Выпускная квалификационная работа на тему: «Расчет расхода оптимального количества бурового раствора при бурении эксплуатационных скважин на площади «Гармистан» (стр. 4 )

Квалификацию «технический» или «практический» имеют препараты с содержанием основного вещества не ниже девяноста процентов и предназначенные для нужд народного хозяйства или образования. Химические вещества данной квалификационной категории можно купить в магазинах химических реактивов.

Из общего объема осадочных пород на доле глинистых приходится около 70% . Глинистые породы составляют значительную часть разряда бурящийся скважин во многих нефтеносных районах. Но даже в тех районах, где важность глинистых пород невелика, они оказывают большое влияние на условие бурения. К их числу относятся глины, лёсы, суглинки и др. Глинистые породы состоит из большого числа разнообразных минералов и глины, которые отличается от других горных пород специфическими свойствами. Наиболее важными специфическими свойствами является пластичность, набухаемость, гидрофильность и способность диспергироваться в виде мельчайщие частицы, В химическом отношении глины представляют собой водные эмульсии. По минералогическому составу глины делятся на несколько групп, отличающихся друг от друга.

Кроме перечисленных групп минералов в глинах содержатся в различных количествах окислы железа (например Fe2О3 ), щелочных металлов (Na2K2O,), щелочноземельных металлов (СаО, МgО).

Присутствие в глинах окислов во многом определяет их свойства. Окислы металлов связаны с глинистыми минералами различного типа. Часть их может входить в состав глинистых минералов, замещая окислы алюминия, часть же их связана с глинистыми веществами слабее и представляет собой обменные основание. Одним из определяющих признаков является отношение SiO2 : R2 O3 (где R-Al, Fe). Это отношения колеблется для минералов монтморилионитовой группы от 4 до 7, каолинетовой - от 2 до 3, гидросмодистовой - от 3 до 4, палогорскитовой - от 2,1 до 2,5.

На свойство буровых растворов большое внимание оказывают размеры и форма глинистых частиц. Большинство природных глин имеют размеры частиц менее 0,01 мм. Чем больше коллоидных фракций и меньше размера глинистых частиц (менее 1 мм) тем лучшие свойства буровых растворов. Чаще всего частицы глин имеют вид плоских или лентовидных чешуйчатых пластинок, реже продолговатую (игольчатую) форму.

Как уже отменилось, атома кремния и алюминия, входящие в кристаллическую решетку глинистых минералов, могут быт замещены другим атомами, причем не обязательна с одинаковой валентностью.

В этом случае частицы глин для компенсации ненасыщенной валентностью адсорбируют из водных растворов катионы, т. е. проходит обеих катионов. Каждая глина обладает определенным количеством отдельных катионов.

Последняя выражается количеством миллиграмм – эквивалентов обменных катионов, содержащихся в 100 г. сухой глины.

Ёмкость катионного обмена для различных широко применяемых видов глинистых минералов по колеблется в следующих пределах (л. экв. на 100 г):

Каолинит 3-15

Галлаузит2Н2О 5-10

Иллит 10-40

Сепиолит 20-30

Галлаузит 40-50

Монтмориллионит 80-150

Вермикулит 100-150

В глинистых минералах обменными катионами является Са 2+ , Mg2+ , K+, Na+, H+ , NH4 + . B природных глинах к основным обменным катионам относится натрий и кальций, поэтому глина полученое название соответственно: натриевых или кальциевых. Независимо от состава обменного комплекса все глины в той или иной степени являются гидрофильными.

При замачивании глины водой глинистые частицы покрываются гидратной оболочкой. Молекулы воды, проникая между кристаллами, раздвигая их, и глина набухает. Характер набухания зависит от типа глины. Чем меньше поливалентных катионов содержится в обменном комплекс минерала, тем сильнее разобщаются слои и больше набухает глина.

Так, натриевые бентонитовые глины, имея подвижную кристаллическую решетку, могут при замаливанием увеличиваться в объеме в 8-10 раз и легко распускается в воде. Каолиновые глины набухают и распускаются в воде плохо. Раствора, приготовленные из них, довольно неустойчивы. Гидромодитные глины и палыгорский занимают промежуточное между выше указанными.

Особенность поведение системы глина-вода зависит также от соотношение свободной и связанной воды, ее минералами и целосности. Установлено, что чем больше связанной воды, тем меньше набухают глины. Кроме того, связанная вода теряет основную свою способность.

Вода содержащая различные минеральные соли, резко снижая гидрофильность глин и количество связанной воды. Так, у 3 % суспензий асканеля при добавке 0,1 % NaCl содержание связанной воды снимается до 7, 4%, а при добавке 0,5% соли - до 3,4 %, при 10 % соли в связанном виде находится лишь 1Б72 всей воды в системе.

В кислых и сильно щелочных средах содержание связанной воды также незначительно, при этом глины очень плохо набухают и распускаются. При повышении температуры, количество связанной воды уменьшается в 1,5 раза, а процесс набухания воздается в несколько раз.

Увеличения количества связанной воды, снижения набухаемости и повышения прочности можно достигнуть путем специальных добавок некоторых электролитов.

Как известно, большинство химических реагентов не оказывают крепящего действия на глинистые порода, хотя и снижают в некоторой степени величину и скорость набухания. Добавки же 3-5 % силикатов натрия или калия к растворам, обработанным химическими реагентами (УЩР, КМЦ и крахмал и др.)

Значительно повышают крепящее действие глинистых пород.

Глины как материалы для приготовления буровых растворов можно разделить на три вида:

1)  бентонитовые, содержащие в основном минерал монтморилионит:

2)  глины, содержащее минералы всех групп,

3)  примеси почвы.

4)  палыгорескитовые.

Бентонитовые глины являются основным и важнейшим сырьём для производства глинопорошков, так как они дают наибольший выход из 1 т глины, что значительно снижает концентрацию твердой фазы в растворе, обладают ярко выраженными, тиксотропными свойствами, позволяет снизить расходы на транспортировку приготовление и регулирование свойств буровых растворов.

Каолинитовые глины в чистом виде для приготовления буровых растворов не применяются. Однако они являются составной частью глин других типов и поэтому являются важным компонентом твердой фазы растворов.

Гидросмодистые минералы преобладают во многих минеральных глинах, широко применяемых в качестве местных материалов для буровых растворов. Гидросмоды образуются как в щелочной так и в нейтральной и слабокислотной средах в присутствии достаточного количества ионов калия. Этим объясняются положительные свойства калиевых добавок для укрепления глинистых пород. Для гидроглинистых минералов характерна высокая коллоидность, сравнительно большие емкости обмена, хорошие адсорбционные свойства. Они занимают промежуточное положение между монтмориниалитовыми и коломнитовыми минералами.

Палыгорскитовая глина представляет собой смесь минералов палыгоскита и монтмориллонита. Она отличается волокнистым строение, высокой гидрофильностью, обладает способностью одинаково хорошо набухать как в пресной, так и соленой воде, независимо от концентрации хлористого натрия и степени обработки химическими реагентами. При этом обеспечивается устойчивые вязкости и СНС суспензии без увеличения водоотдачи при воздействии гипса, хлористого кальция, магния и др.

Солестойкость палыгорскитовых глин объясняется высоким содержанием силикатов, окиси магния и незначительном присутствии ионов калия и натрия. Так, в 10% - ной суспензии, насыщенной солью, отстой аскангеля составляет 60 %, а палыгорскита – только 1%. Через 1 сутки раствор из бетонита дает 72% отстоя и имеет вязкость, при которой раствор не течет.

Палыгорскитовые глины в растворе хлористого натрия 1-3% - ной концентрации «связывают » больше воды, чем в пресной воде. Водоотдача палыгорскитовой суспензии достаточно велика, что обусловлено рыхлым строением их фильтрационных корок., но при засолении в отличие от других глин водоотдача уже не возрастает. Для палыгорскитовых глин характерны замедленная пептизация и размокание. Попытки форсировать их механическим диспергированием приводят к повреждению волокон и кристаллической решетки. Поэтому более эффективно диспергирование в водной среде путем продолжительного перемешивания.

К солестойким минералам относится сепиолит – аналог палыгорскита, обладающий еще большей устойчивостью к воздействию солей. В качестве добавки к насыщенным солью буровым растворам применяется асбест, предотвращающий стабилизационное разжижение.

Рассмотренные глинистые минералы с большинством углеводородных жидкостей или совсем не взаимодействуют, или взаимодействуют слабо. Однако увеличение объемов бурения с промывкой растворами на нефтяной основе (РНО) послужило основой для поиска и разработки недорогих и недефицитных материалов, способных заменить высокоокисленный битум.

Средством повышения термостойкости РНО является введение извести и некоторых ПАВ.

2.2 Выбор глин для приготовления бурового раствора

Основной характеристикой глины являются ее коллоидность, определяющая выход раствора из 1 т глины с западными вязкостями и содержанием песка.

Таблица

Выбор глин по коллоидности

Плотность глинистого раствора, г/см3	Коллоидность глины	Выход глинистого раствора, г/см3
1,06 1,06 – 1,15 1,16 – 1,30 1,30 – 1,40 1,40	Высококоллоидная Коллоидная Среднеколлоидная Малосоллоидная тяжелая	10 – 18 4 – 10 3 – 4 1,6 – 3 1,6

В основе модифицирования глин лежит катионообменный процесс, физическая адсорбция и образование поверхностных компонентов. Замена неорганических обменных катионов, глинистых минералов органическими приводит к резкому изменению физико – химических свойств глин, увеличивается адсорбционная емкость по отношению к углеводородам, возрастает способность к набуханию в органических средах.

Для органофильных глин высокого качества выход РНО должен превышать 10 м3/т.

При использовании малоколлоидных глин целесообразно приготовить глинистый раствор не на воде, а на жидком УЩР 10% - ной концентрации с добавкой 2 – 3% раствора кальцинированной соды 15% - ной концентрации. Растворы, подлежащие утяжелению, также лучше готовить из этих глин.