Введение

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА БУРЕНИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН

ГЛИНИСТЫЕ РАСТВОРЫ

ХИМИЧЕСКИЕ РЕАГЕНТЫ И ИХ ДЕЙСТВИЕ НА ГЛИНИСТЫЙ РАСТВОР

Руководство к лабораторным работам по курсу «Бурение нефтяных и газовых месторождений» для студентов специальности 090800

Пермь – 2007 г.

Общее положение

Для повышения эффективности технологических операций при бурении скважин широко применяются различные химические реагенты для обработк и глинистых растворов.

Основной целью лабораторных работ, предлагаемых в этом практикуме, является изучение изменений коллоидно-химических свойств глинистого раствора под влиянием одного или максимум двух реагентов.

Практикум не касается вопросов разработки сложных рецептур специальных типов глинистых растворов (известковых, силикатных, эмульсионных и др.);разработки рецептур глинистых растворов в условиях солевой и температурной агрессии и вопросов утяжеления.

Изложено содержание лабораторных работ и требования к их оформлению.

По каждой лабораторной работе приведены контрольные вопросы.

Продолжительность каждой работы – 4 часа

Введение

Если взять глину и тщательно перемешать ее с водой, то получится глинистый раствор. Свойства такого глинистого раствора зависят от качества глины и воды, взятых для приготовления, и от интенсивности диспергирования глины.

В первую очередь, качество глинистого раствора определяется минералогическим составом глины и составом ее обменного комплекса. Легче всего распускаются в воде монтмориллонитовые глины, если в составе их обменного комплекса преобладает натрий. Эти глины, так называемые натриевые бентониты, образуют легкий глинистый раствор, обладающий хорошими фильтрационными и структурно-механическими свойствами.

Глинистые растворы несколько худшего качества получаются из кальциевых бентонитов. Растворы из гидрослюдистых и, тем более, каолинитовых глин обладают неудовлетворительными фильтрационными свойствами при относительно высокой плотности. Такие растворы нельзя применять для промывки скважин без соответствующего улучшения их свойств.

Вторым важным фактором, который определяет свойство свежеприготовленного глинистого раствора, является солевой состав воды. Для приготовления глинистого раствора желательно брать пресную воду с общей жесткостью не более 5,5 мгэкв/л (содержание СаО− не более 150 мг/л), ибо сильная минерализация воды препятствует гидратации и распусканию глинистых частиц.

Третьим фактором, от которого зависят свойства глинистого раствора, является интенсивность диспергирования глины, в процессе приготовления раствора. При обычном способе приготовления глинистого раствора, когда глина перемешивается сразу с полным объемом воды, имеет место неполное диспергирование глинистых частиц. Благодаря этому глинистый раствор имеет повышенную водоотдачу.

В процессе бурения свойства глинистого раствора претерпевают существенные изменения. Перекачивание раствора буровыми насосами ведет к дополнительному измельчению глинистых частиц, к разделению глинистых агрегатов на элементарные чешуйки. Такое повышение степени дисперсности глины влечет за собой нежелательное повышение статического напряжения сдвига и условной вязкости, а также небольшое уменьшение водоотдачи.

При бурении в глинистый раствор попадают частицы выбуренной породы. Крупные частицы отделяются от раствора в очистных приспособлениях, а наиболее мелкие остаются в циркулирующем потоке раствора. Выбуренная порода повышает концентрацию твердой фазы в глинистом растворе, вследствие чего раствор загустевает. Происходит увеличение статического напряжения сдвига и условной вязкости. Особенно интенсивное загустевание раствора имеет место при разбуривании глинистых пород. Выбуренные глинистые частицы, попав в глинистый раствор, гидратируются, набухают и распускаются в нем. Содержание глины в растворе увеличивается, и благодаря этому происходит резкое повышение статического напряжения сдвига и условной вязкости глинистого раствора. Раствор теряет необходимые свойства и нуждается в специальных мерах по их восстановлению.

В процессе бурения, в глинистый раствор могут попасть извне растворимые соли. (Эти соли, в отличие от тех солей, которые присутствуют в воде, взятой для приготовления, назовем посторонними). Посторонние растворимые соли проникают в раствор с пластовыми минерализованными водами, при разбуривании отложений каменной соли, гипса, ангидрита или при разбуривании цементных мостов, цементных стаканов.

Загрязнение глинистого раствора растворимыми солями, вызывает коагуляцию его. При коагуляции чаще всего наблюдается интенсивный рост условной вязкости и статического напряжения сдвига, увеличивается водоотдача глинистого раствора (гидрофильная коагуляция). В отдельных случаях, при относительно небольшом содержании глины в растворе и высокой концентрации солей, коагуляция может сопровождаться снижением условной вязкости, статического напряжения сдвига и катастрофическим ростом водоотдачи, свидетельствующим о полном разложении глинистой суспензии (гидрофобная коагуляция).

Коагуляция глинистого раствора приводит к ухудшению его свойств, вследствие чего возникает необходимость в соответствующем регулировании их.

Таким образом, необходимость регулирования (улучшения) основных коллоидно- химических свойств глинистого раствора возникает вследствие:

а) низкого качества глины, взятой для приготовления раствора;

б) применения для приготовления раствора сильно минерализованной воды;

в) дополнительного диспергирования глинистых частиц при работе насосов;

г) обогащение глинистого раствора твердой фазой (особенно глиной);

д) коагуляция посторонними растворимыми солями.