авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Обоснование химической обработки буровых растворов для предупреждения сальникообразования при разбуривании пластичных горных пород

-- [ Страница 2 ] --

С помощью установки можно оценить кинетику изменения силы адгезии между контактирующими поверхностями после начального момента (t=0 мин) попадания частицы шлама в промывочный раствор. Исследуемые поверхности прижимаются друг к другу с определённой удельной нагрузкой, после чего производится отрыв, и измеряется усилие, требующееся для отрыва образца глины от металла. Это усилие используется для расчета сил адгезии либо аутогезии (в зависимости от того, где произошёл отрыв):

,

где Fадг/аутог – сила адгезии либо аутогезии, Н;

Fотр – сила отрыва тестируемых образцов друг от друга, Н;

Gцил+обр – собственный вес верхнего цилиндра и запрессованного в него образца глинистого сланца, Н.

Рассчитывается удельная сила отрыва глинистого сланца от металла:

,

где - удельная сила отрыва глинистого сланца от металла, Н/см2;

Sобразца - площадь контакта глинистого образца (2') с нижним металлическим цилиндром (2'').

Рассмотрен способ оценки температурного диспергирования глинистого шлама в среде промывочного раствора в динамических условиях, который позволяет делать заключение о влиянии добавок к буровому раствору на сохранение целостности глинистых частиц. Метод основан на взвешивании не перешедших в тонкодисперсное состояние частиц шлама после их пребывания в промывочном растворе.

Также приведены методики определения межфазного поверхностного натяжения, краевого угла смачивания металлической поверхности из водного раствора, коэффициента трения пары «металл-металл» на машине трения LUBRICITY TESTER «OFITE», пенообразующей и эмульгирующей способности водорастворимых ПАВ, ингибирующей способности промывочных растворов на тестере линейного расширения глинистых сланцев «OFITE», и др.

В третьей главе приведены результаты всесторонних исследований процесса образования адгезионного взаимодействия глинистых частиц с металлической поверхностью в среде промывочного раствора. Обоснована рецептура противоадгезионной добавки «ОПТИБУР», а также изучено её влияние на параметры промывочного раствора.

Для установления влияния полимеров, применяемых для регулирования свойств промывочных жидкостей, на адгезию шлама к металлу исследовалось сальникообразование на металлическом стержне при постоянной концентрации исследуемого полимера и увеличивающейся концентрации глины в буровом растворе. Эксперимент (образование сальника на вращающемся металлическом стержне) моделирует естественную наработку глинистой фазы в буровом растворе в присутствии исследуемого полимера (таблица 1).

Глинистый раствор по пункту 3 в таблице содержит только необработанный бентонитовый порошок ПБН (Альметьевский завод глинопорошков) в разных концентрациях и является базовым для сравнения. Остальные строки таблицы отображают изменение удельной массы сальника на стержне при увеличении концентрации бентонитового порошка ПБН в водных растворах различных полимеров.

По результатам исследований сделаны некоторые заключения. Добавление изучаемых анионных и неионогенных полимеров в рабочих концентрациях в глинистый раствор приводит к увеличению удельной массы сальника на металлическом стержне, а значит к увеличению прочности адгезионного контакта глинистого шлама с металлической поверхностью.

Увеличение концентрации полимера или глины в полимер-глинистом растворе приводит к увеличению вероятности образования сальника.

Наименьшее образование сальника получено в растворах частично гидролизованного полиакриламида (ЧГПА) высокой молекулярной массы
(пункт 4 таблицы 1).

Добавление в раствор полимера с большой молекулярной массой приводит к большему увеличению удельной массы сальника в сравнении с низкомолекулярным.

Неионогенные полимеры полиэтиленоксид и поливинилпирролидон (ПЭО и ПВП) сравнительно слабо увеличивают удельную массу сальника на металлическом стержне.

Таблица 1 – Влияние полимеров на образование сальника.

Водный раствор исследуемого полимера mс уд, г/см2 при массовой концентрации БП (ПБН) в растворе Средняя удельная масса сальника на стержне, г/см2
0 % 5 % 10 % 15 %
1 ДВ+0,03% ЧГПАН 0,00 0,00 0,00 0,06 0,02
2 ДВ+0,2% ВПК-402 0,00 0,00 0,00 0,07 0,02
3 ДВ+ БП (ПБН) 0,00 0,00 0,02 0,12 0,03
4 ДВ+0,01% ЧГПА 0,00 0,00 0,06 0,13 0,05
5 0,05% ПЭО 0,00 0,05 0,14 0,14 0,08
6 ДВ+0,05% ЧГПА 0,00 0,05 0,13 0,19 0,09
7 0,2% ПВП 0,01 0,05 0,14 0,21 0,10
8 ДВ+0,1% XantanGum(Hayhua) 0,02 0,08 0,28 0,18 0,14
9 ДВ+0,2% XantanGum(Hayhua) 0,11 0,22 0,25 0,08 0,16
10 ДВ+0,5% CMC-LV 0,04 0,08 0,20 0,35 0,17
11 ДВ+0,2% ЧГПАН 0,09 0,21 0,26 0,16 0,18
12 ДВ+0,5% Aquapac-LV 0,10 0,15 0,26 0,24 0,19
13 ДВ+0,2% CMC-HV 0,08 0,34 0,21 0,15 0,19
14 ДВ+0,2% Сайпан 0,12 0,19 0,28 0,35 0,23
15 ДВ+0,2% Aquapac-HV 0,10 0,27 0,32 0,28 0,24

14

Примечание: mс уд, - удельная масса сальника на стержне, г/см2; ДВ – дистиллированная вода; БП – бентонитовый порошок; CMC LV, CMC HV – карбоксиметилцеллюлоза низкой и высокой молекулярной массы соответственно; Aquapac-LV и Aquapac-HV полианионные целлюлозы низкой и высокой молекулярной массы соответственно; XantanGum(Hayhua) – ксантановая смола; ВПК-402 – низкомолекулярный катионный полимер, коагулянт, электролит полидиаллилдиметиламмоний хлорид Сайпан – сополимер акриламида и акрилата натрия.

Тестирование низкомолекулярных полимеров, как катионного (ВПК-402), так и анионного частично гидролизованного полиакрилонитрила (ЧГПАН) при малых концентрациях показало, что их применение приводит к практически 100%-му предотвращению образования сальника на металлическом стержне.

Таким образом, некоторые полимеры способны снижать силы сцепления глинистого шлама с поверхностью металла, однако использование только вышеупомянутых полимеров не всегда обеспечивает выполнение всех требований, предъявляемых к промывочным растворам. Это приводит к необходимости применения полимеров - понизителей фильтрации и регуляторов реологии буровых растворов, что ухудшает противоадгезионные свойства раствора и требует его дополнительной обработки реагентами, предотвращающими образование глинистого сальника на элементах КНБК.

Также изучено влияние различных ингибиторов набухания глин и смазочных добавок на образование сальников. Добавление одних ингибиторов и смазочных добавок приводит к снижению удельной массы сальника на металлическом стержне, других – к увеличению. Однако изучаемые реагенты не приводят к предотвращению образования сальников. Требуется дополнительная обработка промывочной жидкости реагентом, снижающим адгезию глинистых частиц к металлической поверхности.

Для профилактики сальникообразования и повышения эффективности бурения пластичных горных пород нами разработан реагент комплексного действия – «ОПТИБУР».

Согласно выдвинутой ранее гипотезе, для профилактики сальникообразования при бурении пластичных пород в промывочную жидкость необходимо добавлять комплексный реагент, содержащий в своем составе неполярную жидкость и ПАВ.

Для того, чтобы неполярная жидкость перешла в объем водного раствора и распределилась на поверхностях глинистых частиц, стенок скважины и металла бурового инструмента, в композицию реагента также необходимо добавлять эмульгатор и гидрофобизатор в точно подобранных концентрациях.

В качестве эмульгатора предпочтительно использовать неионогенные ПАВ (НПАВ), не реагирующие с солями жёсткости и не загрязняющие окружающую среду. При смешивании с пластовой водой НПАВ не образуют нерастворимые осадки и не ухудшают проницаемость призабойной зоны. При этом НПАВ должны распределяться в неполярной жидкости, эмульгировать эту жидкость в воде и не препятствовать её распределению по поверхностям глины и металла. К тому же поверхностное натяжение на границе неполярная жидкость – вода не должно быть пониженным, так как это повысит работу адгезии в соответствии с известным уравнением Юнга.

Применение поверхностно-активных веществ (ПАВ) может привести к ускоренной гидратации глинистого шлама и его переходу в зону повышенной пластичности, что в свою очередь приведёт к повышенной диспергируемости шлама, и его переходу в раствор в виде коллоидной фракции. В большинстве случаев это нежелательно, поскольку возникают проблемы с реологией раствора, его стабильностью, контролем твёрдой фазы и устойчивостью стенок скважины. Таким образом, наряду с хорошей эмульгирующей способностью, НПАВ не должен приводить к повышенному диспергированию шлама.

В результате исследований по изменению поверхностного натяжения на границе керосин – вода в присутствии различных НПАВ выявлено, что всем перечисленным требованиям в той или иной степени соответствуют неионогенные ПАВ на основе оксиэтилированных жирных спиртов с различным количеством оксиэтилированных звеньев в молекуле – «Синтанолы». Также изучалось (рисунок 4)

влияние на поверхностное натяжение воды на границе с керосином диэтаноламида жирных кислот (ДЭА). Видно, что Синтанол АЛМ-2 снижает поверхностное натяжение воды на границе с неполярной жидкостью меньше всех изучаемых неионогенных поверхностно-активных веществ.

Проведены исследования влияния НПАВ на устойчивость эмульсий и пенообразование в водных растворах (таблицы 2 и 3).

Таблица 2 – Влияние НПАВ на устойчивость эмульсий

Наименование ПАВ Время устойчивости при максимальной концентрации ПАВ, ч
Эфиры жирных кислот (биодизель) Масло И-20
АЛМ-2 >12 5
АЛМ-7 8 0,5
АЛМ-10 7 0,5
Синтанол БВ 5 <0,5
ДЭА 5 <0,5

Эмульсии минерального масла И-20 с 5% и 10% Синтанола АЛМ-2 (гидрофильно-липофильный баланс 6 8) сохраняли устойчивость в течение 5-ти часов, после чего расслаивались.

Как видно из таблицы 2, наиболее стабильную эмульсию, с эфирами жирных кислот, и с минеральным маслом образует Синтанол АЛМ-2.

Таблица 3 – Влияние НПАВ на пенообразование в водных растворах

Наименование ПАВ Плотность раствора после пенообразования, кг/м3
Базовый раствор №1 1040
№1+АЛМ-2 1030
№1+АЛМ-7 1000
№1+АЛМ-10 1020
№1+Синтанол БВ 1030
№1+ДЭА 850


Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.