 |
Предельное статическое напряжение сдвига
|
|
|
|
Предельное статическое напряжение сдвига (СНС) является условной характеристикой прочности тиксотропной структуры, возникающей в промывочной жидкости после нахождения в покое в течении одной (СНС1) или десяти (СНС10) минут, обозначается Q и измеряется в паскалях. Величина СНС1 характеризует удерживающую способность промывочной жидкости. При выборе параметров промывочной жидкости принимается меньшее значение величины СНС1, при котором обеспечивается выполнение указанной функции.
В связи с тиксотропностью промывочной жидкости прочность структуры при длительном нахождении в покое может достичь таких значений, при которых в момент восстановления циркуляции сопротивление структуры вызовет очень большое увеличение давления промывочной жидкости, что способствует разрыву пласта. Поэтому, кроме величины СНС1, измеряют и СНС10, причем тиксотропность характеризуется частным от деления второй величины на первую.
Измерение статического напряжения сдвига промывочной жидкости производится с помощью прибора СНС-2 по методике, которая косвенно моделирует удерживающую способность промывочной жидкости путем задержки вращения подвесного цилиндра с помощью упругой нити.
Имеются более совершенные методы измерения, например, с помощью приборов ВСН-3 (ротационный вискозиметр) или РВР (с автоклавом и нагревателем), что позволяет определить СНС в условиях, близких к естественным.
Водоотдача
Водоотдача В – характеризует способность промывочной жидкости отфильтровываться в стенки скважины под влиянием перепада давления с образованием малопроницаемой фильтрационной корки. При измерении этого параметра моделируется процесс отделения дисперсионной среды из промывочной жидкости в стенки скважины при перепаде давления 9,8 × 104 Па за 30 мин при фильтрации через бумажный фильтр диаметром 44 мм. В случае применения больших перепадов давления отмечают их величину. Водоотдача может измеряться при температурах, соответствующих скважинным условиям. Можно также определять водоотдачу, моделируя активное перемешивание бурильным инструментом и прокачку насосами.
|
|
|
Приборы для измерения водоотдачи делятся на два основных типа: в одних водоотдача измеряется по уменьшению объема промывочной жидкости, находящейся над фильтром (ВМ-6, ВГ-1), в других – по объему получаемого фильтрата (прибор ГрозНИИ, фильтрпресс ФП-3 и т.д.).
Содержание твердой фазы и абразивных частиц
Загрязненность промывочной жидкости песком и недиспергированными частицами глины характеризуется показателем "содержание песка", измеряется в процентах и обозначается П. Количество отмытого песка (абразивных частиц) характеризует загрязненность только песчаными частицами, неспособными распускаться в воде, измеряется в процентах, обозначается ОП.
Содержание песка определяется в стеклянном отстойнике Лысенко или металлическом отстойнике ОМ-1, ОМ-2.
Концентрация ионов водорода
Концентрация ионов водорода оказывает большое влияние на свойства промывочных жидкостей. Удобно ее выражать в виде водородного показателя pH, который является логарифмом величины, обратной концентрации ионов водорода в молях на 1 л. В нейтральном растворе концентрация ионов водорода H+ и гидроксида ОН- одинаковы, каждая равна 10-7 моль/л. Раствор с рН = 7 нейтрален. Уменьшение рН ниже 7 свидетельствует о наличии кислой среды (ионов водорода), а рост рН выше 7 – об увеличении щелочности (ионов гидроксида). Каждая единица рН представляет десятикратное изменение концентрации.
|
|
|
Методы измерения рН - калориметрический с использованием полосок индикаторной бумаги и электрометрический с использованием прибора со стеклянным электродом.
Влияние технологических свойств
Промывочных жидкостей на процессы бурения
И освоения скважин
Регулированием свойств промывочных жидкостей обеспечивают минимизацию затрат на промывку скважины; максимальную скорость проходки; эффективный вынос шлама на поверхность; снижение отрицательных и положительных импульсов давления при спуско-подъемных операциях, а также давления, необходимого для восстановления циркуляции; отделение выбуренной породы и растворенного пластового газа; снижение до минимума эрозии ствола скважины. Требования к реологии промывочной жидкости, обеспечивающие достижение этих целей, часто оказываются противоречивыми. Поэтому необходимо оптимизировать свойства промывочных жидкостей, чтобы добиться лучших показателей бурения. Это обуславливается наличием ряда факторов.
Мощность буровых насосов
Мощность насосов должна быть достаточной для поддержания необходимой для выноса выбуренной породы скорости потока. Необходимая гидравлическая мощность насосов находится в зависимости от условий течения в бурильной колонне, насадках долота. С точки зрения реологии для снижения потерь давления в бурильной колонне желательно использование полимерных промывочных жидкостей с малым содержанием твердой фазы, обладающих способностью резко снижать трение, особенно при турбулентном режиме течения.
Влияние свойств промывочной жидкости
На скорость проходки
Наибольшее влияние на скорость проходки оказывает плотность промывочной жидкости. Чем выше плотность промывочной жидкости, тем больше перепад давления, и, следовательно, давление, удерживающее шлам на забое в статических условиях. Это повышает также вероятность образования шламовой подушки на забое и сальников на буровом наконечнике, колонковой трубе и переходниках. Так, при повышении перепада давления от 0 до 7 МПа скорость проходки снижается более чем на 70 % (подобный эффект наблюдается в условиях ДУШЗ – динамического удерживания шлама на забое при росте частоты вращения бурильного вала при бурении долотом).
|
|
|
Таким образом, когда это допустимо, необходимо поддерживать плотность промывочной жидкости как можно меньшей и при возможности переходить на бурение с аэрированной жидкостью, пеной или воздухом.
К факторам, оказывающим существенное влияние на скорость проходки, относится также вязкость промывочных жидкостей. Низкая вязкость способствует высоким скоростям бурения за счет хорошей очистки забоя скважины от шлама под долотом.
Объемная доля твердой фазы – свойство промывочной жидкости, от которого зависит скорость проходки. Известна закономерность: чем выше объемная доля твердой фазы, тем ниже скорость проходки, так как при этом повышается плотность и вязкость промывочной жидкости. При приближении к нулю содержания твердой фазы механическая скорость бурения резко возрастает. Объяснением этому может служить снижение эффекта динамического удерживания шлама на забое (ДУШЗ).
При бурении большинства скважин необходимо регулировать уровень фильтрации, для этого промывочная жидкость должна иметь в своем составе коллоидную фазу, что затрудняет поддержание объема твердой фазы на низком уровне. Поэтому некоторое снижение механической скорости проходки неизбежно. Но достаточно высокие скорости проходки возможны при условии содержания массовой доли твердой фазы в пределах 2-4 %. В этом случае промывочная жидкость обладает способностью к коркообразованию (образованию сводовых перемычек), но в то же время не может мгновенно проникать в породу и образовывать внутреннюю фильтрационную корку (под долотом), способствующую росту ДУШЗ или шламовую подушку и сальники.
Для поддержания низкого уровня содержания твердой фазы рекомендуется следующее:
· суспензия должна иметь вязкость, близкую к вязкости воды, и нулевое предельное динамическое напряжение сдвига. Такие характеристики обеспечивают только полимеры, благодаря которым промывочная жидкость обладает неструктурной вязкостью;
|
|
|
· с целью отделения твердой фазы в промывочную жидкость вводят флокулянты – растворимые соли или совместимые органические флокулянты, например, сополимеры полиакриламида;
· обеспечение буровой подходящими средствами отделения твердой фазы - пескоотделителями, илоотделителями, земляными резервуарами с развитой желобной системой и отражательными перегородками;
· для регулирования уровня фильтрации необходимо применение невязких добавок, например, кальциевых лигносульфонатов;
· если в процессе бурения ожидается, что ствол скважины вскроет обваливающиеся глинистые сланцы, главное внимание при выборе полимера должно уделяться его способности поддерживать ствол.
В случае увеличения диаметра ствола для выноса шлама из скважины в промывочной жидкости приходится добавлять загустители, поэтому сохранение требуемого уровня содержания твердой фазы становится трудновыполнимым.
Невозможно поддерживать низкий уровень содержания твердой фазы при бурении в мягких несцементированных глинистых сланцах. В этом случае полимерные растворы используются для сохранения устойчивости ствола, а не для повышения скорости проходки.
|
|
|
