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:   || 2 | 3 |

Повышение эффективности ингибирования глинистых пород путем управления минерализацией буровых растворов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Ивенина Ирина Владимировна

Повышение эффективности ингибирования

глинистых пород путем управления

минерализацией буровых растворов

Специальность 25.00.15 – Технология бурения и освоения скважин

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Ухта – 2011

Диссертация выполнена на кафедре бурения нефтяных и газовых скважин Ухтинского государственного технического университета.

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор Уляшева Надежда Михайловна
Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент Ланина Татьяна Дмитриевна кандидат технических наук Дуркин Василий Вячеславович
Ведущая организация: ООО «Газпром переработка»

Защита состоится 14 апреля 2011 г. в 10 часов на заседании Диссертационного совета Д.212.291.01 при Ухтинском государственном техническом университете по присуждению степени кандидата технических наук по адресу 169300 Республика Коми г. Ухта ул. Первомайская д. 13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ухтинского государственного технического университета.

Автореферат размещен на сайте университета: http://ugtu.net

Автореферат разослан 11 марта 2011 г.

Ученый секретарь

кандидат технических наук, профессор Н.М. Уляшева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Повышение эффективности строительства скважин в значительной степени определяется сохранением устойчивости стенок скважины в процессе бурения. В наибольшей степени разрушению и деформации подвержены глиносодержащие породы, которые составляют существенную долю осадочного комплекса пород в нефтегазовых регионах.

Основным технологическим решением по предупреждению или, по крайней мере, замедлению процессов разрушения является использование специальных буровых растворов. В настоящее время существует большое количество рецептур буровых промывочных жидкостей, основанных на доминирующей роли того или иного вида массопереноса. При этом единого мнения и, следовательно, единого подхода к этой проблеме нет. Из-за отсутствия универсального системного подхода к данной проблеме используемые приемы регулирования химического состава бурового раствора далеко не всегда обеспечивают эффективность в сохранении устойчивости глинистых пород. В связи с этим актуальной является разработка методических основ к выбору ионного состава бурового раствора.

Цель работы

Повышение эффективности ингибирования глинистых пород за счет регулирования качественного и количественного состава минеральной составляющей буровых растворов.

Основные задачи исследований

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

1. Анализ теоретических представлений и существующих экспериментальных исследований механизма разрушения глинистых пород.

2. Обоснование методики исследования поведения и свойств глинистых пород.

3. Экспериментальные исследования изменения свойств глинистых пород в зависимости от минерализации и ионного состава водных фильтратов.

4. Разработка рекомендаций по составу фильтратов буровых растворов, способствующих сохранению номинального диаметра скважин при вскрытии глинистых пород различной степени литификации.

Научная новизна

1. Установлено, что коэффициент увлажнения глинистых пород Кс находится в обратной зависимости от коэффициента активности неорганического электролита , который позволит обосновать концентрацию электролитов в ингибирующих буровых растворах.

2. Установлено, что гидратация литифицированных глинистых пород имеет ярко выраженный ступенчатый характер только в присутствии одновалентных катионов. При четко выраженном увеличении продолжительности периода релаксации с ростом концентрации скорость увлажнения меняется не линейно и имеет минимум при концентрации 6–8 % для хлорида калия и 5–7 % для хлорида натрия.

3. Выявлено влияние анионного состава электролита на интенсивность разрушения глинистых пород, определяемое природой анионов. В частности, понижение относительной скорости гидратации по сравнению с хлорид-ионами в присутстсвии сульфат-, фосфат- и ацетат-ионов составляет соответственно 40–50, 30–40 и 10–20 %.

Основные защищаемые положения

  • Структура и химическая активность глинистых пород в пристенной зоне скважины зависит от состава фильтрата бурового раствора, в частности от коэффициента активности электролита.
  • Полупроницаемые свойства глинистой породы, позволяющие регулировать осмотический массоперенос в системе «раствор-порода», проявляются лишь при формировании достаточно широкого увлажненного слоя породы.
  • Гидратация глинистых пород происходит неравномерно: период ускоренного увлажнения чередуется с периодом релаксации. При этом продолжительность периодов зависит от концентрации и ионного состава фильтрата.

Практическая значимость

* Коэффициент активности электролитов может быть использован для разработки составов буровых промывочных жидкостей, что позволит сократить время на составление технологических регламентов и может использоваться в технологических проектах строительства скважин.

* Методика оценки скорости увлажнения глинистых образцов на основе определения коэффициента скорости увлажнения Кс может быть использована в качестве экспресс-метода при исследовании воздействия на глины растворов различных составов, а также в учебном процессе. Разработаны методические указания по использованию данного экспресс-метода исследования интенсивности увлажнения глиносодержащих пород.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях преподавателей и сотрудников УГТУ (г. Ухта, 2006 – 2009 гг.). По теме диссертации опубликовано 7 работ, в том числе – две в изданиях, определенных ВАК Минобрнауки РФ, и учебно-методическая разработка.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 4 глав, списка литературы и приложения, содержит 150 страниц основного текста, включая 33 рисунка и 26 таблиц.

Благодарности

Автор выражает благодарность, в первую очередь, своему научному руководителю – кандидату технических наук, профессору Уляшевой Н. М. за оказание помощи на всех этапах выполнения диссертационной работы, а также сотрудникам кафедры химии: прежде всего заведующему кафедрой, доктору химических наук, профессору Крупенскому В. И., доктору химических наук, профессору Хаину В. С. (посмертно).

Автор признателен за оказание технической помощи в выполнении экспериментальной части работы сотрудникам кафедр УГТУ: бурения, геологии нефти и газа, физики (в лице кандидата физических наук, доцента Серова И. К.), а также сотрудникам межкафедральной учебной и научно-производственной лаборатории инженерной геологии и технологии минерального сырья.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В введении обсуждается актуальность проблемы, которой посвящена диссертационная работа.

В первой главе рассмотрены проблемы, связанные с устойчивостью глинистых пород различной степени литификации при бурении скважин.

Значительный вклад в изучение механизмов разрушения глинистых пород и разработку методов предупреждения кавернообразования в таких отложениях внесли: Аветисян Н.Г., Ангелопуло О.К., Войтенко В.С., Габузов Г.Г., Гамзатов С.М., Городнов В.Д., Дорошенко В.И., Иванников В.И., Исмайылов Ш.И., Кошелев В.Н., Лебзин Д.Е., Новиков В.С., Новицкая Н.А., Орман Л.М., Рельтов Б.Ф., Рябченко В.И., Садыхов Ю.В., Свиридов Л.А., Сергеев Г.Л., Сеид-Рза М.К., Шеметов В.Ю. и другие. В УГТУ этим вопросом занимались: Ахмадиев Р.Г., Быков И.Ю., Уляшева Н.М. и др.

Основное внимание в работе уделено физико-химическим взаимодействиям глинистых пород с буровыми растворами, в частности, описана роль в этих процессах адсорбционных, диффузионных и осмотических сил, в том числе зависимость интенсивности диффузионно-осмотического массопереноса от степени увлажнения глинистых пород.

Активное воздействие жидкости выражается процессами гидратации поверхности глинистых пород, диссоциации растворимых солей, процесса ионного обмена и химических превращений веществ. Большое значение в этих процессах имеют емкость обменного комплекса глинистых пород и состав жидкостей. Преимущественное воздействие тех или иных процессов, разрушающих глинистую породу, зависит также от глубины ее залегания и, соответственно, от литогенеза, обусловленное различной формой связи влаги в глинистых породах.

Результаты многочисленных исследований доказывают существенную роль осмотических процессов в переносе влаги в системе скважина - пласт. Направленность и интенсивность осмотических перетоков в скважине определяются известными законами Вант-Гоффа, Б.В. Дерягина, законами термоосмоса и обратного осмоса. Механизм осмоса может быть различен и во многом зависит от строения мембраны. Поэтому важным для понимания закономерностей осмотических процессов является установление степени участия в них полупроницаемых перегородок. Установлено, что образующиеся на породе граничные слои и сами глинистые породы обладают достаточно высокими полупроницаемыми свойствами. Время, в течение которого они остаются стабильными, в значительной мере зависит от свойств и состава бурового раствора, а также природы глинистых минералов породы, определяющей их способность к физико-химическому взаимодействию с компонентами бурового раствора. Такое взаимодействие приводит к изменению водопроницаемых свойств граничных слоев, что в конечном итоге снижает или увеличивает темп массопереноса (увлажнения).

В связи с выше сказанным одним из возможных путей решения проблемы гидратации глинистых пород является регулирование состава промывочных жидкостей, основанное на использование закономерностей осмотического массопереноса в комплексе с ионообменными процессами и химическим взаимодействием между компонентами системы скважина – пласт.

В конце главы сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

Во второй главе приведено описание приборов и методик, используемых в экспериментальной работе по теме диссертации. В работе использованы как традиционные методы исследования гидратации глин и их ионообменного комплекса, так и специальные методы определения скорости увлажнения глинистых образцов. Технологические свойства буровых растворов определялись стандартными приборами, входящими в состав лабораторий.

Ионно-обменная активность глин во многом определяет их свойства и особенности взаимодействия с буровыми растворами. В свою очередь, действие неорганических электролитов на увлажнение глин может быть обусловлено такими факторами, как знак и величина заряда иона, радиус и подвижность иона, а также его способность к комплексообразованию и адсорбции на пористой поверхности. Поэтому задачей описываемых методик было: изучение направления миграции ионов в системе «глина-раствор»; исследование изменения количественного и качественного состава ионно-обменного комплекса глин после обработки глины растворами различного химического состава; выявление связи между полученными данными об изменении ионообменного комплекса в растворах с результатами исследования скорости увлажнения глин.

Для определения ионного состава фильтрата использовались стандартные методы кислотно-основного качественного анализа. В качестве испытуемых образцов использовалась хлорит-гидрослюдистая и бентонитовая глины.

Для исследования изменения обменного комплекса глинистых пород после обработки электролитсодержащими растворами применялась традиционная методика химического анализа глин.

Структурные изменения глинистого образца после его химической обработки исследовались методом рентгенометрии, основанном на явлении дифракции рентгеновских лучей от кристаллического вещества (рефрактометр ДРОН-3М).

Для исследования увлажнения глинистых образцов при обработке растворами использовался экспресс-метод с применением прибора для определения скорости схватывания цемента. Образцы хлорит-гидрослюдистой породы (как имитатор литифицированных глинистых пород) готовились в виде шайб методом формования влажной глины в кольцевидных формах. Образец, высушенный на воздухе, помещался в специальный стакан с растворами различного состава, устанавливался на столик прибора и по шкале отмечалась глубина погружения идентора, находящегося под давлением (рис. 1).

Рисунок 1. Проникновение иглы на глубину увлажнения образца глины:

1 – игла прибора; 2 – часть образца, не подвергшаяся действию раствора; 3 – увлажненная, но недиспергированная часть образца; 4 – диспергированная глина

Временной интервал для наблюдения выбирался на основании контрольного опыта с дистиллированной водой. Как показала серия экспериментов, оптимальной, с точки зрения минимизации погрешностей, оказалась глубина проникновения раствора в глину не менее шести миллиметров. На меньшей глубине и, соответственно, при меньшем времени испытания скорость увлажнения образцов зачастую не дает достоверной информации о дальнейшей гидратации.

Данная методика позволяет получить сравнительную характеристику воздействия различных растворов на скорость увлажнения глинистого образца и может быть использована для предварительной оценки скорости капиллярной пропитки и, косвенно, относительной интенсивности влагопереноса раствора в сравнении с дистиллированной водой.

Для оценки интенсивности увлажнения образца был введен коэффициент скорости увлажнения образца раствором по сравнению с водой Кс при :

, (1)


Pages:   || 2 | 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.