
осторожно укладывают на поверхность промывочной жидкости или
отпускают её в фильтрат. Когда полоска пропитывается жидкостью и
цвет её перестает изменяться, прикладывают её к эталонной шкале и
определяют величину рН, соответствующую данной интенсивности
окраски.
При электрометрическом способе определения рН используют
систему со стеклянным электродом, ЭДС которой зависит от активности ионов водорода в растворе.
Перед испытанием рН-метр тарируют с помощью тарировочных
жидкостей, рН которых известен.
Фильтрат промывочной жидкости заливают в стаканчик, устанавливают его на столик так, чтобы электроды погрузились в фильтрат.
Затем включают поочередно кнопки в правом ряду переключателей пока не будет найден тот диапазон значений рН, который соответствует исследуемой жидкости. Считывают по шкале потенциометра искомое значение рН.
После испытаний электроды рН-метра тщательно промывают
дистиллированной водой и погружают их в стакан с водой до следующего испытания.
Содержание отчета и его форма
В отчете должны быть приведены:
– номер лабораторной работы, ее тема и цель работы;
– краткая теория по теме работы;
– аппаратура и материалы;
– методика и порядок выполнения работы;
– делается вывод о соответствии значения рН проектным показателям.
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Контрольные вопросы и защита работы
1. Какими способами определяют величину рН промывочной
жидкости?
2. Какой способ является наиболее точным? Методика его проведения.
10. Регулирование плотности глинистых растворов
Цель и содержание: изучение влияния реагентов-утяжелителей
на плотность глинистых растворов.
Теоретическое обоснование
Увеличение плотности промывочной жидкости достигается введением порошков – утяжелителей, некоторые из которых приведены
в табл. 7.
Таблица 7
Характеристика утяжелителей
Наименование
утяжелителя
барит
гематит
магнетит
сидерит
железистый концентрат
известняк, мел
глинопорошок
Химическая формула
Плотность порошка,
г/см3
BaSO4
3,9–4,5
FeO . Fe2O3
4,1–4,6
Fe2O3
до 5,3
FeCO3
3,9м4,2
СаСО3
до 2,8
смесь FeO и Fe2O3
4,1–4,6
алюмосиликаты
до 2,7
Для снижения плотности в промывочную жидкость вводят жидкую фазу.
Аппаратура и материалы
1. Лабораторная мешалка.
2. Мерный цилиндр.
3. Весы.
4. Ареометр АГ–3ПП.
5. Сушильный шкаф.
Указания по технике безопасности
1. Лабораторная работа выполняется только после инструктажа
26
5. Сушильный шкаф.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Указания по технике безопасности
1. Лабораторная работа выполняется только после инструктажа по
технике безопасности с обязательной росписью студентов в журнале по
по технике
безопасности
технике
безопасности. с обязательной росписью студентов в журнале по технике безопасности.
2. Допуск к приборам студентов, выполняющих лабораторную работу,
2. Допуск к приборам студентов, выполняющих лабораторную
только в присутствии преподавателя.
работу,осуществляется
осуществляется
только в присутствии преподавателя.
Методика и порядок выполнения работы
Методика и порядок выполнения работы
Готовят глинистый раствор с расходом глины Р и условной вязкостью
Готовят глинистый раствор с расходом глины Р и условной вязИзмеряют плотность глинистого раствора. Из уравнения (1)
костьюТ=2530
Т = 25 с.÷ 30
с. Измеряют плотность глинистого раствора. Из
находят
глины:
уравнения
(1)расход
находят
расход глины:
   
Р  гл р в ,
(1)
 гл  в 1m


где Р – расход глины на 1 м3 раствора; ρгл – плотность глины, кг/м3 (2500–
где Р – расход3 глины на 1 м3 раствора; ρгл – плотность
глины, кг/м3
2900 кг/м ); 3ρр – плотность глинистого раствора, кг/м3; ρв – плотность3 воды;
(2500–2900 кг/м ); ρр – плотность глинистого раствора, кг/м ; ρв –
m – влажность
в долях единицы.
плотность
воды; mглины
– влажность
глины в долях единицы.
Определяют влажность утяжелителя. Для этого навеску средней пробы
Определяют
влажность утяжелителя.
Для этого навеску средней
33
чашке
помещают
в сушильный
шкаф ишкаф
сушати при
пробы 50г
50 гвв фарфоровой
фарфоровой
чашке
помещают
в сушильный
суM 1до
M
шат при
температуре
105–110
°С
постоянной
массы.
Влажность
2
температуре
105–110°С
до nпостоянной
массы.
Влажность
в
долях
единицы
,
(2)
 33
M1
в доляхопределяют
единицыпоопределяют
по формуле:
формуле:
M M
M1
утяжелителя.
2 , высушенной навески, г.
где М1 – масса навески до сушки,
n  г; 1М2 – масса
Определяют
плотность
Плотность
(2)
утяжелителя
гдегде
М
– масса
навески
до сушки,
г; М2 г;– М
масса
высушенной
навески,
г.
1М
определяют
с помощью
пикнометра.
– масса
навески
до сушки,
– масса
высушенной
навески,
г.
1
2
Определяют
утяжелителя.
Плотность
утяжелителя
Взвешиваютплотность
10 г высушенного
утяжелителя,
всыпают его
в пикнометр
Определяют
плотность
утяжелителя.
Плотность
утяжелителя
определяют
суглеводородной
помощью
пикнометра.
и доливают
жидкостью до метки (керосин, газоконденсат,
определяют
с помощью
пикнометра.
Взвешивают
10 г высушенного
утяжелителя, всыпают
его
в пикдизтопливо
и др.).
удаления пузырьков
доливают
Взвешивают
10 гВакуумируют
высушенногодля
утяжелителя,
всыпаютвоздуха,
его в пикнометр
нометр и доливают углеводородной жидкостью до метки (керосин,
при необходимости
жидкость
до
и взвешивают
с точностью
до 0,01
г.
и доливают
углеводородной
жидкостью
метки (керосин,
газоконденсат,
дизтопливо
и метки
др.). до
Вакуумируют
для газоконденсат,
удаления
пузырьков
воздуха,
доливают
при
необходимости
жидкость
до
метки
Освобождают
промывают
его, заполняют
метки доливают
такой же
дизтопливо
и др.). пикнометр,
Вакуумируют
для удаления
пузырьков до
воздуха,
и взвешивают с точностью до 0,01 г. Освобождают пикнометр, прожидкостью и взвешивают.
примывают
необходимости
жидкостьдодометки
меткитакой
и взвешивают
с точностью
до 0,01 г.
его, заполняют
же жидкостью
и взвешивают.
Плотность
порошка
утяжелителя
определяют
по
формуле:
Плотность
порошка
утяжелителя
пометки
формуле:
Освобождают
пикнометр,
промывают
его, определяют
заполняют до
такой же
M  ж
, г/см3,
M Qопределяют
2 Q1
Плотность порошка утяжелителя
по формуле:
жидкостью и взвешивают.
у 
(3)
гдеρ ρиу ρи –ρжплотность
– плотность
соответственноутяжелителя
утяжелителя ииуглеводородной
углеводородной
где
соответственно
M  ж
3
у
ж
, г/см ,
(3)с

у  порошка
жидкости; М
М –– масса
утяжелителя;
Q1 – масса
пикнометра
жидкости;
массанавески
навески
Q1 – масса
пикноM порошка
Q2 Q1 утяжелителя;
метра
с порошком
и жидкостью;
– масса пикнометра
порошком
и жидкостью;
Q2 – масса Q
пикнометра
с жидкостью. с жидкостью.
2
где ρу и ρж – плотность соответственно утяжелителя
и углеводородной
3
Расход утяжеляющей добавки
27 на 1 м промывочной жидкости
жидкости; М – масса навески порошка утяжелителя; Q1 – масса пикнометра с
рассчитывают по формуле:
порошком и жидкостью; Q2 – масса пикнометра с жидкостью.
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1
где ρу и ρж – плотность соответственно утяжелителя и углеводородной
жидкости; М – масса навески порошка утяжелителя; Q1 – масса пикнометра с
порошком и жидкостью; Q2 – масса пикнометра с жидкостью.
3
Расход утяжеляющей
на3 промывочной
1 м промывочной
жидкости
Расход утяжеляющей
добавкидобавки
на 1 м
жидкости
рассчитывают
по
формуле:
рассчитывают по формуле:
 у  2  1 
Ру 
,
(4)
 у  1  1n n у 
где ρ1 – плотность неутяжеленного глинистого раствора (исходного), кг/м3;
где ρ1 – плотность неутяжеленного глинистого раствора
(исходного),
ρ2 – плотность утяжеленного глинистого раствора, кг/м3.
кг/м3; ρ2 – плотность
утяжеленного глинистого раствора, кг/м3.
В этой формуле не учитывается разбавление промывочной жидкости
В этой формуле
не учитывается
разбавление
промывочной
жидводой и жидкими
реагентами при утяжелении.
Поэтому
при подсчете расхода
3
кости водой
и жидкими
реагентами
при(ρутяжелении.
Поэтому при
утяжелителя
надо требуемую
плотность
2) увеличить на 0,04 г/см .
) увелиподсчете расхода
утяжелителя
надо
требуемую
плотность
В исходный глинистый раствор вводят расчетное(ρколичество
2
чить на 0,04утяжелителя,
г/см3.
перемешивают и определяют плотность утяжеленного
В исходный глинистый раствор вводят расчетное количество
утяжелителя, перемешивают и определяют плотность утяжеленного
глинистого раствора.
При необходимости состав глинистого утяжеленного раствора
корректируют.
Содержание отчета и его форма
В отчете должны быть приведены:
– номер лабораторной работы, ее тема и цель работы;
– краткая теория по теме работы;
– аппаратура и материалы;
– методика и порядок выполнения работы;
– результаты работы должны быть занесены в табл. 8.
Результаты утяжеления раствора
Вид глинистого
раствора
Исходный
Таблица 8
Параметры
ρгл
m
ρу
n
ρ1
ρ2
ρр
Р
Утяжеленный
– делается вывод об эффективности утяжеляющей добавки.
Контрольные вопросы и защита работы
1. Для чего служат утяжелители и их характеристика?
2. Как определяется расход глины?
3. Как определяется расход утяжеляющей добавки?
28
Ру
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
11. Влияние электролитов на свойства глинистых растворов
Цель и содержание: изучение влияния реагентов-структурообразователей (электролитов) на свойства глинистых растворов.
Теоретическое обоснование
При попадании электролитов в глинистый раствор возможно
существенное изменение его свойств Появление электролитов в глинистом растворе связано либо с использованием их в качестве химических реагентов, либо с разбуриванием солей или соленосных
отложений.
35
Действие
электролитов
буровые
растворы связано с состоялибо с разбуриванием
солей или на
соленосных
отложений.
нием ионных
оболочек,
окружающих
частицы
твердой
фазы. ТолщиДействие
электролитов
на буровые растворы
связано
с состоянием
оболочек,
окружающих
частицы твердой
фазы. Толщина этих
на этихионных
оболочек
и их
заряд зависят
от концентрации
ионов в жидоболочек
и их заряд зависят
от концентрации ионов в жидкой фазе и от
кой фазе
и от свойств
этих ионов.
свойств обработки
этих ионов.
Эффект
электролитами определяется концентрацией
Эффект
обработки
электролитами
определяется концентрацией
добавляемых в раствор ионов
и их свойствами
– в первую очередь,
добавляемых
в
раствор
ионов
и
их
свойствами
– вкатионы,
первую очередь,
валентностью. Наибольшее значение имеют
хотя свойства
Наибольшее значение имеют катионы, хотя свойства анионов
анионоввалентностью.
также сказываются
на показателях буровых растворов.
также сказываются на показателях буровых растворов.
Влияние
концентрации электролита на свойства глинистой суВлияние концентрации электролита на свойства глинистой суспензии
спензии показано на рис. 9 на примере кальцинированной соды
показано на рис. 9 на примере кальцинированной соды Na2CO3.
Na2CO3.
9 – Зависимость предельного статического напряжения сдвига,
Рис. 9.Рисунок
Зависимость
предельного статического напряжения сдвига,
водоотдачи и условной вязкости от концентрации Na2CO3
водоотдачи и условной вязкости от концентрации Na2CO3
Для обработки буровых растворов применяют такие электролиты, как
Для обработки
– каустическаябуровых
сода NaOH; растворов применяют такие электролиты, как: – кальцинированная сода Na2CO3;
– жидкое стекло
Na2O·nSiO
– каустическая
сода
NaOH;
2 (n – число молекул кремнезема);
– известь Са(ОН)2;
– кальцинированная
сода Na2CO3;
– жидкое стекло Na2O·nSiO2 (n – число молекул кремнезема);
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– известь Са(ОН)2;
– гипс CaSО4·2Н2О;
– цемент;
– поваренная соль NaCl;
– углекислый барий BaCO3;
– хлористый кальций СаСl2;
– хлористый калий КСl;
– хлористый магний MgCl2;
– фосфаты.
Аппаратура и материалы
1. Лабораторная мешалка.
2. Технические весы.
3. Мерный цилиндр.
4. Кружка вместимостью 200 и 500 см3.
5. Ареометр АГ-3ПГ.
6. Ротационный вискозиметр ВСН-3.
7. Вискозиметр СПВ-5.
8. Прибор ВМ-6.
Указания по технике безопасности
1. Лабораторная работа выполняется только после инструктажа
по технике безопасности с обязательной росписью студентов в журнале по технике безопасности.
2. Допуск к приборам студентов, выполняющих лабораторную
работу, осуществляется только в присутствии преподавателя.
Методика и порядок выполнения работы
Готовят глинистый раствор. Определяют его параметры. По заданию преподавателя проводят обработку исходного глинистого
раствора разным количеством исследуемого реагента и снова определяют его параметры. Результаты измерений заносят в табл. 9.
После определения параметров обработанного раствора строят
график зависимости исследуемых параметров промывочной жидкости от количества добавки.
Таблица 9
Результаты измерений
Состав
ПЖ
Вид
добавки
Параметры промывочной
жидкости
Кол-во
добавки, г/л
ρ
без доб.
30
Т
Ф
η
τ0 θ1 θ10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Содержание отчета и его форма
В отчете должны быть приведены:
– номер лабораторной работы, ее тема и цель работы;
– краткая теория по теме работы;
– аппаратура и материалы;
– методика и порядок выполнения работы;
– результаты работы должны быть занесены в табл. 9.
– делается вывод о влиянии исследуемой добавки на параметры
промывочной жидкости.
Контрольные вопросы и защита работы
1. Типы электролитов, их характеристика.
2. Как происходит влияние концентрации Na2CO3 на свойства
глинистой суспензии?
3. Как происходит влияние концентрации NaCl на свойства глинистой суспензии?
12. Влияние защитных высокомолекулярных веществ
(коллоидов) на свойства глинистых растворов
Цель и содержание: изучение влияния реагентов-стабилизаторов
(коллоидов) на свойства глинистых растворов.
Теоретическое обоснование
Реагенты этой группы распадаются в воде на крупные молекулы, которые покрывают частички глины (адсорбируются на них) и
создают вокруг последних защитные слои. При этом повышаются
гидрофильность глинистых частиц и агрегативная устойчивость системы. Макромолекулы таких реагентов, а также слои, образуемые
ими на элементарных кристалликах глины, способствуют увеличению плотности фильтрационных корок, в результате чего снижается
водоотдача буровых растворов.
Адсорбируясь на гранях и ребрах глинистых частиц, высокомолекулярные соединения в большинстве случаев уменьшают их сцепление друг с другом, снижая вязкость и предельное статическое напряжение сдвига системы.
В качестве таких защитных высокомолекулярных веществ применяются: углещелочной реагент (УЩР), торфощелочной реагент
(ТЩР), сульфит-спиртовая барда (ССБ), конденсированная сульфит-спиртовая барда (КССБ), окисленный и замещенный лигносульфонат (окзил), окисленные гидролизные лигнины (нитролигнин
и хлорлигнин), сульфированный нитролигнин (сунил), полифеноль31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ный лесохимический реагент (ПФЛХ), пековый реагент (пекор),
сульфитно-корьевой реагент (сулькор), синтан-5, крахмал, карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), сульфоэфирцеллюлоза (СЭЦ), гидролизованный полиакрилонитрил (гипан, К-4), метакриловый сополимер
(метас), гидролизованный полиакриламид (РС-2) и др.
Аппаратура и материалы
1. Лабораторная мешалка.
2. Технические весы.
3. Мерный цилиндр.
4. Кружка вместимостью 200 и 500 см3.
5. Ареометр АГ-3ПГ.
6. Ротационный вискозиметр ВСН-3.
7. Вискозиметр СПВ-5.
8. Прибор ВМ-6.
Указания по технике безопасности
1. Лабораторная работа выполняется только после инструктажа
по технике безопасности с обязательной росписью студентов в журнале по технике безопасности.
2. Допуск к приборам студентов, выполняющих лабораторную
работу, осуществляется только в присутствии преподавателя.
Методика и порядок выполнения работы
Готовят глинистый раствор. Определяют его параметры. По заданию преподавателя проводят обработку исходного глинистого
раствора разным количеством исследуемого реагента и снова определяют его параметры. Результаты измерений заносят в табл. 10.
После определения параметров обработанного раствора строят
график зависимости исследуемых параметров промывочной жидкости от количества добавки.
Таблица 10
Результаты измерений
Состав
ПЖ
Вид
добавки
Параметры промывочной
жидкости
Кол-во
добавки, г/л
ρ
без доб.
32
Т
Ф
η
τ0 θ1 θ10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Содержание отчета и его форма
В отчете должны быть приведены:
– номер лабораторной работы, ее тема и цель работы;
– краткая теория по теме работы;
– аппаратура и материалы;
– методика и порядок выполнения работы;
– результаты работы должны быть занесены в табл. 10.
– делается вывод о влиянии исследуемой добавки на параметры
промывочной жидкости.
Контрольные вопросы и защита работы
1. Типы коллоидовов, их характеристика.
2. Какое влияние оказывают коллоиды на свойства глинистого
раствора?
3. Как происходит влияние концентрации УЩР на свойства глинистого раствора?
13. Влияние поверхностно-активных веществ на свойства
буровых растворов
Цель и содержание: изучение влияния реагентов ПАВ на свойства буровых растворов.
Теоретическое обоснование
Одним из методов интенсификации отдачи продуктивных пластов
является вскрытие их с использованием буровых растворов с добавками поверхностно-активных веществ, т. е. веществ, понижающих поверхностное натяжение на границах жидкость – газ, жидкость – жидкость. Поверхностно-активные вещества по химическому соединению
разделяются на три группы:
1) неионогенные, к которым относятся спирты, слабодиссоциирующие карбоновые кислоты и амины, продукты конденсации полимеризованной окиси этилена, желатина, белковые вещества, полисахариды;
2) анионоактивные, диссоциирующие в водной среде на поверхностно-активные анионы и инактивные катионы (ионы водорода
или металлов). Это – мыла, сульфокислоты, эфиры серной кислоты
и их соли;
3) катионоактивные, молекулы которых диссоциируют на ионы,
из которых поверхностно-активным является катион. К таким ПАВ
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
относятся органические азотсодержащие основания и их соли – соли
алкил- и акриламинов четырехзамещенных аммониевых оснований.
В качестве добавок к буровым растворам для вскрытия продуктивных пластов наибольшее применение получили водорастворимые ПАВ ионогенного типа (анионоактивные) – сульфонол, сульфонатриевые соли (СНС) – и неионогенные – ОП-10, УФЭ8.
Некоторые исследователи указывают на более эффективное действие неионогенных поверхностно-активных веществ (ОП-10) по
сравнению с анионоактивными (сульфонол, СНС), так как последние высаливаются в минерализованных средах.
Количество вводимых ПАВ определяется их способностью снижать поверхностное натяжение и адсорбцией на твердой фазе буровых растворов.
При обработках ПАВ меньше всего расходуется сульфонола
(0,1–0,5 %); сульфонатриевые соли применяются в больших количествах
(1–2 %); УФЭ8 и ОП-10 занимают промежуточное положение между
ними. Добавки ПАВ могут привести к образованию пены, для гашения
которой используются специальные вещества – пеногасители.
Аппаратура и материалы
1. Лабораторная мешалка.
2. Технические весы.
3. Мерный цилиндр.
4. Кружка вместимостью 200 и 500 см3.
5. Ареометр АГ–3ПГ.
6. Ротационный вискозиметр ВСН–3.
7. Вискозиметр СПВ–5.
8. Прибор ВМ–6.
Указания по технике безопасности
1. Лабораторная работа выполняется только после инструктажа
по технике безопасности с обязательной росписью студентов в журнале по технике безопасности.
2. Допуск к приборам студентов, выполняющих лабораторную
работу, осуществляется только в присутствии преподавателя.
Методика и порядок выполнения работы
Готовят глинистый раствор. Определяют его параметры. По заданию преподавателя проводят обработку исходного глинистого
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
раствора разным количеством исследуемого реагента и снова определяют его параметры. Результаты измерений заносят в табл. 11.
После определения параметров обработанного раствора строят
график зависимости исследуемых параметров промывочной жидкости от количества добавки ПАВ.
Таблица 11
Результаты измерений
Состав
ПЖ
Вид
добавки
Кол-во
добавки, г/л
без доб.
Параметры промывочной
жидкости
ρ
Т
Ф
η
τ0 θ1 θ10
Содержание отчета и его форма
В отчете должны быть приведены:
– номер лабораторной работы, ее тема и цель работы;
– краткая теория по теме работы;
– аппаратура и материалы;
– методика и порядок выполнения работы;
– результаты работы должны быть занесены в табл. 10.
– делается вывод о влиянии исследуемой добавки на параметры
промывочной жидкости.
Контрольные вопросы и защита работы
1. Механизм действия ПАВ на буровой раствор.
2. Как классифицируются ПАВ по химическому соединению?
3. Какие реагенты ПАВ получили наибольшее применение и почему?
14. Влияние пеногасителей на химически обработанный
буровой раствор
Цель и содержание: изучение влияния пеногасителей на химически обработанный буровой раствор.
Теоретическое обоснование
Химическая обработка буровых растворов сульфит-спиртовой
бардой, конденсированной сульфит-спиртовой бардой, окзилом,
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
окисленным лигнином, пекором, сулькором и некоторыми другими
подобными реагентами приводит к вспениванию системы. Интенсивность образования пены и ее стойкость зависят от свойств растворов, состава вводимых добавок и геолого-технических условий
проводки скважины.
Для предупреждения и ликвидации вспенивания в буровой практике применяются специальные вещества – пеногасители. В некоторых случаях принимаются меры механического разрушения пены при
помощи различных дегазаторов.
В настоящее время наиболее широко распространены следующие пеногасители: сивушное масло, соапсток, костный жир, флотомасло, кальциевый мылонафт, полиметилсилоксановые жидкости
(ПМС), синтетические жирные кислоты (СЖК), окисленный петролатум, нейтрализованный черный контакт (НЧК), резиновая или полиэтиленовая крошка в соляровом масле (PC и ПЭС).
Аппаратура и материалы
1. Лабораторная мешалка.
2. Технические весы.
3. Мерный цилиндр.
4. Кружка вместимостью 200 и 500 см3.
5. Ареометр АГ–3ПГ.
6. Ротационный вискозиметр ВСН–3.
7. Вискозиметр СПВ–5.
8. Прибор ВМ–6.
Указания по технике безопасности
1. Лабораторная работа выполняется только после инструктажа
по технике безопасности с обязательной росписью студентов в журнале по технике безопасности.
2. Допуск к приборам студентов, выполняющих лабораторную
работу, осуществляется только в присутствии преподавателя.
Методика и порядок выполнения работы
Готовят глинистый раствор. Определяют его параметры. По заданию преподавателя проводят обработку раствора реагентом, приводящему к вспениванию промывочной жидкости.
Затем различными концентрациями пеногасителей обрабатываем буровой раствор и определяем наиболее эффективный пеногаситель и его концентрацию.
36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Содержание отчета и его форма
В отчете должны быть приведены:
– номер лабораторной работы, ее тема и цель работы;
– краткая теория по теме работы;
– аппаратура и материалы;
– методика и порядок выполнения работы;
– делается вывод о наиболее эффективной добавке пеногасителя.
Контрольные вопросы и защита работы
1. Химическая обработка какими реагентами приводит к вспениванию промывочной жидкости?
2. Какие реагенты-пеногасители наиболее распространены?
3. Характеристика реагентов-пеногасителей.
15. Регулирование реологических свойств промывочных
жидкостей
Цель и содержание: изучение влияния химических реагентов на
вязкость и предельное (статическое и динамическое) напряжение
сдвига промывочных жидкостей.
Теоретическое обоснование
В настоящее время известно большое число реагентов, служащих для уменьшения вязкости и предельного (статического и динамического) напряжения сдвига буровых растворов. Многие из этих
веществ применяются также для повышения подвижности – пластификации тампонажных цементных растворов.
Реагенты, используемые для снижения вязкости и предельного
напряжения сдвига, по химическому составу можно распределить на
четыре группы (табл. 12).
Таблица 12
Реагенты, используемые для снижения вязкости и предельного
напряжения сдвига
Номер
группы
I
Наименование
группы
Гуматы
Реагенты
УЩР, окисленный гуматный реагент
(ОГР), сульфированный нитрогуматный реагент (СНГР) и др.
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Производные
лигнина
Активированные гидролизные лигнины:
нитролигнин, хлорлигнин, сульфированный нитролигнин (сунил),
лигнин, окисленный перекисью водорода (лиоксид), и др.
Лигносульфонаты: лигносульфонат
кальция, феррохромлигносульфонат
(ФХЛС), хромлигносульфонат (окзил), ССБ, КССБ и др.
Природные таниновые продукты и
синтаны
Экстракт квебрахо, каштановый
экстракт, ПФЛХ, вункартан, пековый
реагент (пекор), сульфитно-корьевой
реагент (сулькор), синтан-5 и др.
Комплексные
фосфаты
Гексаметофосфат натрия, пирофосфат, тринатрий-фосфат и др.
II
III
IV
Вид и количество добавок зависят от температурных условий
применения и вида промывочной жидкости и выбирается по справочникам.
Требуемые реологические характеристики заданы в проекте на
строительство скважины.
Отклонение от этих параметров при бурении чревато различными осложнениями, связанными с ростом гидравлических сопротивлений при прокачивании промывочной жидкости и с накоплением
выбуренного шлама на забое.
Аппаратура и материалы
1. Лабораторная мешалка.
2. Технические весы.
3. Мерный цилиндр.
4. Ротационный вискозиметр ВСН–3.
Указания по технике безопасности
1. Лабораторная работа выполняется только после инструктажа
по технике безопасности с обязательной росписью студентов в журнале по технике безопасности.
2. Допуск к приборам студентов, выполняющих лабораторную
работу, осуществляется только в присутствии преподавателя.
38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Методика и порядок выполнения работы
Готовят промывочную жидкость и замеряют ее реологические
параметры. Отбирают пробы по 500 мл, обрабатывают их реагентами и снова замеряют реологические параметры. Результаты испытаний заносят в табл. 13.
Таблица 13
Результаты испытаний
Состав
ПЖ
Вид
добавки
Кол-во
добавки, г/л
без доб.
Реологические параметры
η
τ0
θ1
θ10
По результатам испытаний строят график зависимости реологических показателей от количества добавки.
Содержание отчета и его форма
В отчете должны быть приведены:
– номер лабораторной работы, ее тема и цель работы;
– краткая теория по теме работы;
– аппаратура и материалы;
– методика и порядок выполнения работы;
– результаты работы должны быть занесены в табл. 13.
– делается вывод о влиянии исследуемой добавки на отдельные
параметры промывочной жидкости.
Контрольные вопросы и защита работы
1. Какими реагентами производится регулирование реологических свойств промывочных жидкостей?
2. Как классифицируются реагенты – понизители вязкости и
предельного напряжения сдвига по химическому составу?
3. Характеристика реагентов – понизителей вязкости.
16. Регулирование водоотдачи промывочных жидкостей
Цель и содержание: изучение влияния химических реагентов на
водоотдачу промывочной жидкости.
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Теоретическое обоснование
Для снижения водоотдачи и улучшения структурно-механических характеристик, промывочные жидкости обрабатывают специальными добавками – понизителями водоотдачи.
К понизителям водоотдачи буровых растворов относятся реагенты, распределяющиеся на две группы полимеров, значительно отличающиеся по своей природе и строению:
1. Производные полисахаридов: крахмал, эфиры целлюлозы –
карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ); сульфоэфиры целлюлозы (СЭЦ),
эстансульфонат целлюлозы (ЭСЦ), карбоксиметилоксиэтилцеллюлоза (КМОЭЦ) и др.
2. Продукты на основе полиакрилатов: гидролизованный полиакрилонитрил (гипан О7, К–4), гидролизованный полиакриламид (РС–2),
сополимер метакриловой кислоты с метакриламидом (метас) и др.
К числу активных добавок, предназначенных для уменьшения
фильтрации, относят и некоторые реагенты, представленные ранее
как понизители вязкости и предельного напряжения сдвига (УЩР,
КССБ, сулькор, квебрахо).
Резкую границу между реагентами разжижителями и понизителями водоотдачи провести трудно. Многие из используемых для регулирования показателей свойств буровых растворов добавок, наряду с уменьшением вязкости и предельного напряжения сдвига, также
обеспечивают снижение фильтрации жидкой фазы буровых растворов. Однако с возрастанием способности реагента уменьшать водоотдачу снижается действие его как разжижителя. Например, один
из наиболее эффективных понизителей водоотдачи – КМЦ только
в определенных концентрациях и весьма незначительно уменьшает
предельное напряжение сдвига пресных буровых растворов. И, наоборот, с возрастанием активности реагента как разжижителя снижается его способность уменьшать фильтрацию. Примером таких добавок могут служить ПФЛХ, пекор и фосфаты, которые практически не
влияют на водоотдачу.
Действие понизителя водоотдачи в первую очередь определяется способностью к обеспечению повышения прочности и плотности
(герметичности) фильтрационной корки, образующейся на стенках
скважины. Структура корки зависит от различных факторов: состава твердой фазы и дисперсионной среды, характера их взаимодействия с вводимыми активными добавками, условий окружающей
среды (минерализации, температуры, давления) и др.
40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Аппаратура и материалы
1. Лабораторная мешалка.
2. Технические весы.
3. Мерный цилиндр.
4. Прибор ВМ-6.
Указания по технике безопасности
1. Лабораторная работа выполняется только после инструктажа
по технике безопасности с обязательной росписью студентов в журнале по технике безопасности.
2. Допуск к приборам студентов, выполняющих лабораторную
работу, осуществляется только в присутствии преподавателя.
Методика и порядок выполнения работы
Готовят исходную промывочную жидкость и определяют ее водоотдачу. Отбирают пробы по 800 мл промывочной жидкости и обрабатывают их разным количеством реагента. Замеряют водоотдачу
этих проб, и результаты испытаний заносят в табл. 14.
Таблица 14
Результаты испытаний
Состав промывочной
жидкости
Вид добавки
Количество
добавки, г/л
Водоотдача,
см3/30 мин
без добавки
По результатам эксперимента строят график зависимости водоотдачи от количества добавки.
Содержание отчета и его форма
В отчете должны быть приведены:
– номер лабораторной работы, ее тема и цель работы;
– краткая теория по теме работы;
– аппаратура и материалы;
– методика и порядок выполнения работы;
– результаты работы должны быть занесены в табл. 14.
– делается вывод об эффективности добавки.
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Контрольные вопросы и защита работы
1. Какие реагенты используются для снижения водоотдачи?
2. Как классифицируются реагенты – понизители водоотдачи?
3. Характеристика реагентов – понизителей водоотдачи.
17. Влияние смазочных добавок на качество
бурового раствора
Цель и содержание: изучение влияния смазочных добавок на качество бурового раствора.
Теоретическое обоснование
Для улучшения смазочных свойств буровых растворов с целью
предупреждения прихватов бурового инструмента широко применяются добавки нефти и графита. В зависимости от геолого-технических условий могут вводиться различные количества указанных
веществ. Добавки нефти для разных районов колеблются в пределах
от 5 до 15 %, причем такая обработка проводится с расчетом получения стойких эмульсий. Графит вводится в количестве 1–2 % по массе
к объему буровых растворов. Графит снижает вязкость и статическое
напряжение сдвига раствора. Добавки нефти, наоборот, приводят к
росту этих показателей, а также к уменьшению плотности.
Резкое улучшение смазочных свойств буровых растворов, главным образом для повышения стойкости опор долот, достигается
применением специальных активных добавок, образующих на поверхностях трения смазочные слои, устойчивые к действию температур и давлений.
В последнее время широко применяется смазочная добавка
к буровым растворам СМАД–1, которая представляет собой смесь
окисленного петролатума (кислотное число не ниже 40) с дизельным
топливом в соотношении 0,4 : 0,6.
Аппаратура и материалы
1. Лабораторная мешалка.
2. Технические весы.
3. Мерный цилиндр.
4. Ареометр АГ–3ПГ.
5. Ротационный вискозиметр ВСН–3.
6. Вискозиметр СПВ–5.
7. Прибор ВМ–6.
42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Указания по технике безопасности
1. Лабораторная работа выполняется только после инструктажа
по технике безопасности с обязательной росписью студентов в журнале по технике безопасности.
2. Допуск к приборам студентов, выполняющих лабораторную
работу, осуществляется только в присутствии преподавателя.
Методика и порядок выполнения работы
Готовят глинистый раствор. Определяют его параметры. По заданию преподавателя проводят обработку раствора смазочными добавками.
Замеряют параметры бурового раствора и результаты испытаний заносят в табл. 15.
Таблица 15
Результаты измерений
Состав
ПЖ
Вид
добавки
Кол-во
добавки, г/л
без доб.
Параметры промывочной
жидкости
ρ
Т
Ф
η
τ0 θ1 θ10
Экспериментально определяют наиболее эффективную смазочную добавку и его концентрацию.
Содержание отчета и его форма
В отчете должны быть приведены:
– номер лабораторной работы, ее тема и цель работы;
– краткая теория по теме работы;
– аппаратура и материалы;
– методика и порядок выполнения работы;
– делается вывод о наиболее эффективной смазочной добавке.
Контрольные вопросы и защита работы
1. Для чего применяются смазочные добавки к буровым растворам?
2. Какие реагенты используются в качестве смазочных добавок?
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
18. Полимер-глинистые буровые растворы
Цель и содержание: изучение состава и структуры полимер-глинистого раствора, приготовление и определение основных параметров раствора.
Теоретическое обоснование
Полимер-глинистые буровые растворы (ПГБР) предназначены
для массового бурения эксплуатационных и разведочных скважин
в различных отложениях, характеризующихся как высоким содержанием глин, в том числе (до 80 %) высококоллоидных и потенциально
неустойчивых, так и крепких устойчивых карбонатно-глинистых и
других породах, а также для вскрытия продуктивных пластов.
ПГБР на основе одного полимера например КМЦ или ПАА, или
метасса, или М–14ВВ и при необходимости НТФ предназначены для
бурения в достаточно устойчивых, предпочтительно грубодисперсных, слабонабухающих породах. В этих растворах полимеры акрилового ряда выполняют функцию стабилизаторов бурового раствора и
флокулянтов частиц выбуренной породы.
Гидрофобизирующие растворы на основе ГКЖ–10, ГКШ–11 и
Петросила 2М являются разновидностью полимер-глинистых растворов. Эти растворы применяются для разбуривания высококоллоидных глинистых пород. Они препятствуют диспергированию разбуриваемых пород.
ПГБР на основе комплексных или поликомплексных реагентов
(стабилизатора и флокулянта) применяют для бурения в набухающих глинах и неустойчивых глинистых сланцах.
Аппаратура и материалы
1. Лабораторная мешалка.
2. Технические весы.
3. Мерный цилиндр.
4. Вискозиметр СПВ–5.
5. Вискозиметр ВСН–3.
6. Ареометр АГ–ЗПП.
7. Прибор ВМ–6.
8. рН–метр.
Указания по технике безопасности
1. Лабораторная работа выполняется только после инструктажа
по технике безопасности с обязательной росписью студентов в журнале по технике безопасности.
44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. Допуск к приборам студентов, выполняющих лабораторную
работу, осуществляется только в присутствии преподавателя.
Методика и порядок выполнения работы
Гидрофобизирующий полимер-глинистый буровой раствор готовят как из исходной глинистой суспензии, так и на естественном глинистом растворе, полученном при бурении предыдущего интервала.
ПГБР на основе КМЦ и кремнийорганической жидкости
В начале готовится глинистая суспензия необходимой вязкости
(25–35 с), затем раствор обрабатывается 30 % водным раствором
ГКЖ-10 (11) в количестве 0,2–0,3 % от объема раствора или 0,1–0,2 %
Петросила 2М (на товарный продукт), а затем вводится КМЦ в виде
3–5 % водного раствора.
Естественный глинистый раствор, использовавшийся на предыдущем интервале, первоначально разбавляется технической водой
до плотности не более 1,2 г/см3 и вязкости 25–35 с, а затем проводится его обработка указанными реагентами.
Технология приготовления гидрофобизирующего раствора на основе КССБ не отличается от применяемой для рецептуры ГКЖ+КМЦ.
ПГБР с использованием полиакриламида
Предварительно за 1–2 суток готовится комплексный реагент,
для которого ПАА и ГКЖ берутся в соотношении 1 : 20 (в пересчете
на 6 % ПАА марки АМФ это соотношение составляет 1 : 16, а на товарный – 1 : 10)
Реагент имеет следующий состав (кг):
2–3 кг ПАА на сухое вещество (4–6 кг ПАА–ГС или 25–48 кг
ПАА АМФ) : 40-60 кг кремнийорганической жидкости и 937–968 л
воды. Комплексный реагент готовится в глиномешалке в подогретой
до 40–50 0С воде.
Вводится необходимое количество ПАА, перемешивается до однородного состояния. Время приготовления – от 18 до 24 часов.
В качестве раствора можно использовать техническую воду,
в которую добавляют 1020 л/м3 комплексного реагента.
При приготовлении гидрофобизирующего раствора на буровом
растворе с содержанием низкоколлоидной глинистой фазы более 20 %
рекомендуется вводить в раствор разжижители : НТФ в виде 5–10 %
водно-щелочного (10 : 7) раствора в количестве 0,01–0,03 % (на сухое вещество) или ТПФН (ГМФН) в количестве 0,3–0,4 % (на сухое вещество).
45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Гидрофобизирующий раствор
на основе полиэтиленоксида (ПЭО)
Приготовление гидрофобизирующего раствора на основе полиэтиленоксида (ПЭО) и ГКЖ–10 (11) или Петросила 2М заключается
в обработке глинистой суспензии или естественного глинистого раствора 0,01–0,05 % ПЭО (на сухое вещество) и дальнейшим вводом
0,1–0,3 % ГКЖ–10 (11) или 0,1–0,2 % Петросила 2М.
Преподаватель задает тип полимер-глинистого бурового раствора и его параметры.
Студенты готовят ПГБР и с помощью реагентов подбирают (корректируют) его требуемые технологические параметры.
Содержание отчета и его форма
В отчете должны быть приведены:
– номер лабораторной работы, ее тема и цель работы;
– краткая теория по теме работы;
– аппаратура и материалы;
– методика и порядок выполнения работы;
– результаты работы должны быть занесены в табл. 16;
– делается вывод о влиянии отдельных реагентов на исследуемые параметры ПГБР.
Таблица 16
Результаты испытаний ПГБР
Состав
раствора
Показатели свойств
УВ, с
θ1, дПа
θ10, дПа Ф, см3/30 мин
рН
ρ, кг/м3
Вопросы для защиты работы
1. Назначение полимер-глинистых буровых растворов.
2. Как готовится ПГБР на основе КМЦ и кремнийорганической
жидкости?
3. Как готовится ПГБР с использованием полиакриламида?
19. Лигносульфонатные буровые растворы
Цель и содержание: изучение состава и структуры лигносульфонатного раствора, приготовление и определение основных параметров раствора.
Теоретическое обоснование
Лигносульфонатные растворы – буровые глинистые растворы, стабилизированные лигносульфонатными реагентами (ЛСТП,
46
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
КССБ, ФХЛС и др.) в сочетании с полимерами или другими понизителями фильтрации.
Эти растворы используются для разбуривания глинистых и аргилитоподобных пород, а также гипсов, ангидритов и карбонатных пород.
Растворы на основе лигносульфонатов устойчивы к кальциевой смеси.
ЛБР на основе ССБ, ЛСТП устойчивы до температур 130–180 ⁰С,
а на основе КССБ и ФХЛС – в пределах 160–220 ⁰С. Оптимальный
водородный показатель ЛБР 8,5–9,5. В этой области наиболее сильно
проявляется расжижающее и стабилизируещее свойства растворов.
Состав и оптимальные свойства ЛБР приведены в табл.17.
Таблица 17
Состав и свойства ЛБР
Состав
раствора
Содержание УВ, с
θ1,
дПа
θ10,
дПа
Ф,
см3
рН
ρ, кг/
см3
18–40
6–45
12–90
1,5–10
8–10
1,06–2,2
глинопорошки
ПБМА
ПБМБ
ПБВ
ПБД
40–60
(50–70)
(60–80)
(90–120)
Реагентыстабилизаторы
КМЦ
КССБ-2
КССБ-4
гипан
УЩР
М-14ВВ
1,0–7,0
(20–60)
(20–60)
(1,0–7,0)
(10–20)
(1,0–2,0)
Реагентыразжижители
ФХЛС
ССБ (ЛСТП)
10–30
(10–30)
Специальные
добавки
МАС 200 (5 %)
триксан
хроматы
2,0–5,0
(0,1–0,3)
0,2–0,8
Смазки
СМАД
Графит
СМАД+Графит
Нефть
Сульфанол
5,0–20
(5,0–10)
(5–15)
(40–80)
(0,2–0,4)
Примечание: в скобках указаны взаимозаменяемые материалы
47
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Аппаратура и материалы
1. Лабораторная мешалка.
2. Технические весы.
3. Мерный цилиндр.
4. Вискозиметр СПВ–5.
5. Вискозиметр ВСН–3.
6. Ареометр АГ–ЗПП.
7. Прибор ВМ–6.
8. рН–метр.
Указания по технике безопасности
1. Лабораторная работа выполняется только после инструктажа
по технике безопасности с обязательной росписью студентов в журнале по технике безопасности.
2. Допуск к приборам студентов, выполняющих лабораторную
работу, осуществляется только в присутствии преподавателя.
Методика и порядок выполнения работы
Для приготовления ЛБР можно использовать глинистые суспензии, приготовленные из предварительно диспергированной глины
или ранее применявшиеся растворы.
На первичную обработку 1 м3 раствора требуется 1–3 кг (на сухое вещество) полимерного реагента. Полимерный акрилатный реагент готовят в зависимости от рН исходного раствора в соотношении со щелочью от 10 : 3 до 10 : 5. Если рН > 10, акриловые реагенты
добавляют без щелочи в виде порошка.
Если исходный раствор содержит ионы кальция, при использовании акриловых полимеров добавляют кальцинированную соду в количестве 3–5 кг на 1 м3 раствора.
Для приготовления 1 м3 хромлигносульфонатного раствора, в состав которого входят полимерные реагенты, необходимо (в пересчете
на сухое вещество) 40–100 кг полимерного реагента (КМЦ, М–14, метаса и др.), 40–100 кг глины, 3–5 кг NaCO3, 3–5 кг полимерного реагента, 30–50 кг ФХЛС, 0,5–1,0 кг хроматов, 3–5 кг NaOH (для метаса,
М–10 и нейтрализации ФХЛС). Утяжелитель добавляют до получения
необходимой плотности раствора.
Приготовление хромлигносульфонатного раствора без полимера
имеет аналогичную последовательность, а расход реагентов и матери48
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
алов на 1 м3 сухого вещества следующий: 60–160 кг глины, 10–20 кг
ФХЛС, 20–40 кг КССБ–4 (КССБ–2), 2–5 кг NaOH, 0,5–1,0 кг хроматов
(при t > 80 ⁰С), 0,1-3,0 кг триксана (0,03–0,08 МАС 200). Остальное вода.
При приготовлении ЛБР на основе ССБ (ЛСТП) требуется на
1 м3 раствора 80–200 кг глины, 30–40 кг ССБ (ЛСТП), 10–30 кг УЩР,
5–10 кг NaOH, пеногаситель и 900–940 л воды.
Ввод ССБ (ЛСТП) осуществляется в щелочной форме, для чего
готовят водно-щелочной раствор реагента в соотношении ЛСТП : щелочь 5 : 1 (на сухое вещество).
Преподаватель задает тип применяемых реагентов и требуемые
параметры бурового раствора.
Студенты готовят ЛБР и подбирают с помощью реагентов требуемые параметры бурового раствора.
Содержание отчета и его форма
В отчете должны быть приведены:
– номер лабораторной работы, ее тема и цель работы;
– краткая теория по теме работы;
– аппаратура и материалы;
– методика и порядок выполнения работы;
– результаты работы должны быть занесены в табл. 18;
– делается вывод о технологических затруднениях при приготовлении ЛБР (вспенивание, коагуляция и т. д.).
Таблица 18
Результаты испытаний ЛБР
Состав
ЛБР
УВ, с
θ1, дПа
θ10, дПа
Ф,
см3/30 мин
рН
ρ, кг/см3
Вопросы для защиты работы
1. Назначение лигносульфонатных буровых растворов.
2. Как готовится хромлигносульфонатный буровой раствор с добавкой полимера и без добавки?
3. Чем отличается хромлигносульфонатный буровой раствор от
лигносульфонатного?
49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
20. Гуматные буровые растворы
Цель и содержание: изучение состава и структуры гуматного раствора, приготовление и определение основных параметров раствора.
Теоретическое обоснование
Гуматные растворы – это глинистые растворы, стабилизированные углещелочным реагентом (УЩР или ГКР).
Эти растворы используют в основном для разбуривания устойчивых пород и интервалов, сложенных малоглинистыми породами,
а также для бурения под кондуктор.
Растворы на основе гуматно-калиевого реагента (ГКР) могут
применяться в глинистых отложениях средней мощности, сложенных низкоколлоидными глинами.
При отсутствии минерализации гуматные растворы применяются до температур 180–200 0С. При минерализации до 3 % NaCl температура применения ограничивается 120–140 0С. Предельная минерализация, при которой наступает скрытая коагуляция реагента – 6 %
NaCl и 0,1 % CaCl2. Растворы на основе гуматного гранулированного
реагента выдерживают минерализацию по СаС12 до 0,5 %.
Для повышения термостойкости растворов вводят хроматы или
бихроматы натрия (калия).
Основными веществами, определяющими состав гуматных растворов, являются глины и гуматные реагенты. В состав этого реагента могут входить спецдобавки: пеногасители, СаС12, смазывающие
материалы. Дополнительные вещества обеспечивают снижение пенообразования, получение более низких значений показателя фильтрации с улучшение смазочных свойств растворов.
Составы гуматных растворов и показатели их свойств приведены в табл. 19.
Таблица 19
Гуматные, калийгуматные, хромгуматные
и гуматнокальциевые растворы
Состав раствора
Содержание, кг/м3
Глинопорошок
ПБМА
40–80
ПБМБ
(40–80)
Показатели свойств (min–max)
УВ, с
θ1, дПа
16–180
0–240
50
θ10,
дПа
Ф, см3 за
30 мин
рН
5,5–30
7,8–10,2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ПБВ
(60–100)
ПББ
(80–160)
ПБД
(120–200)
УЩР, ГКР
10–50
СМАД
10–35
СМАД+графит
(10–25)
Графит
(5–10)
Триксан
0,1–0,5
МДС-200
(1–1,5)
CaCl2
0–0,8
Хроматы
(0–1,0)
Примечание: в скобках приведены взаимозаменяемые материалы.
Аппаратура и материалы
1. Лабораторная мешалка.
2. Технические весы.
3. Мерный цилиндр.
4. Вискозиметр СПВ–5.
5. Вискозиметр ВСН–3.
6. Ареометр АГ–ЗПП.
7. Прибор ВМ–6.
8. рН–метр.
Указания по технике безопасности
1. Лабораторная работа выполняется только после инструктажа
по технике безопасности с обязательной росписью студентов в журнале по технике безопасности.
2. Допуск к приборам студентов, выполняющих лабораторную
работу, осуществляется только в присутствии преподавателя.
Методика и порядок выполнения работы
За основу для приготовления ГБР используют либо бентонитовый порошок, либо буровой раствор, на котором вскрывали вышележащую толщу.
В соответствии с выбранной рецептурой приготавливается глинистая суспензия, которая обрабатывается 10 % раствором УЩР
51
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
(ГКР). Для приготовления 10 % концентрации УЩР глиномешалку
заливают на 2/3 ее объема водой, загружают 40 кг УЩР и перемешивают в течение 30 мин, после чего доливают воду до полного объема
и перемешивают еще 10 мин. После обработки суспензии реагентом
последовательно вводят смазывающие добавки и при необходимости хроматы (или бихроматы).
Возможно приготовление комплексного хромгуматного реагента.
Для этого приготавливают 10–20 % раствор УЩР (или ГКР) по вышеприведенной схеме, к которому добавляют 10 % хроматов (на сухой
УЩР) и смесь перемешивается в течение 1 ч для окисления гуматов.
Приготовленный таким образом реагент обладает повышенной разжижающей способностью, особенно при высоких температурах.
Одновременная добавка глинопорошка и УЩР в воду затворения
способствует более быстрому приготовлению раствора, так как гуматы натрия и избыточная щелочь способствуют быстрому диспергированию глины. При этом приготовление раствора из бентонита заканчивается через 0,5–1,0 час, а из комовой глины через 1,5–2,0 часа.
Однако такой метод приготовления приводит к неполному извлечению гуминовых кислот из бурого угля.
Приготовление гуматно-кальциевого раствора в значительной
мере не отличается от приготовления гуматных и хромгуматных растворов. Наиболее важно при этом определить оптимальную концентрацию CaCl2 для получения максимального эффекта структурообразования без повышения фильтрации.
Для приготовления гуматно-кальциевого раствора можно использовать комбинированный реагент, состоящий из глинопорошка, УЩР и хлористого кальция. В гидро- или глиномешалку во время
заполнения водой вводят 2–2,5 % бентонита, 3 % УЩР и перемешивают в течении 1–1,5 часов. Затем добавляют 0,2–0,3 % CaCl2 и перемешивают 20–30 минут. При необходимости комбинированный
реагент может быть в 1,5–3 раза большей концентрации. Тогда при
обработке раствора вместе с реагентом вводят необходимое количество воды. В процессе обработки раствор комбинированного реагента периодически перемешивают.
Преподаватель задает вид, применяемые реагенты и параметры
свойств бурового раствора.
Студенты готовят раствор и корректируют показатели его
свойств в соответствии с заданными значениями.
52
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Содержание отчета и его форма
В отчете должны быть приведены:
– номер лабораторной работы, ее тема и цель работы;
– краткая теория по теме работы;
– аппаратура и материалы;
– методика и порядок выполнения работы;
– результаты работы должны быть занесены в табл. 20;
– делается вывод о соответствии параметров приготовленного
бурового раствора заданным значениям.
Таблица 20
Результаты испытаний
Состав
раствора
УВ, с
θ1, дПа
θ10, дПа
Ф,
см3/30 мин
рН
ρ, кг/см3
Вопросы для защиты работы
1. Назначение гуматных буровых растворов.
2. Как готовится гуматный буровой раствор?
3. Как готовится гуматно-кальциевый буровой раствор?
21. Известковые буровые растворы
Цель и содержание: изучение состава и структуры известкового раствора, приготовление и определение основных параметров раствора.
Теоретическое обоснование
Известковые буровые растворы относятся к числу саморегулирующихся ингибирующих систем. Их применяют при разбуривании
неустойчивых глинистых отложений, склонных к осыпям, обвалам
и набуханию. Опыт использования показал их высокую эффективность для предупреждения осложнений при бурении, связанных
с гидротацией и диспергированием выбуренных пород.
Ингибирующее действие этих растворов основано на двух основных процессах:
– переход в результате ионного обмена натриевых интенсивно
набухающих глин в кальциевые;
53
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– необратимое поглощение извести приводящее к модифицированию поверхности глинистых частиц раствора и породы
Основным недостатком известковых растворов является ограниченная солестойкость (до 5 % NaCl) и невысокая термостойкость (100–
120 0С – для растворов с высоким значением рН и 150–160 % – для растворов с низким значением рН).
Аппаратура и материалы
1. Лабораторная мешалка.
2. Технические весы.
3. Мерный цилиндр.
4. Вискозиметр СПВ–5.
5. Вискозиметр ВСН–3.
6. Ареометр АГ–ЗПП.
7. Прибор ВМ–6.
8. рН–метр.
Указания по технике безопасности
1. Лабораторная работа выполняется только после инструктажа
по технике безопасности с обязательной росписью студентов в журнале по технике безопасности.
2. Допуск к приборам студентов, выполняющих лабораторную
работу, осуществляется только в присутствии преподавателя.
Методика и порядок выполнения работы
Для приготовления известкового глинистого раствора с высоким рН глинопорошок необходимо предварительно продиспергировать в пресной воде с добавкой УЩР, влить воду, щелочной раствор
лигносульфоната (ССБ, ФХЛС и др.) и ввести известь в виде пушенки или известкового молока (плотностью 1,1–1,12 г/см3). Известковый раствор может быть приготовлен также путём известкования
используемого ранее пресного бурового раствора.
Существует три способа известкования:
1. Последовательный ввод в глинистый раствор щелочного
раствора лигносульфоната (2–3 цикла), а затем известкового молока плотностью 1,1–1,12 г/см3. Затем вводиться реагент-понизитель
фильтрации.
2. Одновременный, но раздельный ввод реагентов: лигносульфонатов, каустической соды и известкового молока. На первичную
54
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обработку расходуется 1–2 % ССБ (50 %-й концентрации), ФХЛС,
окзил, 0,3–1 % NaOH (плотностью 1,42 г/см3) и 1–2 % известкового
молока (плотностью 1,1–1,12 г/см3). При этом на первый цикл вводят
каустическую соду и 1/3 лигносульфоната разжижителя, за последующие 2–3 цикла добавляют известь и остальное количество ЛС.
3. Обработка раствора реагентом БКИ содержащим 16–18% известкового молока плотностью 1,1–1,12 г/см3 , 32–39% каустической
соды плотностью 1,45–1,46 г/см3 и 45–50% ССБ. Соотношения между компонентами может меняться в зависимости от состава разбиваемых пород.
Приготовление БКИ. В глиномешалку или ёмкость заливают известковое молоко, затем при перемешивании добавляют каустик и
через 15 минут ССБ. Смесь перемешивают 30–40 минут, после чего
БКИ готов к применению. Всего при первичной обработке вводят
5–11 % БКИ.
Известкование с использованием ФХЛС. В этом случае БКИ готовят следующего состава: ФХЛС – 5 %; NaOH – 2,2–3,0 %; Ca(OH)2 –
2,5–3,5 %. При использовании ФХЛС рН бурового раствора колеблется
в пределах 11–11,3, а содержание ионов Са в фильтрате 100–150 мг/л.
При использовании КССБ–2. Состав БКИ на 1 м3 воды : КССБ–2 –
200 кг, NaOH – 87 кг, известь – 57 кг (для активности не менее 60 %).
При использовании высокоминерализованной воды : КССБ–2 –
134 кг, NaOH – 141 кг, известь – 77 кг.
При использовании известкового глинистого раствора с низким
рН. На 1 м3 раствора берут: 20–30 кг лигносульфонатного реагента,
3–6 л известкового молока (ρ=1,1–1,12 г/см3 ), 5–10 кг полимерного
реагента и пеногаситель. Величина рН раствора в пределах 8,5–9,5.
В качестве известкового компонента можно применять тампонажный портландцемент. При этом требуется большой расход реагентов-разжижителей.
Преподаватель задаёт тип известкового бурового раствора и показатели его свойств.
Студенты готовят буровой раствор и корректируют его параметры в соответствии с заданием.
Содержание отчета и его форма
В отчете должны быть приведены:
– номер лабораторной работы, ее тема и цель работы;
55
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– краткая теория по теме работы;
– аппаратура и материалы;
– методика и порядок выполнения работы;
– результаты работы должны быть занесены в табл. 21;
– делается вывод о соответствии показателей свойств приготовления бурового раствора заданным значениям.
Таблица 21
Результаты испытаний ИБР
Состав
ИБР
УВ, с
θ1, дПа
θ10, дПа
Ф,
см3/30 мин
рН
ρ, кг/см3
Вопросы для защиты работы
1. Назначение известковых буровых растворов.
2. Как готовится известковый буровой раствор с высоким рН?
3. Способы известкования.
22. Гипсоизвестковые буровые растворы
Цель и содержание: изучение состава и структуры гипсоизвесткового раствора, приготовление и определение основных параметров раствора.
Теоретическое обоснование
Гипсоизвестковые буровые растворы (ГИБР) относятся к числу
саморегулирующихся ингибирующих систем, содержащих в качестве носителей ионов кальция гипс (алебастр) и гидроокись кальция.
Их применяют при разбуривании разрезов, содержащих набухающие, гидратированные глины и аргиллиты, склонные к осыпям
и обвалам, а также при вскрытии заглинизированных продуктивных
пластов в условиях высоких забойных температур (160–180 0С). Ингибирующее действие обусловлено не только ионами кальция, адсорбирующимися на глинах, но и наличием хромлигносульфонатов,
которые также подавляют набухание глин и ограничивают диссоциацию обменных катионов глинистых минералов.
ГИБР по сравнению с известковыми буровыми растворами более устойчивы к сульфатной, кальциевой и температурной агрессии.
56
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В ГИБР концентрация ионов кальция может колебаться от 700 до
3000 мг/л.
Состав ГИБР включает: гипс, известь, реагенты-понизители вязкости, водоотдачи и специальные добавки.
В качестве реагентов-понизителей вязкости используют ФХЛС,
ССБ, ОССБ.
В качестве понизителей водоотдачи – КССБ-4, КМЦ, реже крахмал.
рН = 8,5–9,5 поддерживается вводом КОН или извести.
ГИБР могут содержать нефть, хроматы, утяжелитель и пеногаситель.
Аппаратура и материалы
1. Лабораторная мешалка.
2. Технические весы.
3. Мерный цилиндр.
4. Вискозиметр СПВ–5.
5. Вискозиметр ВСН–3.
6. Ареометр АГ–ЗПП.
7. Прибор ВМ–6.
8. рН–метр.
Указания по технике безопасности
1. Лабораторная работа выполняется только после инструктажа
по технике безопасности с обязательной росписью студентов в журнале по технике безопасности.
2. Допуск к приборам студентов, выполняющих лабораторную
работу, осуществляется только в присутствии преподавателя.
Методика и порядок выполнения работы
Для приготовления гипсоизвестковых глинистых растворов
необходимо глинопорошок предварительно продиспергировать
в пресной воде, добавить воду в раствор лигносульфоната (ССБ,
ФХЛС) ввести известь в виде пушенки или известкового молока
(плотностью 1,1–1,12г/см3) и гипс (алебастр). Гипсоизвестковый раствор может быть приготовлен на основе промывочной жидкости,
применявшейся при разбуривании предыдущего интервала. В этом
случае количество реагентов и последовательность их ввода зависит
от содержания твёрдой фазы, структурно-механических и фильтрационных показателей бурового раствора. При переводе глинистого
раствора в гипсоизвестковый необходимо, чтобы исходный раствор
имел условную вязкость не более 25–35 с.
57
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Гипсовую обработку целесообразно проводить с использованием предварительно произвесткованных буровых растворов и можно
осуществлять двумя способами: раздельно и комбинированным реагентом.
По первому способу компоненты вводят в исходный раствор
в следующем порядке : сначала 10 % водный раствор, лигносульфоната
3–5 %, затем 0,5–1 % КМЦ, 0,2–0,5 % КОН или извести (для поддержания рН в пределах 8,5–9,5) и в заключение 1,5–2 % гипса.
Комбинированный реагент приготавливается в глиномешалке
следующим образом: наливают 2 м3 воды, при перемешивании вводят
0,2 м3 КОН, 0,68 т КССБ–2. Смесь перемешивают в течение 30 мин,
после чего вводят 2 т гипса или фосфогипса и всё дополнительно перемешивают в течении 2 часов. Приготовленный реагент равномерно
вводят в буровой раствор за 1–2 цикла циркуляции.
Если же значение вязкости и СНС исходной промывочной жидкости низкие, то во избежание выпадения утяжелителя раствор обрабатывают алебастром (0,5–1,0 %) после чего добавляют лигносульфонаты в 2–3 цикла, а затем вводят известь, хроматы, нефть.
Для снижения фильтрации используют КМЦ.
При приготовлении гипсоизвесткового раствора из известкового
раствора с высокой щёлочностью (рН > 11) в раствор вводят 5–10 %-й
кислый раствор лигносульфоната (из расчёта 5–10 л/м3) и затем добавляют гипс. Перевод из известкового раствора с низким рН состоит
в обработке раствора сульфонатом (рН 8,5–9) и последующим вводом
гипса.
Преподаватель задаёт вид используемых реагентов и требуемые
параметры свойств гипсоизвестковых буровых растворов.
Студенты готовят буровой раствор и корректируют показатели
свойств согласно заданным значениям.
Содержание отчета и его форма
В отчете должны быть приведены:
– номер лабораторной работы, ее тема и цель работы;
– краткая теория по теме работы;
– аппаратура и материалы;
– методика и порядок выполнения работы;
– результаты работы должны быть занесены в табл. 22;
– делается вывод о соответствии показателей свойств ГИБР заданным значениям.
58
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 22
Результаты испытаний
Состав
раствора
УВ, с
θ1, дПа
θ10, дПа
Ф,
см3/30 мин
рН
ρ, кг/см3
Вопросы для защиты работы
1. Назначение гипсоизвестковых буровых растворов.
2. Как готовится гипсоизвестковый буровой раствор?
3. Какими способами проводится гипсовая обработка?
23. Гипсо-калиевые буровые растворы
Цель и содержание: изучение состава и структуры гипсо-калиевого раствора, приготовление и определение основных параметров
раствора.
Теоретическое обоснование
Гипсо-калиевые растворы – ингибирующие системы, содержащие в качестве ингибирующих электролитов соединения калия (гидроксид и хлорид) и кальция (известь и гипс).
Гипсо-калиевые растворы используют для разбуривания слабоустойчивых высококоллоидных глин и глинистых пород преимущественно натриевого типа, когда хлоркалиевый раствор недостаточно
эффективен. Ингибирующее действие их сильнее, чем у хлоркалиевых, так как наряду с коагуляционными процессами глинистая выбуренная порода участвует и в катионообменных реакциях. Эти растворы менее подвержены коагуляционному загустеванию.
Термостойкость гипсо-калиевых растворов зависит от используемого защитного реагента, но не превышает 160 0С.
Гипсо-калиевый буровой раствор не теряет своих свойств и не
изменяет своих параметров при попадании в него до 3–5 % пластовой воды, если минерализация последней не превышает минерализации его фильтрата.
Гипсо-калиевые буровые растворы включают: хлористый калий,
гипс (алебастр), понизители вязкости и водоотдачи, а также специальные добавки (хроматы, пеногасители и др.).
59
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Показатель рН регулируют добавками КОН. Для предупреждения чрезмерных загущений раствора при вводе ингибирующих добавок используют известь. Утяжелитель добавляют до получения
необходимой плотности.
Аппаратура и материалы
1. Лабораторная мешалка.
2. Технические весы.
3. Мерный цилиндр.
4. Вискозиметр СПВ–5.
5. Вискозиметр ВСН–3.
6. Ареометр АГ–ЗПП.
7. Прибор ВМ–6.
8. рН–метр.
Указания по технике безопасности
1. Лабораторная работа выполняется только после инструктажа
по технике безопасности с обязательной росписью студентов в журнале по технике безопасности.
2. Допуск к приборам студентов, выполняющих лабораторную
работу, осуществляется только в присутствии преподавателя.
Методика и порядок выполнения работы
Для приготовления гипсо-калиевого раствора глину диспергируют в пресной воде с помощью диспергатора или гидросмесителя до
получения вязкости 80–100 с. Повышение эффективности диспергирования глины может быть достигнуто диспергированием в водном
растворе УЩР (150–200 кг глинопорошка ПБД, 100–150 кг УЩР и
вода до 1,0 м3). После диспергирования глинистую пасту разбавляют
водой до условной вязкости 25–30 с и добавляют 3–5 % водно-щелочного лигносульфонатного реагента, 0,3–0,5 % КМЦ–600. Затем снова
добавляют лигносульфонатный реагент до получения УВ = 25–30 с,
θ1 = 6–30 дПа, θ10 = 18–90 дПа, и лишь после этого производиться ингибирование (вводят гипс, а затем KСl) и при необходимости утяжеление.
В целях сокращения расходов реагента-понизителя водоотдачи
и предотвращения чрезмерных загустеваний целесообразно перед
началом ввода ингибирующих добавок, при первичной обработке
бурового раствора, необходимо произвести предварительное известкование в течении 2–3 циклов циркуляции при интенсивном перемешивании до получения разжижения раствора до УВ = 25–30 с.
60
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Гипсо-калиевый раствор может быть приготовлен также на основе промывочной жидкости, применявшейся при разбуривании
предыдущего интервала.
Для перевода гипсового и известкового раствора в гипсо-калиевый
их вязкость снижают до 25 с добавкой водного раствора лигносульфонатного реагента нейтрализованного до рН = 9. Количество лигносульфонатного реагента зависит от вязкости исходного раствора.
Если вязкость снижается недостаточно, буровой раствор следует
разбавить водой. Затем добавляют 5 % водный раствор КМЦ – 0,3–0,5 %
(в пересчете на сухое вещество). Если плотность исходного раствора велика (ρ ≥ 1,7 г/см3), КМЦ (крахмал) следует вводить в сухом виде. Затем
раствор разжижают до УВ= 25–30 с добавкой 1–3 % лигносульфонатного реагента и проводят обработку хлористым (или азотнокислым)
калием.
Для получения 1м3 лигносульфонатного реагента необходимо:
ФХЛС – 150 кг; воды – 850 л; КОН – 10 кг; хроматов – 7–10 кг (при
t > 100 0С).
Преподаватель задаёт тип реагентов для обработки бурового
раствора и требуемые показатели их свойств.
Студенты готовят гипсо-калиевый буровой раствор и корректируют показатели свойств согласно заданным значениям.
Содержание отчета и его форма
В отчете должны быть приведены:
– номер лабораторной работы, ее тема и цель работы;
– краткая теория по теме работы;
– аппаратура и материалы;
– методика и порядок выполнения работы;
– результаты работы должны быть занесены в табл. 23;
– делается вывод о соответствии свойств приготовленного бурового раствора заданным значениям.
Таблица 23
Результаты испытаний
Состав
раствора
УВ, с
θ1, дПа
θ10, дПа
61
Ф,
см3/30 мин
рН
ρ, кг/см3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вопросы для защиты работы
1. Назначение гипсо-калиевых буровых растворов.
2. Какие реагенты входят в состав гипсо-калиевого бурового
раствора?
3. Как готовится гипсо-калиевый буровой раствор?
24. Хлоркалиевые буровые растворы
Цель и содержание: изучение состава и структуры хлоркалиевого
раствора, приготовление и определение основных параметров раствора.
Теоретическое обоснование
Хлоркалиевые растворы – это буровые растворы, содержащие
в качестве ингибирующего электролита хлорид, а регулятора щелочности – гидрооксид калия. Они предназначены для эффективного
повышения устойчивости стенок скважины при бурении в глинистых сланцах различного состава. Геометрические размеры позволяют слабогидратирующимся ионам калия свободно проникать в межплоскостное пространство и встраиваться в пустоты гексагональной
сетки, образованной кремнийкислородными тетраэдрами, прочно
связывая элементарные пластины монтмориллонита между собой,
предотвращая межплоскостную гидратацию, набухание и диспергирование. Глины становятся слабогидратирующимися с повышенным
значением механической прочности и водоустойчивости.
В отличии от кальциевых растворов, при ингибировании солями
калия раствор проще стабилизируется. Это позволяет существенно
увеличить концентрацию ионов калия в растворе и свести к минимуму осмотическую гидратацию. Наиболее быстрое насыщение глин
ионами калия происходит при рН = 9–10.
Термостойкость хлоркалиевого раствора определяется применяемым защитным реагентом и может быть 100 0С (крахмал); 150 0С
(КМЦ и КМЦ+КССБ); 170 0С (КССБ); 200 0С (акрилаты).
Составы хлоркалиевых буровых растворов приведены в табл. 24.
Аппаратура и материалы
1. Лабораторная мешалка.
2. Технические весы.
3. Мерный цилиндр.
4. Вискозиметр СПВ–5.
62
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5. Вискозиметр ВСН–3.
6. Ареометр АГ–ЗПП.
7. Прибор ВМ–6.
8. рН–метр.
Состав хлоркалиевых буровых растворов
Состав
раствора
Содержание, кг/м3
глинопорошки
ПББ
ПБВ
ПБГ
ПБД
40–60
(60–80)
(80–100)
(100–150)
Реагентыстабилизаторы
КМЦ
М-14 (метас)
крахмал
КССБ-4
КМЦ+КССБ-4
УЩР+КССБ
5–15
(5–10)
(5–10)
(50–70)
(3–5)+(30–50)
(50–70)+(10–30)
Спецдобавки
КС1
КОН
Триксан
Са(ОН)2
Т-66 (Т-80)
30–50 (70)
3–10
2–3
1–2
(40–50)
Смазочные
добавки
Нефть
Сульфонол
Окисленный
битум
Таблица 24
УВ, с
θ1,
дПа
θ10,
дПа
Ф, см3
за 30
мин
рН
ρ, кг/
см3
18–40
6–45
12–90
1,5–10
8–10
1,06–2,2
80–120
2–3
(10–20)
Примечание: в скобках указаны взаимозаменяемые материалы
Указания по технике безопасности
1. Лабораторная работа выполняется только после инструктажа
по технике безопасности с обязательной росписью студентов в журнале по технике безопасности.
2. Допуск к приборам студентов, выполняющих лабораторную
работу, осуществляется только в присутствии преподавателя.
63
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Методика и порядок выполнения работы
Для приготовления хлоркалиевого раствора используется глинистая суспензия, приготовленная из предварительно гидратированного и продиспергированного в пресной воде глинопорошка, содержащая 3–4 % коллоидной составляющей.
Пресный раствор обрабатывают полимерными реагентами и
лигносульфонатами (в соотношении 1 : 10) через 1–2 ч после перемешивания добавляют КСl, а при необходимости – барит.
При введении КCl раствор загустевает. Наиболее сильное загущение происходит при концентрации КСl, равной 0,7–1,7 % от объема раствора. Для восстановления свойств бурового раствора используется два метода:
– прокачка приготовленного раствора через скважину 1–2 цикла;
– применение в процессе диспергирующих устройств (например, гидравлические диспергаторы ДГ–1 и ДГ–2).
При использовании первичного метода может возрастать давление на насосах.
Использование вторичного метода позволяет избежать большого коагуляционного загустевания раствора и более чем в 2 раза снизить затраты времени на его приготовление.
Хлоркалиевый раствор приготавливается с использованием высоленных гуматов по следующей схеме. Емкость для приготовления
заполняют пресной водой, затем вводят соответствующее количество
глинопорошка и перемешивают в течение 2 ч с использованием гидропистолетов и перемешивателей (5–6 циклов). Затем вводят пеногаситель Т–66 (40–50 кг/м3) или триксан (2–3 кг/м3), после чего раствор
перемешивают 10–15 мин. После этого в раствор добавляют 1–3 кг/м3
КОН и через 10–15 мин вводят УЩР в количестве 50–70 кг/м3. Стабилизация раствора проводится 2 часа, после чего вводят КССБ – 10–30 кг/м3
и раствор перемешивают еще в течение 0,5 часа.
Для получения гуматов кальция в раствор вводят известь в количестве 1–2 кг/м3 и через 0,5 ч – КСl 30–50 кг/м3. Растворение КСl
проходит за 1–1,2 часа.
Приготовление хлоркалиевого раствора из гуматного производится следующим образом.
Раствор последовательно обрабатывают КОН 1–1,5 %, Т–66 (Т–80)
4–5 %, УЩР 1–3 % и КССБ 0,1–1,5 % (на сухое вещество от объема
раствора). После 2–3 циклов циркуляции замеряется величина рН
раствора. Если она ниже 11,5, дополнительно вводится КОН. Затем
64
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
в раствор вводят известь в сухом виде в количестве 0,1–0,2 %, а КСl
последовательно в течение 3–4 циклов циркуляции.
Возможно приготовление хлоркалиевых растворов из пресных
по следующей схеме. Предварительно раствор обрабатывают водным раствором лигносульфоната (ССБ, КССБ–4, ФХЛС и КОН) до
получения вязкости 25–30 с, вводят 5–10 кг/м3 полимерного реагента
и лишь после этого добавляют КСl в течение 2–3 циклов циркуляции.
Показатель рН хлоркалиеаого раствора поддерживают в пределах
9–9,5 добавками КОН.
Хлоркалиевый раствор можно приготовить и из других буровых
растворов. Основное условие для этого – предварительное удаление
из раствора ионов натрия и снижение содержания коллоидных частиц до 3–4 %. Поэтому за 100–150 м до предполагаемого интервала бурения с промывкой калиевым раствором едкий натр заменяют
КОН при приготовлении реагентов и регулировании рН раствора.
Для придания смазочных свойств раствору в него вводят нефть
с сульфонолом (30 : 1) в количестве 8–12 %, СМАД–1 1–2,5 % или битумный концентрат, состоящий из дизтоплива, окисленного битума
и сульфонола в соотношении 10 : 1 : 0,2 в количестве 5–10 %.
Преподаватель задаёт тип применяемых реагентов для обработки бурового раствора и требуемые показатели их свойств.
Студенты готовят буровой раствор и корректируют показатели
свойств согласно заданным значениям.
Содержание отчета и его форма
В отчете должны быть приведены:
– номер лабораторной работы, ее тема и цель работы;
– краткая теория по теме работы;
– аппаратура и материалы;
– методика и порядок выполнения работы;
– результаты работы должны быть занесены в табл. 25;
– делается вывод о соответствии свойств приготовленного бурового раствора заданным значениям.
Таблица 25
Результаты испытаний
Состав
раствора
УВ, с
θ1, дПа
θ10, дПа
65
Ф,
см3/30 мин
рН
ρ, кг/см3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вопросы для защиты работы
1. Назначение хлоркалиевого раствора.
2. Как готовится хлоркалиевый буровой раствор?
3. Как готовится хлоркалиевый буровой раствор из других буровых растворов?
25. Хлоркальциевые буровые растворы
Цель и содержание: изучение состава и структуры хлоркальциевого раствора, приготовление и определение основных параметров
раствора.
Теоретическое обоснование
Хлоркальциевый раствор – ингибирующий кальциевый раствор,
содержащий в качестве ингибирующей добавки хлорид кальция.
Присутствие в фильтрате бурового раствора ионов кальция способствует значительному сокращению осыпей и обвалов при разбуривании неустойчивых аргиллитоподобных отложений.
При использовании этих растворов происходят два основных
процесса, снижающих гидратацию глинистых минералов: переход
минералов в кальциевую форму и коагуляция глины под действием
хлорида кальция.
С повышением содержания ионов кальция в обменном комплексе
природных глинистых пород эффективность применения хлоркальциевых растворов уменьшается, достигая минимума при наличии
кальциевых природных глин. Такое изменение характерно для всех
глубоко залегающих отложений. Исключение составляют трещиноватые или слоистые аргиллиты и аргиллитоподобные глины с вторичным монтмориллонитом, образованным по плоскостям спайки.
Хлоркальциевый раствор устойчив при разбуривании гипсоангидритовых толщ, цементных стаканов и небольших проявлениях
высокоминерализованных пластовых вод.
Термостойкость хлоркальциевых буровых растворов ограничена (100–200 0С) в связи с отсутствием эффективных кальцийстойких реагентов-понизителей фильтрации.
Составы хлоркальциевых растворов и предельные добавки реагентов приведены в таблице 26.
В отличии от известковых и гипсовых буровых растворов, в которых поддерживается постоянная концентрация свободных кати66
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
онов кальция, в хлоркальциевом растворе содержание кальция постоянно меняется. Поэтому содержание ионов кальция необходимо
постоянно пополнять и поддерживать на уровне 1500–3000 мг/л. При
бурении в вязкопластичных глинах, легко переходящих в обычный
глинистый буровой раствор и повышающих его вязкость, содержание ионов кальция в фильтрате хлоркальциевого раствора должно
находиться на уровне 2500–3000 мг/л, а при бурении в набухающих
глинистых сланцах, аргиллитах – 1500–2000 мг/л.
Таблица 26
Хлоркальциевые буровые растворы
Состав
раствора
глинопорошки
ПББ
ПБВ
ПБГ
ПБД
Содержание,
кг/м3
УВ, с
θ1,
дПа
θ10,
дПа
Ф, см3
за 30
мин
рН
25–50
15–40
20–60
4–12
8–9,5
80–100
(80–100)
(100–120)
(120–160)
Реагентыстабилизаторы
КМЦ
крахмал
КССБ
КМЦ+КССБ
ФХЛС+КМЦ
ССБ+КМЦ
10–30
(10–30)
(50–60)
(10–15)+(20–30)
(20–40)+(10–20)
(10–30)+(10–20)
Спецдобавки
Известь Са(ОН)2
Триксан
МАС- 200 (5 %)
Хлористый кальций
(Кристаллогидрат)
2–5
1–2
(5–10)
5–10
(7,5–15)
Смазочные добавки
Нефть
80–100
Графит
10–15
Примечание: в скобках указаны взаимозаменяемые материалы
Для улучшения свойств хлоркальциевых растворов рекомендуется обработку хлористым кальцием сочетать с вводом извести. При
добавке Са(ОН)2 в хлоркальциевом растворе наряду с обычными
ионообменными процессами в комплексе глин, наблюдается молекулярное поглощение извести, улучшается процесс упрочнения глинистых сланцев в результате образования гидрокальциевых силикатов.
67
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Используемая для снижения фильтрации КМЦ при высоком содержании ионов кальция высаливается, что ведет к росту фильтрации. КССБ, которая является кальциестойким реагентом, недостаточно эффективно снижает фильтрацию и к тому же сильно вспенивает
раствор. При совместном использовании КМЦ и КССБ повышается
порог коагуляции КМЦ, улучшается стабилизация раствора.
Аппаратура и материалы
1. Лабораторная мешалка.
2. Технические весы.
3. Мерный цилиндр.
4. Вискозиметр СПВ–5.
5. Вискозиметр ВСН–3.
6. Ареометр АГ–ЗПП.
7. Прибор ВМ–6.
8. рН–метр.
Указания по технике безопасности
1. Лабораторная работа выполняется только после инструктажа
по технике безопасности с обязательной росписью студентов в журнале по технике безопасности.
2. Допуск к приборам студентов, выполняющих лабораторную
работу, осуществляется только в присутствии преподавателя.
Методика и порядок выполнения работы
Для получения хлоркальциевого раствора глинистую суспензию
готовят на пресной воде, которую обрабатывают КМЦ и КССБ. Одновременно с КССБ в раствор добавляют пеногаситель. После получения
оптимальных показателей (УВ = 25–30 с, θ1 = 12–24 дПа, θ10 = 30–60 дПа,
Ф= 3–5 см3) раствор обрабатывают хлористым кальцием и известью,
после чего определяют содержание кальция в фильтрате.
Для приготовления хлоркальциевого раствора можно использовать раствор, с промывкой которым вскрыты вышележащие отложения: пресный, обработанный УЩР, известковый, гипсовый и др.
Возможность перехода с обычного раствора, обработанного
УЩР, на хлоркальциевый зависит от концентрации в исходном растворе гуматов натрия. При высоком содержании гуматов добавки
СаСl2 могут вызвать резкое загущение системы. Во избежание этого
следует раствор предварительно обработать 5 % водным раствором
68
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
лигносульфонатного расжижителя (ФХЛС, ССБ), нейтрализованного добавкой NaOH до получения рН = 9. Расход реагента на первичную обработку составляет 30–50 л/м3. После этого необходимо ввести 5–10 кг/м3 КМЦ или крахмала, 10–20 кг/м3 КССБ–2 (4), 2–5 л/м3
известкового молока плотностью 1,1–1,12 г/см3, а затем в 2–3 цикла
добавить 10–15 кг/м3 хлористого кальция. Известь добавляется для
поддержания рН раствора.
Добавки СаСl2 и Са(ОН)2 вызывают промежуточное загустевание раствора, интенсивность которого зависит от качества подготовки исходного раствора. При правильном подборе исходной рецептуры длительность загустевания не превышает 1–2 циклов циркуляции.
В ряде случаев ввод хлористого кальция и извести можно проводить
поэтапно, в течение 2–3 долблений, чтобы процесс приготовления не
мешал углублению скважины.
Наиболее просто переход осуществляется при малом содержании твердой фазы (30–40 % для грубодисперсных глин и 10–15 % –
для тонкодисперсных).
Ввод каустической соды (NaOH) для поддержания рН раствора
в пределах 9–11 нежелателен, так как происходит образование гидроокиси кальция с выводом ионов кальция из фильтрата, а также
повышаются структурно-механические и фильтрационные свойства
раствора.
Повышенное содержание хлористого кальция в растворе не желательно по трем причинам. Во-первых, наибольший укрепляющий
эффект проявляется при концентрации ионов кальция в пределах до
3500 мг/л и ее повышение к дополнительному эффекту не приводит;
во-вторых, увеличение содержания ионов кальция ужесточает требования к реагентам-понизителям водоотдачи; и в третьих, значительно возрастает электропроводность раствора, что усложняет интерпретацию геофизических данных.
Приготовление хлоркальциевого раствора из известкового не
вызывает трудностей. Следует обрабатывать раствор полимерным
реагентом и КССБ–4, а затем ввести хлористый кальций. Концентрация катионов кальция в фильтрате поддерживается в пределах
3000–3500 мг/л. При снижении концентрации добавляют 3–5 кг/м3
СаСl2. Значение рН регулируется добавками известкового молока.
При приготовлении хлоркальциевого раствора из системы, обработанной акриловыми полимерами, порядок действий аналогичен
порядку при приготовлении из гуматных растворов.
69
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Преподаватель задаёт тип применяемых реагентов для обработки бурового раствора и требуемые показатели их свойств.
Студенты готовят буровой раствор и корректируют показатели
свойств согласно заданным значениям.
Содержание отчета и его форма
В отчете должны быть приведены:
– номер лабораторной работы, ее тема и цель работы;
– краткая теория по теме работы;
– аппаратура и материалы;
– методика и порядок выполнения работы;
– результаты работы должны быть занесены в табл. 27;
– делается вывод о соответствии свойств приготовленного бурового раствора заданным значениям.
Таблица 27
Результаты испытаний
Состав
раствора
УВ, с
θ1, дПа
θ10, дПа
Ф,
см3/30 мин
рН
ρ, кг/см3
Вопросы для защиты работы
1. Назначение хлоркальциевого раствора.
2. Как готовится хлоркальциевый буровой раствор?
3. Каково влияние повышенного содержания хлористого кальция в растворе?
26. Силикатные буровые растворы
Цель и содержание: изучение состава и структуры силикатных
буровых растворов, приготовление и определение основных параметров раствора.
Теоретическое обоснование
Силикатный раствор – это раствор, содержащий в качестве ингибирующей добавки силикат натрия или калия (жидкое стекло). Он
применяется для повышения устойчивости ствола скважины при
разобщении осыпающихся пород (аргиллитов, глинистых сланцев).
70
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Принцип их упрочнения основан на легком проникновении жидкого
стекла в трещины и поры стенок скважины и быстром выделении
геля кремневой кислоты, цементирующей поверхность ствола скважины. При этом скорость гидратации глинистых сланцев уменьшается в следствие адсорбции образующихся полисиликатов на их
поверхности. Крепящее действие жидкого стекла усиливается при
наличии в породах, слагающих стенки скважины, солей кальция.
При взаимодействии жидкого стекла с солями кальция выделяется
щелочь, которая в свою очередь образует с солями кальция гидроокись кальция, обладающую крепящим действием.
Для повышения растворимости солей кальция, содержащихся
в породе, а следовательно, для повышения эффективности процесса
упрочнения пород слагающих слагающих стенки скважины, в силикатный раствор добавляют небольшое количество NaCl. Силикатизация ухудшается при высокой щелочности раствора (рН > 9) и при
наличии в растворе нефтепродуктов. Силикатные растворы непригодны при разбуривании мощных отложений гипсов и ангидритов.
Жидкое стекло совместимо с такими реагентами, как УЩР, гипан, метас, М–14, КМЦ, ПАА, нитролигнин.
Термостойкость раствора определяется применяемым защитным реагентом и может достигать 200 0С.
По своему составу силикатные растворы можно разделить на
малосикатные и малосиликатносолевые.
Малосиликатный раствор представляет собой глинистую суспензию, обработанную стабилизатором (гипан, УЩР, крахмал,
КМЦ, ПАА) и жидким стеклом (Na2SiO3).
При большом содержании твердой фазы в растворе он дополнительно обрабатывается реагентами-разжижителями (ФХЛС, УЩР и
др.). Кроме указанных реагентов в состав малосиликатных растворов могут входить СМАД (для снижения коэффициента трения) и
хроматы (для повышения термостойкости раствора).
Малосиликатносолевой раствор отличается от малосиликатного
наличием значительного количества NaCl (до 20 %).
Состав и предельные значения показателей свойств силикатных
буровых растворов приведены в табл. 28.
Аппаратура и материалы
1. Лабораторная мешалка.
2. Технические весы.
71
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Мерный цилиндр.
4. Вискозиметр СПВ–5.
5. Вискозиметр ВСН–3.
6. Ареометр АГ–ЗПП.
7. Прибор ВМ–6.
8. рН–метр.
Состав и свойства силикатных растворов
Состав
раствора
Содержание,
кг/м3
глинопорошки
ПББ
ПБВ
ПБГ
ПБД
40–50
(50–60)
(60–80)
(80–100)
Стабилизаторы
Гипан
УЩР
Крахмал
КМЦ
ПАА
50–80
(30–50)
(5–10)
(5–10)
(1,5–2,5)
Понизители
вязкости
ФХЛС
КССБ
30–50
(30–50)
NaCl
0–200
Жидкое стекло
(Na2SiO3)
20–60
CМАД
10–20
Хроматы
0–1,0
Таблица 28
УВ, с
θ1,
дПа
θ10,
дПа
Ф, см3
за 30
мин
рН
20–40
9–45
20–135
4–8
8,5–9, 5
Примечание: в скобках указаны взаимозаменяемые материалы
Указания по технике безопасности
1. Лабораторная работа выполняется только после инструктажа
по технике безопасности с обязательной росписью студентов в журнале по технике безопасности.
2. Допуск к приборам студентов, выполняющих лабораторную
работу, осуществляется только в присутствии преподавателя.
72
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Методика и порядок выполнения работы
Приготовление малосиликатного бурового раствора.
В случае отсутствия жидкого стекла, приготовление силикатного раствора осуществляется в две стадии.
На первой подготовительной стадии, подготавливают жидкое
стекло. Параметры жидкого стекла: плотность 1280–1350 кг/м3, силикатный модуль 2,2–2,6, концентрация основного вещества 30–36 %.
На второй стадии готовят силикатный раствор. Для этого глинистую суспензию обрабатывают УЩР в количестве 30–50 кг/м3 45 %
водным раствором КМЦ в количестве 100–200 л/м3. После выравнивания раствора в течение 2–3 циклов циркуляции проводят обработку раствора жидким стеклом в количестве 50–100 л/м3 (20–40 кг/м3
Na2SiO3), которую осуществляют в течение 3–4 циклов циркуляции.
В случае применения рецептур силикатных растворов, содержащих наряду с КМЦ ПАА, раствор после ввода жидкого стекла обрабатывают 1 % водным раствором ПАА (25 % гидролиза) в количестве
200 л/м3 и выравнивают раствор 2–3 цикла.
Приготовление малосиликатносолевого бурового раствора.
В случае приготовления малосиликатносолевого бурового раствора после ввода жидкого стекла осуществляют добавку NaCl в количестве до 20 %.
При наличии товарного жидкого стекла (плотность 1440–1500
кг/м3, модуль 2,6–3,2, содержание основного вещества не менее 40 %)
приготовление силикатных растворов осуществляется без первой,
предварительной стадии.
Силикатный раствор может быть приготовлен и на основе растворов, применяющихся при бурении вышележащих интервалов.
Тиксотропия силикатных растворов осуществляется в широких
пределах очередностью ввода силиката натрия и КМЦ. Ввод силиката натрия вызывает рост тиксотропии, а ввод КМЦ – ее снижение.
Поэтому обработку малосиликатных растворов можно проводить,
регулируя очередность ввода реагентов.
Преподаватель задаёт тип применяемых реагентов для обработки бурового раствора и требуемые показатели их свойств.
Студенты готовят малосиликатный буровой раствор и корректируют его параметры в соответствии с заданными значениями.
73
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Содержание отчета и его форма
В отчете должны быть приведены:
– номер лабораторной работы, ее тема и цель работы;
– краткая теория по теме работы;
– аппаратура и материалы;
– методика и порядок выполнения работы;
– результаты работы должны быть занесены в табл. 29;
– делается вывод о соответствии свойств приготовленного бурового раствора заданным значениям.
Таблица 29
Результаты испытаний
Состав
раствора
УВ, с
θ1, дПа
θ10, дПа
Ф,
см3/30 мин
рН
ρ, кг/см3
Вопросы для защиты работы
1. Назначение силикатных буровых растворов.
2. Как готовится малосиликатный буровой раствор?
3. Как готовится малосиликатносолевой буровой раствор?
27. Буровые растворы, обработанные солями алюминия
Цель и содержание: изучение состава и структуры буровых растворов, обработанных солями алюминия, приготовление и определение основных параметров раствора.
Теоретическое обоснование
Растворы, обработанные солями алюминия – это растворы, содержащие в качестве ингибирующей добавки соли алюминия, переходящие в растворе в гидрооксид алюминия. В зависимости от
состава и вида ингибирующего реагента, они подразделяются на
алюминизированные, алюмокалиевые и алюмокальциевые.
Алюминизированные растворы в качестве ингибирующей добавки содержат сернокислый алюминий и применяются для разбуривания
аргиллитов и малоувлажненных (до 10 % влаги) высококоллоидных
глин. При более высокой влажности глин, вокруг их частиц образуется мощный гидратный барьер, препятствующий притяжению поло74
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
жительно заряженной окиси алюминия. Поэтому они не диспергируются и не коагулируют. Повышение устойчивости ствола скважины
и уменьшение загрязнения выбуренной породы при использовании
этих растворов может быть повышено за счет совместной обработки
раствора солями алюминия и полимерными реагентами.
Алюмокалиевые растворы в качестве ингибирующей добавки
содержат алюмокалиевые квасцы и гидрооксид калия. Этот раствор
является поставщиком одно- и трехвалентных катионов, обеспечивающих двойное ингибирование. Ингибирующий эффект достигается вследствие блокирования катионами калия гексагональной структуры глинистых минералов и снижения их гидратации. Гидроокись
алюминия, образующаяся в растворе, адсорбируясь на дегидратированных выбуренных глинистых частицах, препятствует их диспергированию и переходу в буровой раствор. Поэтому его ингибирующее
действие выше, чем алюминизированного и он может использоваться также при разбуривании увлажненных глинистых отложений.
Алюмокальциевые растворы содержат в качестве ингибитора щелочные гидролизаторы портландцемента. В качестве стабилизаторов
в этих растворах используются лигносульфонаты, а для снижения
пенообразования улучшения их смазывающей способности – комбинированные ПАВ (СНПХ–7214, СНПХ–7215, ХТ–48 и др.). Они
представляют собой азотистые ПАВ в смеси блоксополимеров полиоксиалкиленов – окисей этилена и пропилена. При необходимости
комбинированные ПАВ могут быть заменены устойчивыми к кальциевой агрессии пеногасителями (триксан, МАС–200 и др.) и смазывающей добавкой (нефть). Данная система ингибирования относится
к саморегулирующимся, т. е. системам, в которых ингибитор находится в глинистом растворе одновременно в растворенной (диссоциированной) и нерастворенной (недиссоциированной) форме. Выделившиеся в результате гидролиза анионы и катионы активно влияют на
состояние глинистых пород, слагающих стенки скважины и саму выбуренную породу.
Термостойкость алюминизированного и алюмокалиевого растворов достигает 200 0С и более, а алюмокальциевого раствора – до
160 0С.
Алюминизированные растворы не теряют своих свойств и не
изменяют параметров при попадании в них пластовой воды, если
минерализация последней не превышает минерализацию фильтрата
бурового раствора.
75
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Состав и предельные значения показателей свойств растворов,
обработанных солями алюминия, приведены в табл. 30.
Аппаратура и материалы
1. Лабораторная мешалка.
2. Технические весы.
3. Мерный цилиндр.
4. Вискозиметр СПВ–5.
5. Вискозиметр ВСН–3.
6. Ареометр АГ–ЗПП.
7. Прибор ВМ–6.
8. рН–метр.
Таблица 30
Состав и свойства растворов, обработанных солями алюминия
Алюмокалиевые
Алюмокальциевые
60–90
(60–100)
(70–100)
(90–110)
(100–150)
60–90
(60–100)
(70–100)
(80–120)
(100–150)
–
–
70–110
(80–120)
(100–150)
Состав
раствора
Алюминизированные
Содержание, кг/м3
Глинопорошок
ПБМА
ПБМБ
ПББ
ПБВ
ПБД
Ингибиторы
Сернокислый 3–5
алюминий
Алюмокалиевые квасцы
KAl(SO4)2
1–5
Гидрооксид
калия (КОН)
–
1–5
–
Портландцемент
–
–
10
76
Показатели свойств
УВ,
с
θ1,
дПа
20–40
12–60
θ10,
дПа
30–
120
Ф,
см3
за
30
мин
3–5
рН
8,5–
9,5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Комбинированное ПАВ
СНПХ–7214
–
–
3–10
СНПХ–7215
–
–
(3–10)
–
3–5
(3–5)
(3–5)
(3–5)
–
3–5
(3–5)
(3–5)
(3–5)
10–15
0,3–0,5
(0,3–0,5)
(0,3–0,5)
(0,3–0,5)
10–30
0,5–1
1–3
0,3–,5
5–100
(5–10)
30–50
1–5
–
0,3–0,5
5–100
(5–10)
50–150
5
10–15
–
20
(7–10)
Понизители
фильтрации
КССБ
КМЦ
Метас
М–14
Гипан
Понизители
вязкости
ФХЛС
Хромпик
NaOH
Триксан
Нефть
Графит
Примечание: в скобках указаны взаимозаменяемые материалы
Указания по технике безопасности
1. Лабораторная работа выполняется только после инструктажа
по технике безопасности с обязательной росписью студентов в журнале по технике безопасности.
2. Допуск к приборам студентов, выполняющих лабораторную
работу, осуществляется только в присутствии преподавателя.
Методика и порядок выполнения работы
Для приготовления алюминизированных и алюмокалиевых буровых растворов используют либо бентонитовый порошок, либо буровой раствор, на котором вскрывались вышележащие горизонты.
В первом случае глину диспергируют в пресной воде до получения
пасты (14–18 % концентрации) с условной вязкостью 80–100 с. Пасту
разбавляют водой до УВ = 25–30 с и вводят 3–5 % лигносульфонатного
реагента 5 % концентрации, предварительно подщелоченного NaOH
или КОН до рН = 9,0. Полученную суспензию обрабатывают 5–10 %
раствором полимерного реагента (КМЦ, метас и т. д.) в количестве
0,3–0,5 % и, вследствие ее загустевания, проводят обработку (повтор77
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ную) лигносульфонатным реагентом. Лишь после этого осуществляют
ввод ингибирующих добавок: 0,3–0,5 % сернокислого алюминия (для
алюминизированного раствора), либо 1–5 % 10 % раствора алюмокалиевых квасцов (или алюмоаммонийных) – для алюмокалиевого раствора. Величина рН раствора поддерживается в пределах 8–9 добавками NaOH или КОН. При необходимости в раствор дополнительно
вводят утяжелитель.
Во втором случае предварительно снижают вязкость бурового
раствора до 25–30 с добавками воды или лигносульфонатного реагента (ФХЛС). На 1 м3 бурового раствора расходуется 30–50 л водощелочного раствора лигносульфоната. Если рН раствора более 10,
хромлигносульфонаты рекомендуется добавлять в виде кислых растворов (без щелочи).
При показателе фильтрации более 3–4 см3 за 30 мин раствор
предварительно обрабатывают полимерными реагентами (КМЦ,
метас, М–14 и др.). Расход их на первичную обработку составляет
2–3 кг/м3 в пересчете на сухое вещество. После стабилизации показателей бурового раствора добавляются ингибирующие добавки,
соответствующие типу приготавливаемого раствора: 5–10 л/м3 10 %
водного раствора солей алюминия или 10 % раствора алюмокалиевых квасцов. Показатель рН при этом снижается, поэтому растворы
обрабатываются соответственно каустической содой или гидрооксидом калия до получения рН = 8,5–9,5.
Алюмокальциевые растворы как правило готовят из применявшегося ранее бурового раствора, используя одноступенчатую или
двухступенчатую обработку. Для этого отбирают среднюю пробу бурового раствора объемом 6л для выбора вида обработки и подбора
конкретной рецептуры в лаборатории.
При двухступенчатом переводе раствор до получения вязкости
40–50 с предварительно в течение цикла обрабатывают комплексным
лигносульфонатным реагентом, содержащим 20–25 % лигносульфоната (ФХЛС), 1,5–2 % NaOH, 0.1–0.2 % комбинированного ПАВ и до
100 % воды (морской, технической, пластовой). Порядок его приготовления в глиномешалке следующий. В воду добавляют каустик и
после полного его растворения вводят лигносульфонат и комбинированное ПАВ. На второй ступени осуществляют непосредственно
ингибирование раствора цементной суспензией.
78
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В зависимости от сортности портландцементов используют следующие рецептуры:
– в случае быстросхватывающегося цемента – 3 %;
– для медленносхватывающегося цемента – 4 %.
Для его приготовления в глиномешалке сначала полностью растворяется NaOH, а затем при постоянном перемешивании вводят
цемент и полученную суспензию перемешивают 1–1,5 часа. Подбор
количества ингибитора, необходимого для обработки бурового раствора, осуществляется в лабораторных условиях. Наилучшей является максимальная в диапазоне от 4 до 12 % добавка, которая не
загустит раствор более чем на 10–15 с. Ввод ингибитора в буровой
раствор осуществляется постепенно в течение 2–4 циклов.
При одноступенчатом переводе все необходимые реагенты смешиваются вместе в ингибирующую композицию, которой обрабатывают
буровой раствор. Ингибирующая композиция содержит 20–25 % лигносульфонатов, 4–5 % NaOH, 1–2 % комбинированного ПАВ, 10–12 %
портландцемента и до 100 % воды.
Требуемая добавка ингибирующей композиции в буровой раствор составляет 5–15 % и подбирается в лабораторных условиях.
Оптимальной считают добавку, не вызывающую ни начального, ни
последующего загустевания.
В обоих случаях ингибирование целесообразно проводить за
150–200 м до вскрытия кровли отложений коллоидальных глин.
Аналогичным образом этот раствор может быть приготовлен и
из предварительно продиспергированной глинистой пасты.
Преподаватель задаёт тип применяемых реагентов для обработки бурового раствора и требуемые показатели их свойств.
Студенты готовят этот раствор и корректируют его параметры
в соответствии с заданными значениями.
Содержание отчета и его форма
В отчете должны быть приведены:
– номер лабораторной работы, ее тема и цель работы;
– краткая теория по теме работы;
– аппаратура и материалы;
– методика и порядок выполнения работы;
– результаты работы должны быть занесены в табл. 31;
– делается вывод о соответствии свойств приготовленного бурового раствора заданным значениям.
79
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 31
Результаты испытаний
Состав
раствора
УВ, с
θ1, дПа
θ10, дПа
Ф,
см3/30 мин
рН
ρ, кг/см3
Вопросы для защиты работы
1. Назначение буровых растворов, обработанных солями алюминия.
2. Как готовится алюминизированный и алюмокалиевый буровой раствор?
3. Как готовится алюмокальциевый буровой раствор?
28. Соленасыщенные буровые растворы
Цель и содержание: изучение состава и структуры соленасыщенных буровых растворов, приготовление и определение основных параметров раствора.
Теоретическое обоснование
Бурение скважин в солевых отложениях, чередующихся с пропластками терригенных пород, связано с технологическими трудностями, обусловленными легкой растворимостью, пластическим течением и активным влиянием солей на свойства буровых растворов.
Для предупреждения осложнений используют стабилизированные
и нестабилизированные высокоминерализованные нефтеэмульсионные и соленасыщенные глинистые растворы. Характер и степень
минерализации растворов зависит от состава вскрываемых солевых
пород. Когда в разрезе встречаются только нефильтрующие солевые
породы при небольшой глубине залегания, то нет технологической
необходимости в стабилизации растворов.
При совместном вскрытии солей и других неустойчивых и фильтрующих пород наряду с другими показателями регулируют и фильтрацию.
Соленасыщенные стабилизированные растворы применяются
и для бурения однородных толщ галита при большой глубине зале80
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
гания. В зависимости от условий и забойных температур растворы
обрабатываются различными реагентами, от которых зависит температура применения (100–200 0С).
При вскрытии соленосных пород, сложенных чередованием солей различного минералогического состава (карналлит, бишофит)
для бурения применяют буровые растворы с насыщением дисперсионной среды карналлитом (KCl∙MgCl2∙CH2O) или бишофитом
(MgCl2∙6H2O).
При высоких температурах, когда разница в растворимости
соли, насыщающей дисперсионную среду, достигает больших размеров, находят применение перенасыщенные буровые растворы. Количество избыточно вводимой соли может колебаться от 10 до 80 % по
массе от объема раствора.
Для приготовления соленасыщенных растворов используют бентонит, местные глины и палыгорскит, а также глинистый раствор,
применявшийся при разбуривании вышележащих отложений. Обязательным компонентом соленасыщенных глинистых растворов должна
быть нефть. Содержание ее находится в пределах 8–12 %. Для регулирования фильтрации в скважинах с температурой до 100 0С рекомендуется использовать модифицированный крахмал (2–2,5 %). При
140–160 0С соленасыщенный раствор целесообразно обрабатывать
высоковязкой КМЦ (2–2,5 %), а также можно применять комбинацию
модифицированного крахмала с высоковязкой КМЦ (при одновременной добавке кальцинированной соды) в соотношении 2 : 1 : 1. Повышение термостойкости до 160–180 0С Достигается добавками ингибиторов деструкции (0,3–0,5 %) ФЭС, ОПР, Na2SO3 и др.
Крахмал, эфиры целлюлозы, полиакрилаты должны применяться в сочетании с кальцинированной содой (1–1,5 %). Для разжижения соленасыщенных жидкостей применяются лигносульфонаты:
ССБ, КССБ, ФХЛС. Так как повышение щелочности среды способствует улучшению условий работы КМЦ, значение рН рекомендуется
поддерживать в пределах 8,5–9,5. Для этой цели используют каустическую соду, что не исключает применение карбоната натрия. При
необходимости расжижения соленасыщенных стабилизированных
растворов высоковязкой КМЦ можно использовать малые добавки
(0,01–0,02 %) солей хрома.
Для предупреждения образования каверн содержание NaCl доводят до насыщения. Кроме NaCl можно вводить 15–25 % сульфата
натрия или 15–20 % хлорида калия.
81
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Состав соленасыщенного нестабилизированного раствора на 1 м3
следующий: 100–200 кг глины, 255–265 кг NaCl, 80–100 л нефти, 5–10 кг
графита, 10–20 кг NaOH, 10 кг Na2CO3 и 700–710 л воды.
После обработки бурового раствора его показатели должны быть
следующими: УВ = 40–60 с, плотность 1,25–2,2 г/см3, вязкость 30–50 с,
водоотдача нестабилизированного раствора 15–40 см3 за 30 мин и стабилизированного 5–10 см3/30мин, СНС1=3–6 дПа, СНС10 = 6–10 дПа,
рН = 7–9.
Компонентный состав и предельные значения показателей
свойств соленасыщенных стабилизированных растворов приведены
в табл. 32.
Таблица 32
Состав и свойства стабилизированных и нестабилизированных
соленасыщенных растворов
Состав
раствора
Содержание,
кг/м3
Глинопорошок
ПБА
ПББ
ПБГ
ПБВ
ПБД
100–120
(100–120)
(60–80)
(120–160)
(150–200)
Стабилизаторы
Метас(М–14ВВ)
+КМЦ(ОЭЦ)
УЩР+КМЦ
КМЦ+крахмал
ОЭЦ+крахмал
Крахмал
Крахмал+КССБ
10–15+10–
15(15–20)
(40–60)+(10–15)
(5–10)+(10–20)
(5–10)+(5–10)
(20–25)
(15–20)+(40–50)
Расжижители
ФХЛС+NaOH
5:1
10–30
Спецдобавки
NaCl
Na2CO3,Na2SO4
до 300
20–30
Бихроматы
Na, K
NaOH,(KOH)
T–66(T–80)
УВ,
с
θ1,
дПа
θ10,
дПа
Ф,
см3
за 30
мин
рН
ρ,
кг/см3
40–80
20–50
40–120
3–12
8–9,5
1,25–2,2
0,1–0,5
3–5
10–30
82
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Смазочные
добавки
Нефть
Битумный
концентрат
(СМАД)
80–120
(100–120)
Примечание: в скобках указаны взаимозаменяемые материалы
Аппаратура и материалы
1. Лабораторная мешалка.
2. Технические весы.
3. Мерный цилиндр.
4. Вискозиметр СПВ–5.
5. Вискозиметр ВСН–3.
6. Ареометр АГ–ЗПП.
7. Прибор ВМ–6.
8. рН–метр.
Указания по технике безопасности
1. Лабораторная работа выполняется только после инструктажа
по технике безопасности с обязательной росписью студентов в журнале по технике безопасности.
2. Допуск к приборам студентов, выполняющих лабораторную
работу, осуществляется только в присутствии преподавателя.
Методика и порядок выполнения работы
Предварительно готовят глинистую суспензию (14–16 % концентрации). Глину диспергируют в пресной воде диспергатором (5 циклов) или через гидросмеситель с помощью механических перемешивателей (в течение 3 часов) до получения вязкости 80–100 с. На
приготовление такого раствора расходуется 150–200 кг глины и
940–920 л воды. После диспергирования глинистую суспензию разбавляют водой. Вводят 1–2 % полимера-понизителя водоотдачи,
а затем NaCl до насыщения и сульфанат натрия. При необходимости
утяжеления параллельно с NaCl добавляют утяжелитель.
Для снижения вязкости добавляют хромлигносульфонаты
(ФХЛС) 5 % концентрации. Для улучшения технологических параметров и обеспечения смазочных свойств в раствор вводят 10–12 %
нефти или 10–12 % битумного концентрата (15 % раствора нефтяно83
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
го высококислотного битума в маловязкой нефти или дизтопливе)
и 0,2 % сульфонола. рН раствора поддерживают в пределах 8,5–9,5
добавками щелочи.
Переход на соленасыщенный буровой раствор осуществляют за
30–40 м до вскрытия соленосной толщи. В качестве основы для его
получения может быть использован ранее применявшийся раствор.
В таком случае отпадает необходимость в приготовлении исходной
суспензии.
Нестабилизированная промывочная жидкость может переводиться в стабилизированную в следующей последовательности. Исходный раствор обрабатывают кальцинированной содой до полного
удаления ионов кальция. Затем для повышения структурно–механических свойств, снижения водоотдачи и стабилизации соленасыщенной системы вводят комплексную добавку (из глины, УЩР, кальцинированной соды и КМЦ), которую готовят непосредственно по
следующей технологии.
Пресную глинистую суспензию обрабатывают пастой с УЩР
(10 : 3) до получения водоотдачи 2–3 см3. Затем в нее вводят кальцинированную соду (2 %) до полного удаления ионов кальция. После
суточного отстоя этот раствор обрабатывают КМЦ (0,3–0,5 % сухого
вещества к объему раствора). 15–20 % приготовленной смеси к объему промывочной жидкости вводят в циркулирующий через скважину соленасыщенный раствор. Одновременно промывочная жидкость
дозасаливается. Обработку продолжают до получения необходимых
структурно-механических характеристик.
Если соленасыщенный (стабилизированный или нестабилизированный) раствор приготавливается на основе гуматного раствора, при добавке соли возможно сильное загущение системы за счет
образования дополнительной коллоидной фазы из высоленных гуматов. Для предотвращения указанных недостатков (процессов) раствор предварительно разбавляется водой до вязкости 25 с, вводится
нефть с графитом, а затем в течение нескольких циклов циркуляции
вводят соль. Она вводится в течение нескольких циклов круговой
циркуляции раствора через ФСМ или гидромешалку.
Соленасыщенный раствор может приготавливаться по следующей технологии.
Глинопорошок диспергируют в пресной воде вместе с ФХЛС (соотношение 10 : 1,25). Приготовленный таким образом гидратирован84
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ный глинопорошок вводят в рассол NaCl и диспергируют 2–4 часа,
после чего проводят окончательное засоление раствора.
До температур 100–110 0С используют растворы с обработкой
крахмалом, до 150 0С– КМЦ с антиоксидантами, выше 150 0С– акриловыми полимерами.
Нестабилизированный соленасыщенный раствор готовят из
предварительно гидратированного в пресной воде глинопорошка,
кальцинированной и каустической соды.
Глинистую суспензию обрабатывают нефтью в сочетании с графитом, затем вводят соль до насыщения и при необходимости– утяжелитель.
Технология приготовления перенасыщенных солью растворов
заключается в следующем.
В воде, обработанной 0,5 % анионактивных ПАВ (сульфонол,
ДС–РАС и др.) растворяют поваренную соль до насыщения. ПАВ выполняет роль регулятора процесса кристаллизации и роста микрокристаллов. В приготовленный рассол вводят 5–15 % солеустойчивой
глины (палыгорскит 5–10 %, другиновская 10–15 %), затем раствор
обрабатывают реагентами–понизителями фильтрации (крахмал до
3 %, КМЦ 2,5–3 %, гипан 1,5–2 % и т. д.) и в стабилизированную систему вводят от 10 до 80 % мелкодисперсной NaCl и гидрофобизированную нефть в соотношении 10 : 1. Холодная фильтрация такого
раствора ниже, чем у исходного соленасыщенного, а структурно-механические характеристики изменяются незначительно.
В зависимости от содержания мелкодисперсной NaCl вязкость
системы может колебаться от 35 с (10 %) до 75 с (80 %). Статическое
напряжение сдвига с увеличением хлористого натрия растет по параболическому закону.
Преподаватель задаёт тип бурового раствора, реагенты для его
обработки и требуемые показатели их свойств.
Студенты готовят этот раствор и корректируют его параметры
в соответствии с заданными значениями.
Содержание отчета и его форма
В отчете должны быть приведены:
– номер лабораторной работы, ее тема и цель работы;
– краткая теория по теме работы;
– аппаратура и материалы;
85
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– методика и порядок выполнения работы;
– результаты работы должны быть занесены в табл. 33;
– делается вывод о соответствии свойств приготовленного бурового раствора заданным значениям.
Таблица 33
Результаты испытаний
Состав
раствора
УВ, с
θ1, дПа
θ10, дПа
Ф,
см3/30 мин
рН
ρ, кг/см3
Вопросы для защиты работы
1. Назначение соленасыщенных буровых растворов.
2. Какие реагенты применяются для приготовления соленасыщенных растворов?
3. Как готовятся перенасыщенные солью растворы?
29. Приготовление тампонажного раствора
Цель и содержание: получение навыков по приготовлению тампонажного раствора.
Теоретическое обоснование
Свойства тампонажного раствора зависят от многих факторов,
основными из которых являются:
– химико-минералогический состав;
– качество и количество наполнителей;
– водо-цементное отношение;
– количество и природа химических добавок;
– режим перемешивания;
– температура твердения;
– давление и др.
К важнейшим свойствам и параметрам цементного раствора могут быть отнесены: плотность, растекаемость (подвижность), седиментационная устойчивость, водоотдача, сроки схватывания, время
загустевания, реологические характеристики и др.
Для получения устойчивых и сравнимых результатов испытаний их доведение стандартизировано.
86
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Аппаратура и материалы
1. Лабораторная мешалка.
2. Весы технические.
3. Сферическая чашка диаметром 300 мм при глубине 100 мм.
Если количество раствора будет превышать 1 литр, то рекомендуется
применять чашку с диаметром 400 мм при глубине 100 мм (рис. 10).
4. Лопатка-мастерок с диаметром лопатки 100 мм (рис. 11).
5. Мерный цилиндр для дозирования воды.
Рис. 10. Чашка для приготовления тампонажного раствора
Рис. 11. Лопатка для приготовления тампонажного раствора
Указания по технике безопасности
1. Лабораторная работа выполняется только после инструктажа
по технике безопасности с обязательной росписью студентов в журнале по технике безопасности.
2. Допуск к инструменту и материалам студентов, выполняющих
лабораторную работу, осуществляется только в присутствии преподавателя.
Методика и порядок выполнения работы
Отбирают среднюю пробу цемента, которую хранят в лаборатории в плотно закрытой таре.
Температура помещения – 20±3 °С.
87
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Питьевая вода – по ГОСТ 2874-82.
Пробу цемента просеивают через сито № 09 по ГОСТ 3584-82.
Цемент взвешивают с погрешностью ±2 г.
Воду взвешивают с точностью ±1 г или отмеряют с погрешностью ±1 мл.
Для всех видов испытаний используют цементное тесто с водосодержанием Вц, часто называемым водо-цементным отношением
В/Ц: для тампонажного портландцемента Д0 и Д20 – 0,5; для других
видов В/Ц подбирают так, чтобы растекаемость цементного теста
была в пределах и 180...200 мм.
Приготовление цементного теста выполняют в мешалке по
ГОСТ 26798.1–85 с частотой вращения лопастей 1500±100 мин–1.
Время перемешивания 180±10 с.
Цементное тесто допускается готовить вручную. Для этого пробу цемента всыпают в сферическую чашку, предварительно протертую влажной тканью, и в один прием вливают воду. Перемешивают
180±10 с с момента вливания воды, а цементное тесто из гидрофобных цементов – в течение 300±10 с.
Содержание отчета и его форма
В отчете должны быть приведены:
– номер лабораторной работы, ее тема и цель работы;
– краткая теория по теме работы;
– аппаратура и материалы;
– методика и порядок выполнения работы;
– делается вывод о влиянии водо-цементного отношения на
свойства тампонажного раствора.
Вопросы для защиты работы
1. Назначение тампонажного раствора при бурении скважин.
2. Основные свойства тампонажного раствора.
30. Определение плотности тампонажного раствора
Цель и содержание: изучение метода определения плотности тампонажного раствора.
Теоретическое обоснование
Плотностью тампонажного раствора называется масса единицы объема. Плотность является наиболее важной характеристикой
88
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тампонажного раствора.
Теоретическое обоснование
Плотностью тампонажного раствора называется масса единицы
объема. Плотность является наиболее важной характеристикой цементного
цементного
раствора и одним из важных показателей качества тамраствора и одним из важных показателей качества тампонажного раствора
понажного раствора при его приготовлении и транспортировании
при его приготовлении и транспортировании в скважину.
в скважину.
Плотность тампонажного раствора зависит в основном от
Плотность тампонажного раствора зависит в основном от водоводосодержания (или водо-цементного отношения) и плотности цементного
содержания (или водо-цементного отношения) и плотности цементи воды
затворения.
Для двухкомпонентной
смеси вода-цемент
ного порошка
порошка
и воды
затворения.
Для двухкомпонентной
смеси воплотность
может
быть
определена
по
формуле:
да-цемент плотность может быть определена по формуле:
В 1
цр  ц
,
1 Вц

ц  ж
3
цр – плотность цементного раствора, г/см ; 3Вц – водо-цементное
где ρгде
– ρплотность
цементного раствора, г/см ; Вц – водо-цементное
цр
отношение
массе); ρ
ρц,, ρρж –– плотность
цементного
порошка
и жидкости
отношение (по(помассе);
плотность
цементного
порошка
и жидц
ж
3
3
соответственно,
г/см .
костизатворения
затворения
соответственно,
г/см .
Воздухововлечение в цементный раствор может искажать истинное
Воздухововлечение
в цементный раствор может искажать истинзначение
измеренной
при атмосферном
давлении. Вдавлении.
этом
ное значениеего
егоплотности,
плотности,
измеренной
при атмосферном
случае
цементный
раствор при
испытании
В этом
случае
цементный
раствор
привакуумируют.
испытании вакуумируют.
Из формулы
видно,
требуемой
консистенИз формулы
видно,что
что при
при сохранении
сохранении требуемой
консистенции
ции плотность
тампонажного
раствора
можно
снизить
за
счет:
плотность тампонажного раствора можно снизить за счет:
– повышения
водосодержания,
добавляя
к цементу
минераль– повышения
водосодержания, добавляя
к цементу
минеральные
ные порошки,
способные
связывать
большое
количество
воды
(глипорошки, способные связывать большое количество воды (глина, трепел,
на, трепел, опока и др.);
опока и др.);
– снижения плотности минерального порошка, добавляя к це– снижения
плотности
минерального
порошка,
добавляя
к цементу (нементу мелкие
фракции
твердых
веществ
с малой
плотностью
фтяной кокс, гильсонит, цеолит, асфальты, пеки, битум и др.), или
добавляя к цементу газонаполненные микросферы (пластмассовые,
стеклянные, керамические), или диспергируя в тампонажный раствор определенное количество воздуха, специально подаваемого
компрессором.
Увеличить плотность цементного раствора можно за счет:
– снижения водоцементного отношения путем введения пластифицирующих добавок (лигносульфонатов, дубильных веществ, меламиноформальдегидных смол и др.);
– повышения плотности минерального порошка, добавляя к базовому цементу порошки с повышенной плотностью (барит, гематит,
магнетит, сидерит и др.);
– повышения плотности жидкости затворения (затворяя на растворе NaCl, CaCl2 и др.).
89
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
По средней плотности цементного теста, кг/м3 тампонажные цементы подразделяют на:
– легкие, ниже 1400;
– облегченные от 1400 до 1650;
– нормальные от 1650 до 1950;
– утяжеленные от 1950 до 2300;
– тяжелые – выше 2300.
В лабораторных условиях плотность тампонажного раствора
определяют с помощью мерных сосудов (пикнометров).
В промысловой практике (иногда в лабораториях) плотность
тампонажного раствора определяют с помощью ареометров. Наибо61 ареометры типа АГ–1, АГ–2 или
лее часто используют специальные
АГ–3ПП.
3. Чаша и лопатка.
Аппаратурацементного
и материалы
4. Мешалка для перемешивания
теста.
1. Лабораторные
весы.
5. Ареометр АГ–3ПП.
2. Пикнометр вместимостью 100±0,5 мл.
Указания по технике безопасности
3. Чаша и лопатка.
4. Мешалка
для перемешивания
цементного
теста.
1. Лабораторная
работа выполняется
только после
инструктажа по
5.
Ареометр
АГ–3ПП.
технике безопасности с обязательной росписью студентов в журнале по
Указания по технике безопасности
технике безопасности.
1. Лабораторная
работа выполняется только после инструктажа
2. Допуск к приборам студентов, выполняющих лабораторную работу,
по технике безопасности с обязательной росписью студентов в журосуществляется
в присутствии преподавателя.
нале
по техникетолько
безопасности.
2. Допуск к Методика
приборам
студентов,
выполняющих
и порядок
выполнения
работы лабораторную
работу,Определяют
осуществляется
только
в
присутствии
массу чистого сухого пикнометра спреподавателя.
погрешностью до 1 г.
Методика
и порядок
выполнения
работы пикнометр
Готовят цементное
тесто.
По окончании
перемешивания
Определяют массу чистого сухого пикнометра с погрешностью
заполняют цементным тестом и закрывают крышкой, при этом цементное
до 1 г. Готовят цементное тесто. По окончании перемешивания пикнотесто
должно заполнить
канал в тестом
крышке пикнометра.
метр
заполняют
цементным
и закрывают крышкой, при этом
цементное
тестоизбыток
должно теста,
заполнить
канал в крышке
пикнометра.
Удаляют
выступивший
из отверстия
в крышке
Удаляют
избыток
теста,
выступивший
из
отверстия
в крышке
пикнометра. Массу пикнометра с цементным тестом определяют
с
пикнометра. Массу пикнометра с цементным тестом определяют с попогрешностью до 1,0 г. Плотность цементного теста вычисляют с
грешностью
до 1,0 г. Плотность цементного теста вычисляют с окру3
3
округлением
10 кг/м
по формуле:
по формуле:
глением
до 10докг/м
(M  М1)
цр  2
1000 , кг/м3,
V
масса пустого
г; М2г;– М
масса
пикнометра
с цементным
1––масса
гдегдеMM
пустогопикнометра,
пикнометра,
– масса
пикнометра
с це1
2
тестом, г;тестом,
V – вместимость
пикнометра, мл.
ментным
г; V – вместимость
пикнометра, мл.
Измерение плотности цементного раствора с помощью ареометра
90
производится аналогично измерению плотности
промывочной жидкости.
Содержание отчета и его форма
В отчете должны быть приведены:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Измерение плотности цементного раствора с помощью ареометра производится аналогично измерению плотности промывочной
жидкости.
Содержание отчета и его форма
В отчете должны быть приведены:
– номер лабораторной работы, ее тема и цель работы;
– краткая теория по теме работы;
– аппаратура и материалы;
– методика и порядок выполнения работы;
– результаты работы должны быть занесены в табл. 34;
– делается вывод о соответствие данного цемента ГОСТу по
плотности или соответствие измеренной плотности цементного раствора проектному заданию.
Таблица 34
Результаты определения плотности
Состав, г
цемент
добавка
вода
Плотность,
кг/м3
Средняя
плотность,
кг/м3
Вопросы для защиты работы
1. Как можно снизить или повысить плотность тампонажного
раствора?
2. Как определяется плотность тампонажного раствора с помощью пикнометра?
3. Как определяется плотность тампонажного раствора с помощью ареометра?
31. Определение растекаемости тампонажного раствора
Цель и содержание: изучение метода определения растекаемости
тампонажного раствора.
Теоретическое обоснование
Растекаемость – условная мера подвижности тампонажного раствора. Определяется она с помощью конуса АзНИИ (рис. 12).
91
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Прибор состоит из усеченного полого конуса 1, имеющего размеры: внутренний диаметр верхнего основания 36±0,5 мм, нижнего
64±0,5 мм, высота 60±0,5 мм, объем 120 мл. масса не менее 300 г. Конус
устанавливается на стеклянный круг 8, под которым имеется шкала
2, расчерченная концентрическими окружностями, нанесенными
через 5 мм. Основание шкалы 3 вместе со стеклом устанавливается
в горизонтальное положение по уровню 4 с помощью регулировочных винтов 6, служащих одновременно и опорами прибора. Конус
устанавливается в центре круга. Для предотвращения возможного
самопроизвольного поднятия конуса при заполнении его цементным
раствором его масса должна составлять не менее 300 г. Внутренняя
поверхность конуса делается полированной.
Рис. 12. Конус АзНИИ
1 – конус; 2 – шкала; 3 – основание шкалы;
4 – уровень; 5 –опора; 6 – регулировочный винт;
7 – фиксатор; 8 – стеклянный круг
Аппаратура и материалы
1. Конус АзНИИ.
2. 500 г цемента.
3. Сферическая чашка с лопаткой.
4. Весы.
Указания по технике безопасности
1. Лабораторная работа выполняется только после инструктажа
по технике безопасности с обязательной росписью студентов в журнале по технике безопасности.
2. Допуск к приборам студентов, выполняющих лабораторную
работу, осуществляется только в присутствии преподавателя.
Методика и порядок выполнения работы
1. Отвесить 500 г цемента и поместить его в сферическую чашку.
2. Влить в чашку в один прием 250 мл воды и энергично перемешать полученную массу в течение 3 мин.
92
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Приготовленный раствор заливается в конус вровень с верхним торцом конуса.
4. Затем конус резко поднимают вертикально вверх. Цементный
раствор растекается по стеклу. С помощью концентрической шкалы
снимают четыре отсчета. По ним вычисляют средний диаметр круга
расплыва, который и характеризует растекаемость раствора.
Цементный раствор считают достаточно подвижным, если его
растекаемость равна 18 см. Для получения правильных результатов
необходимо, чтобы внутренняя поверхность конуса и стекла перед
испытаниями были протерты влажной тканью.
Содержание отчета и его форма
В отчете должны быть приведены:
– номер лабораторной работы, ее тема и цель работы;
– краткая теория по теме работы;
– аппаратура и материалы;
– методика и порядок выполнения работы;
– результаты работы должны быть занесены в табл. 35;
– делается вывод о растекаемости тампонажного раствора.
Таблица 35
Результаты измерения растекаемости
Состав раствора, г
цемент
добавка
вода
В/Ц
Отсчет по
шкале, мм
Растекаемость,
мм
Вопросы для защиты работы
1. Что характеризует растекаемость тампонажного цемента?
2. Как определяется растекаемость тампонажного цемента?
3. Какую растекаемость считают удовлетворительной?
32. Определение сроков схватывания тампонажного раствора
Цель и содержание: изучение метода определения сроков схватывания тампонажного раствора.
Теоретическое обоснование
Сроки начала и конца схватывания характеризуют соответственно время, в течение которого цементный раствор сохраняет
подвижность и превращается в камень.
93
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
На эти показатели влияют многие факторы: вид и состав цемента, водо-цементное отношение, продолжительность хранения цемента, состав жидкости затворения, температура и давление.
Время, прошедшее с момента приготовления тампонажного цемента до момента, когда игла при погружении в раствор не доходит
на 1–2 мм до дна конического кольца, называют сроком начала схватывания. Время, прошедшее от начала приготовления тампонажного
цемента до момента, когда игла погружается в раствор не более чем
на 1 мм, называется сроком конца схватывания.
По сроку начала схватывания можно приблизительно судить
о сроке начала загустевания. По разнице в сроках конца и начала
схватывания косвенно судят о темпе нарастания начальной прочности цементного камня.
Сроки схватывания цементного раствора, предназначенного для
«холодных» скважин, определяют на воздухе при температуре 22±2 °С.
Для определения сроков схватывания цементного раствора, предназначенного для «горячих» скважин, кольцо с раствором хранят
в водном термостате с пресной водой, в котором температура 75±3 оС.
Для определения сроков схватывания цементных растворов при
температуре до 95 °С и без воздействия давления применяют прибор
Вика (рис. 13). Прибор Вика состоит из цилиндрического стержня 1,
свободно перемещающегося во втулке 5 и укрепленного на станине
9. Ось стержня перпендикулярна к плите 8 станины. Для закрепления стержня на желаемой высоте служит пружинная защелка 6. На
стержне укреплен указатель 3, а на станине – шкала 4 с делениями
0...40 мм. Положение указателя на стержне регулируется стяжным
винтом 2. В нижнюю часть стержня ввинчивается оправка со сменной стальной иглой 7 диаметром 1,1 мм и длиной 50 мм.
Коническое кольцо для цементного раствора имеет размеры:
внутренний диаметр верхнего основания – 65±0,5 мм, нижнего –
75±0,5 мм, высота – 40±0,5 мм. Перед началом испытаний следует
проверить, свободно ли опускается стержень прибора и совпадает
ли (при соприкосновении иглы с пластинкой) указатель стержня и
нулевое деление шкалы. В случае их несовпадения проводят регулировку прибора – передвигают шкалу прибора.
94
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 9. Прибор Вика
Аппаратура и материалы
1. Прибор Вика.
2. Термометр.
3. Водный термостат.
4. Тампонажный раствор.
5. Машинное масло.
6. Часы.
Указания по технике безопасности
1. Лабораторная работа выполняется только после инструктажа
по технике безопасности с обязательной росписью студентов в журнале по технике безопасности.
2. Допуск к приборам студентов, выполняющих лабораторную
работу, осуществляется только в присутствии преподавателя.
Методика и порядок выполнения работы
Определение сроков схватывания цементов для низких
и нормальных температур
Проверяют прибор Вика. Кольцо прибора Вика и подставку
к нему предварительно смазывают маслом любой марки и устанавливают кольцо на подставку.
Готовят цементное тесто. Кольцо прибора Вика в один прием
заполняют цементным тестом. Иглу прибора доводят до соприкосновения с поверхностью цементного теста. В этом положении закре95
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
пляют стержень стопором, затем освобождают стержень, давая игле
возможность свободно погружаться в цементное тесто.
Первое погружение иглы в цементное тесто производят не позднее, чем через 1 ч 45 мин, 2 ч и 2 ч 15 мин, а в дальнейшем – не реже
чем через каждый час. При этом иглу следует устанавливать вровень
с верхним уровнем раствора. При отпускании зажима, во избежание резкого удара иглы о данную пластинку, стержень следует слегка
придерживать рукой. После каждого погружения иглу следует вытирать, а кольцо с раствором поворачивать, чтобы игла каждый раз
погружалась в новое место.
Температура испытания установлена 22±2 °С.
Определение сроков схватывания цементов
для умеренных температур
Подготовку к испытаниям проводят по вышеприведенной схеме.
Кольцо Вика накрывают металлической или стеклянной пластинкой
и помещают в водный термостат таким образом, чтобы уровень воды
над кольцом был не менее 2 см. Через 1 ч 30 мин кольцо с цементным
тестом вынимают из термостата и проводят испытания. Повторные
испытания проводят до фиксации начала схватывания через каждые
15 мин, а в дальнейшем – не реже, чем через каждые 30 мин. После
каждого испытания кольцо снова помещают в термостат. Температура испытания – 75±3 °С.
Определение сроков схватывания цементов
для повышенных температур
Готовят цементное тесто. Кольцо устройства для определения
сроков схватывания смазывают тонким слоем пластичной смазки.
Цементное тесто заливают в кольцо, закрепляют его в устройстве и
помешают в автоклав УВЦ–2, который полностью заполняют рабочей жидкостью согласно инструкции к нему и герметизируют.
Погружать иглы следует в соответствии с программой испытаний.
Результаты погружений определяют согласно инструкции по
эксплуатации устройства для определения сроков схватывания.
Интервал времени между последующими погружениями иглы
не должен превышать 1 час.
Испытания проводят при температуре 90±3 °С и давлении 40±2 МПа.
В лабораторный журнал заносят дату испытания, тип цемента,
жидкость затворения, рецептуру тампонажного раствора, режим испытания, начало схватывания, конец схватывания, общий результат
и выводы.
96
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Содержание отчета и его форма
В отчете должны быть приведены:
– номер лабораторной работы, ее тема и цель работы;
– краткая теория по теме работы;
– аппаратура и материалы;
– методика и порядок выполнения работы;
– результаты работы должны быть занесены в табл. 36;
– делается вывод о соответствии испытанного цемента требованиям стандарта по табл. 37.
Таблица 36
Результаты измерения сроков схватывания раствора
Сроки схватывания, ч–мин
Цемент
начало
конец
Время (с начала
затворения)
Для нормальных
температур
Для умеренных
температур
Требования к срокам схватывания (ч–мин)
Назначение
тампонажного
цемента
Для нормальных
температур
Для умеренных температур
Сроки
схватывания
Таблица 37
Виды тампонажного
портландцемента
утяжеленный облегченный
начало
схватывания не
позднее
2 – 00
2 – 00
конец схватывания не позднее
12 – 00
18 – 00
начало
схватывания не
позднее
1 – 45
1 – 45
конец схватывания не позднее
6 – 00
8 – 00
97
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вопросы для защиты работы
1. Что называется сроком начала и конца схватывания тампонажного раствора?
2. Как определяются сроки схватывания для низких и нормальных температур?
3. Как определяются сроки схватывания для повышенных температур?
33. Регулирование плотности тампонажного раствора
Цель и содержание: изучение влияния химических реагентов на
водоотдачу промывочной жидкости.
Теоретическое обоснование
Условия сохранения равновесия скважины и пласта требуют регулирования плотности тампонажного раствора.
Принято считать, что плотность тампонажного раствора должна
быть равна плотности бурового раствора или несколько превышать его.
Наиболее известными добавками для снижения плотности тампонажного раствора являются бентонит, перлит, пуццолановые материалы, диатомовая земля, гильсонит (асфальт) и др.
При использовании большинства из этих добавок снижение
плотности тампонажного раствора происходит за счет повышения
его водопотребности. Во всех случаях введение облегчающих добавок приводит к снижению прочности цементного камня и повышению его пористости.
Утяжеляющими добавками являются барит, магнетит, гематит,
сидерит, крупный кварцевый песок, и др.
Характеристика некоторых из вышеперечисленных добавок
приведена в табл. 38.
Плотность тампонажного раствора можно также повысить за
счет снижения его водопотребности при использовании суперпластификаторов.
98
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Характеристика некоторых добавок
Водопотребность Вд,
см3/г
Наименование
Портландцемент
Облегчающие добавки:
бентонит
бентонитовая глина
кремнегель
ионообменные смолы
диатомит
мел
Утяжелители:
песок кварцевый
барит
гематит
сидерит
Таблица 38
Плотность порошка,
г/см3
0,4 – 0,5
3,12 – 3,17
3,0 – 4,0
1,4 – 2,0
2,1 – 2,2
0,9 – 1,0
3,0
0,8
2,5
2,4 – 2,62
1,6 – 1,62
1,1 – 1,21
2,1
2,4 – 2,6
0,2
0,2
0,2
0,3
2,5 – 2,6
3,9 – 4,2
4,3 – 4,4
3,8 – 4,1
Аппаратура и материалы
1. Чаша.
2. Лопатка.
3. Мерный цилиндр.
4. Плотномер.
5. Конус АзНИИ.
6. Линейка.
7. Весы.
Указания по технике безопасности
1. Лабораторная работа выполняется только после инструктажа
по технике безопасности с обязательной росписью студентов в журнале по технике безопасности.
2. Допуск к приборам студентов, выполняющих лабораторную
работу, осуществляется только в присутствии преподавателя.
Методика и порядок выполнения работы
Расчет расхода материалов для приготовления тампонажного
раствора заданной плотности
А. Определение водопотребности добавок.
Готовят тампонажный раствор по стандартной методике без
добавки и с ней в объеме около 300 см3. Проверяют растекаемость
99
заданной плотности
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Готовят тампонажный
раствор водопотребности
по стандартной добавок
методике без добавки и
А. Определение
3
Готовятоколо
тампонажный
по стандартной
методикетампонажного
без добавки и
с ней в объеме
300 смраствор
. Проверяют
растекаемость
3
с ней Количество
в объеме около
300 затворения
см . Проверяют
растекаемость
тампонажного
раствора.
воды
должно
быть таким,
чтобы
тампонажного
воды затворения
быть
раствора.раствора.
КоличествоКоличество
воды
должно быть должно
таким, чтобы
растекаемость
составляла
18–19
см. затворения
таким, чтобы
растекаемость
составляла
18–19
см.
растекаемость
составляла
18–19 см.
Измеряют плотность
тампонажного
раствора без добавки и с ней.
Измеряют
плотность
тампонажного
без
добавки
и с ней.
Измеряют плотность тампонажногораствора
раствора без
добавки
и с ней.
известном
количественномсоставе
составемногокомпонентного
многокомпонентного
При При
известном
количественном
При известном количественном составе многокомпонентного
тампонажногораствора
раствора его
выражается
формулой:
тампонажного
егоплотность
плотность
выражается
формулой:
тампонажного раствора его плотность выражается формулой:
В 1
(1)
цр 
В 1 ,
(1)
цр Ац Ад 1 ,
А
ц Ад 1
ц  д ж
ц
д
ж
Ади– А
массовая
Вгде
– водо-смесевое
отношение
тампонажного
раствора;
АА
где Вгде
– водо-смесевое
отношение
тампонажного
раствора;
– масц иА
В – водо-смесевое
отношение
тампонажного
раствора;
д
ц и цАд – массовая
совая
доля
соответственно
цемента
и
добавки
в
тампонажной
смеси;
ρ,
доля доля
соответственно
соответственноцемента
цементаи и добавки
добавки в в тампонажной
тампонажной 3 смеси;
смеси;ц
цемента,
добавки
и
воды
соответственно,
г/см
ρд, ρжρ –, ρплотность
33 .
– плотность цемента, добавки и воды соответственно, г/см .
ц
д,ρρ
ц,жρд, ρж – плотность цемента, добавки и воды соответственно, г/см .
Из формулы
(1) находят плотность цементного порошка и доИз формулы
(1) находят
плотность
цементного
Из
формулы
(1) находят
плотность
цементногопорошка
порошкаиидобавки:
добавки:
бавки:
1 1 , ,
(2)
ц ц 
В В111 1

црцр  ж ж
А Ад
(3)
(3)
 д  д  В 1 д Ац 1, ,
В 1 Ац 1
  
цр црц ц  ж ж
Водо–смесевое
отношение
тампонажногораствора
раствора с с добавкой
добавкой
Водо-смесевое
отношение
тампонажного
Водо–смесевое отношение тампонажного раствора с добавкой
определяется
по формуле:
определяется
по формуле:
определяется по формуле:
В =В В
+ ВВдд·А∙ дА
(4)
73
= цВ∙ц А
·Ац +
, д,
(4)
В = В ·А + В ·А ,
(4)
ц
ц
д
д
где Вц добавки.
– водо-цементное
отношение
тампонажного
раствора
без добавки;
где Вц – водо-цементное
отношение
тампонажного
раствора
без доВд – водопотребность
где ВВц––водопотребность
водо-цементное отношение
тампонажного раствора без добавки;
бавки;
добавки.
д
Из формулы
(4) находят
Вд:
Из формулы
(4) находят
Вд:
Вд 
В  Вц  Ац
Ад
,
(5)
Для экспериментов
готовят
составатампонажного
тампонажного раствора,
раствора,
Для экспериментов
готовят
двадва
состава
отличающиеся по плотности на 15–20 % и Вд берут как среднее из
отличающиеся
по результатов.
плотности на 15–20 % и Вд берут как среднее из этих двух
этих двух
Результаты
испытаний и расчетов заносят в табл. 39.
результатов.
Б. Расчет расхода компонентов тампонажного раствора с заРезультаты
испытаний и расчетов заносят в табл. 24.
данной плотностью.
его плотОбщий
объем
тампонажного
растворараствора
Vцр и значение
Б. Расчет расхода
компонентов
тампонажного
с заданной
ности ρцр назначают из проекта строительства скважин.
плотностью
100
Общий объем тампонажного раствора Vцр и значение его плотности ρцр
назначают из проекта строительства скважин.
Массовая доля добавки приплотностью
заданной плотности тампонажного
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Общий
объем
тампонажного
раствора Vцр и значение его плотности ρцр
аствора может
быть
вычислена
по формуле:
назначают из проекта строительства скважин.
Вц
В 1 1
доля добавки при заданной плотности тампонажного
Массовая
доля добавки при заданной плотности тампонажного
цр по формуле:
ж
раствора
может
быть
вычислена
ц по
раствора
формуле: .
(6)
 быть вычислена
Адможет
1В 111  В1ц 1
( Вд  Вц )(    )  
 жцр црц жц  д .
(6)
Ад 
1
1
1
1
( Вд  Вц )(

)

Массовая доля цемента будет
равна:
 ж цр ц  д
Массовая
Массовая
долядоля
цемента
равна:
Ацбудет
= 1 –будет
Ад. равна:
Массовая
цемента
(7)
Ац =А1 –
. А
= А1д–
(7)
,
(7)
Масса сухих компонентов для ц приготовления
требуемого или
д
Масса
сухих
Масса
сухихкомпонентов
компонентовдля
для приготовления
приготовления требуемого
требуемого или
или
аданного
объема
Vцр объема
тампонажного
раствора
равна:
заданного
Vцр тампонажного
раствора
заданного
объема
Vцр тампонажного
раствора
равна: равна:
 
М с МVцрV црВ . 1 .
В 1
цр
с
В том числе:
цр
В том числе:
В том
числе: порошка:
– масса
цементного
–
масса
цементного
порошка:
– масса цементного
порошка:
М =А ·М
ц
ц
с
· 1,05.
Мц = АцМ· цМ=с А· ц1,05.с ∙ 1,05,
– добавки:
Мд = Ад · Мс · 1,05.
– добавки:
М = Ад ∙ Мс ∙ 1,05,
– жидкости затворения: д
– жидкости затворения:
– добавки:
74
∙М
Мж = В · Мс · 1,1.
Мж = В ∙ Мс ∙ 1,1.
(8)
(8)
(9)
(9)
(9)
(10)
(10)
(11)
(11)
Определяют выход V1, м3, тампонажного
раствора заданной плотности
3
Определяют выход V1, м , тампонажного раствора заданной
ρцрплотности
на 1т цемента:
ρ на 1 т цемента:
цр
V1 
В 1
.
 цр
На
основании расчетных
расчетных значений
значений делают
делаютпробное
пробноезатворение
затворение
На основании
тампонажного
раствора,
уточняют
плотность,
растекаемость
и
тампонажного
раствора,
уточняют
егоего
плотность,
растекаемость
и при
при необходимости регулируют эти характеристики, изменяя коли-
необходимости
регулируют
эти характеристики, изменяя количество добавки
чество добавки
и виды затворения.
и видыРезультаты
затворения.расчетов заносят в табл. 40.
Результаты расчетов
заносят отчета
в табл. 25.и его форма
Содержание
В отчете должны
быть приведены:
Содержание
отчета и его форма
–
номер
лабораторной
работы,
В отчете должны быть приведены:ее тема и цель работы;
– краткая теория по теме работы;
– номер лабораторной работы, ее тема и цель работы;
– краткая теория по теме работы;
101
– аппаратура и материалы;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– аппаратура и материалы;
– методика и порядок выполнения работы;
– результаты работы должны быть занесены в табл. 39 и 40:
– сравнить замеренную плотность цементного раствора с расчетной;
– сопоставить результаты замеров для тампонажных растворов
различной плотности.
Таблица 39
Результаты испытаний и расчетов по п. А
В
Вц
Ац
Ад
ρцр
ρц
ρж
ρд
Таблица40
Результаты расчетов по п. Б
Vцр
V1
ρцр
Вд
Мц
расчетные значения
Вд
Мд
Мж
экспериментальные значения
Вопросы для защиты работы
1. Какие добавки используются для регулирования плотности?
2. Как определяется водопотребность добавок?
3. Как определяется расход компонентов тампонажного раствора с заданной плотностью?
102
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ЛИТЕРАТУРА
Основанная
1. Рязанов Я. А. Энциклопедия по буровым растворам. – Оренбург: Изд. Летопись, 2005. – 664 с.
Дополнительная
1. Булатов А. И., Макаренко П. П., Проселков Ю. М. Буровые
промывочные и тампонажные растворы: учеб. пособие для вузов. –
М.: Недра, 1999.
2. Проселков Ю. М., Проселков Е. Б. Лабораторный практикум
по буровым промывочным и тампонажным растворам: учеб. пособие. – Краснодар: КубГТУ, 1999.
3. Булатов А. И., Пеньков А. И., Проселков Ю. М. Справочник по
промывке скважин. – М.: Недра, 1984.
103
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие......................................................................................................3
Лабораторные работы.....................................................................................4
1. Определение плотности промывочной жидкости...............................4
2. Определение содержания газа и истинной плотности промывочной жидкости....................................................................................................6
3. Определение условной вязкости промывочной жидкости...............8
4. Определение статического напряжения сдвига промывочной
жидкости..........................................................................................................10
5. Определение структурной вязкости и динамического напряжения
сдвига промывочной жидкости..................................................................13
6. Определение показателя фильтрации и толщины фильтрационной
корки промывочной жидкости...................................................................16
7. Определение показателей стабильности и седиментации
промывочной жидкости...............................................................................19
8. Определение содержания песка в промывочной жидкости............22
9. Определение водородного показателя промывочной жидкости...24
10. Регулирование плотности промывочной жидкости.........................26
11. Влияние электролитов на свойства глинистых растворов............29
12. Влияние защитных высокомолекулярных веществ (коллоидов)
на свойства глинистых растворов..............................................................31
13. Влияние поверхностно-активных веществ на свойства
буровых растворов........................................................................................33
14. Влияние пеногасителей на химически обработанный
буровой раствор.............................................................................................35
15. Регулирование реологических свойств промывочных жидкостей 37
16. Регулирование водоотдачи промывочных жидкостей....................39
17. Влияние смазочных добавок на качество бурового раствора.......42
18. Полимер-глинистые буровые растворы.............................................44
19. Лигносульфонатные буровые растворы.............................................46
20. Гуматные буровые растворы.................................................................50
21. Известковые буровые растворы...........................................................53
22. Гипсоизвестковые буровые растворы.................................................56
23. Гипсо-калиевые буровые растворы.....................................................59
24. Хлоркалиевые буровые растворы........................................................62
25. Хлоркальциевые буровые растворы....................................................66
104
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
26. Силикатные буровые растворы............................................................70
27.Буровые растворы, обработанные солями алюминия......................74
28.Соленасыщенные буровые растворы...................................................80
29. Приготовление тампонажного раствора............................................86
30. Определение плотности тампонажного раствора............................88
31. Определение растекаемости тампонажного раствора.....................91
32. Определение сроков схватывания тампонажного раствора...............93
33. Регулирование плотности тампонажного раствора........................98
Литература......................................................................................................103
105
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Учебное издание
Пуля Юрий Александрович,
Мурадханов Игорь Владимирович
БУРОВЫЕ ПРОМЫВОЧНЫЕ
И ТАМПОНАЖНЫЕ РАСТВОРЫ
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ
(Лабораторный практикум)
Редактор, технический редактор, компьютерная верстка Н. П. Чивиджева
________________________________________________________________
Подписано в печать 21 .08.2014
Формат 60х84 1/16
Усл. п. л. 6,16 Уч.-изд. л. 5,38
Бумага офсетная
Заказ 132
Тираж 25 экз.
________________________________________________________________
Отпечатано в издательско-полиграфическом комплексе
ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет»
355029 г. Ставрополь, пр-т Кулакова, 2
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
100
Размер файла
1 660 Кб
Теги
раствори, тампонажных, 1474, промывочные, буровые, 7261
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа