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 |   ...   | 4 | 5 || 7 |

Обеспечение результативности и эффективности бурения нефтяных и газовых скважинна основе системного подхода

-- [ Страница 6 ] --

Для упрощения экспериментов за счет исключения фактора времени длительность выдерживания образцов в жидкости при определении коэффициента разупрочнения сохранялась неизменной. Анализ экспериментальных данных показал, что Кр в целом коррелируется со скоростью увлажнения и набухания, хотя имеет место значительный разброс точек. Экспериментально показано, что это обусловлено, в частности, тем, что набухание и увлажнение взаимосвязаны.

Процесс увлажнения (кривая Vув(t)) наиболее интенсивно протекает на начальной стадии контакта глинистого образца с жидкостью. Поскольку при этом увеличение объема образца (кривая Vнб(t)) незначительно, то логично предположить, что вся впитавшаяся в образец жидкость расходуется на заполнение его порового пространства, т.е. на пропитку образца. В процессе увлажнения можно выделить два этапа, характеризующихся разными скоростями и, что более существенно, разными механизмами увлажнения. На начальном этапе времени Тпр увлажнение осуществляется по механизму пропитки, т.е. зависит от текучести жидкости и гидропроводности образца. При этом объем последнего меняется незначительно. На следующем этапе (Тпр) доминирующим является процесс набухания, и увлажнение образца зависит от способности породы изменять объем в данной конкретной жидкости. Таким образом, увлажнение глинистой породы происходит в результате развития двух различных по своей природе процессов - пропитки и набухания. Следовательно, для того, чтобы с наибольшей эффективностью замедлять увлажнение, следует учитывать специфику этих процессов. Исходя из этого для описания процесса разупрочнения предложено использовать два независимых параметра - скорость набухания Wнб и скорость пропитки и Wпр:

Кр = f(Wнб, Wпр, t) (1)

С привлечением основных положений физикохимии дисперсных систем показано, что скорость набухания является ответственной за величину снижения срочности единичного контакта между глинистыми частицами, а скорость пропитки определяет количество единичных контактов, подверженных разупрочняющему влиянию дисперсионной среды ПЖ.

Функциональная зависимость (3) с учетом условия Кр = 1 при Wпр = 0 или Wнб = 0 может быть представлена формулой:

Кр = Рсж/(Рсж + b Wпрn Wнбm), (2)

где Кр - коэффициент разупрочнения; Рсж - прочность образца на сжатие, МПа; Wнб - скорость набухания, см/ч; Wпр - скорость пропитки, см/ч; b, n, m - эмпирические коэффициенты.

Для большинства ПЖ в максимально достигаемом диапазоне изменения изучаемых параметров (табл. 2) расчетным путем получены следующие значения эмпирических коэффициентов: b = 1,9109 (ч/см)n+m, n = 0,709,
m = 1,543. Коэффициент корреляции r при уровне значимости = 0,05 по
-преобразованию Фишера находится в следующих доверительных границах: rmin = 0,953 < r = 0,975 < rmax = 0,987.

Таким образом, вычленение из процесса увлажнения двух его составляющих - пропитки и набухания позволяет повысить информативность результатов определения ингибирующей способности буровых растворов (контролируются одновременно два параметра) при одновременном его упрощении, по сравнению с определением, например, коэффициента разупрочнения. В диссертации приводится анализ различных вариантов повышения ингибирующей способности ПЖ с применением для ее оценки скоростей пропитки и набухания.

Наиболее трудоемким и ответственным этапом использования предложенной методики является нахождение эмпирических коэффициентов в уравнении (2) для конкретного типа глинистой породы. В диссертации методика реализована для образцов из бентонитовой глины. Поскольку монтмориллонит из всех глинистых минералов наиболее восприимчив к воздействию жидкости, то полученные результаты относятся к заведомо худшим условиям. При отсутствии достоверной информации об инженерно-геологических свойствах разбуриваемых пород их можно взять в качестве более надежной оценки. Для накопления информации создана база данных «Промывка скважин», позволяющая уточнять указанные коэффициенты для других глинистых пород. Достоинством методики является также то, что ее можно использовать в базе знаний для компьютеризированной выдачи искомой рецептуры ПЖ или рекомендаций по ее обработке. Оптимизация состава ПЖ в этом случае осуществляется с использованием формулы (2).

Непосредственная оценка разупрочнения образцов глинистых пород весьма трудоемка, а априори сказать какой из косвенных способов оценки ингибирующей способности буровых технологических жидкостей дает лучшие результаты трудно. Поэтому представляется целесообразной разработка стандартизованной методики оценки ингибирующей способности буровых технологических жидкостей, например, на основе набухометра и таймера капиллярной пропитки OFITE. В настоящее время эти приборы получили наибольшее распространение в исследовательской практике. При этом следует учесть, что таймере капиллярной пропитки OFITE исследуется процесс пропитки фильтровальной бумаги, следовательно, не учитываются физико-химические свойства глинистых пород.

Наличие стандартизованной методики оценки ингибирующей способности буровых технологических жидкостей не исключает использования наряду с ней других методик. Более того, одновременное использование стандартизованной (эталонной) и других методик позволит по мере накопления необходимой информации обосновать сопоставимость их результатов. Это важно, поскольку в бурении распространено принятие управленческих решений на основе собственного профессионального опыта, по аналогии, когда для решения текущей проблемы используется ее решение в схожей ситуации (прецедент). Отсутствие объективных показателей для описания ситуации приводит в последующем к субъективному выбору прецедента и, соответственно, принятию неверного решения текущей проблемы. Наличие базы данных по бурению интервалов неустойчивых глинистых пород, содержащей описания конкретных ситуаций на основе стандартизованных показателей, позволит повысить обоснованность и объективность технологических решений.

При реализации предложенной методики снижение скорости пропитки достигается за счет регулирования вязкостных и поверхностно-активных свойств дисперсионной среды ПЖ. Что же касается скорости набухания, то в результате изучения увлажняющей способности фильтратов ПЖ установлено, что низкие скорости набухания получаются, как правило, при использовании многокомпонентных ПЖ. Дополнительные исследования в этом направлении показали, что наиболее эффективными являются композиции, содержащие вещества различных классов: электролиты, полимеры, ПАВ. Было сделано предположение, что высокая эффективность многокомпонентных композиций обусловлена расширением их возможностей по предотвращению гидратации глинистых минералов, при увеличении числа ингредиентов. Поэтому в качестве компонентов ПЖ предложено использовать микрополидобавки (МПД), состоящие из веществ различных классов (разновалентных солей, полифункциональных полимеров, ПАВ) и мелкодисперсного наполнителя, выполняющего в ПЖ функции структурообразователя и кольматанта. В качестве наполнителя целесообразно использовать волокнистые кислоторастворимые материалы, например, лигнин, торф, асбест.

В четвертом разделе диссертации изложены также результаты изучения влияния минерализованных ПЖ на буримость горных пород. Их применение, по мнению ряда исследователей, сопровождается снижением буримости горных пород (механической скорости проходки). Предполагается, что механизм снижения буримости может быть связан с проявлением ингибирующих свойств ПЖ. Выяснение роли минерализации ПЖ в процессах разупрочнения пород позволит обосновать правильный подход к выбору рецептур минерализованных ПЖ.

На первом этапе исследований с привлечением методов математической статистики был проведен анализ промысловых данных по Прикаспийскому и Восточно-Сибирскому регионам. Данные для анализа, включавшие информацию о результатах отработки примерно 10 тыс. долот, были собраны по первичным документам (суточные рапорта буровых мастеров). Сравнение средних значений механической скорости проходки при промывке различными типами ПЖ проводили по методике для малых выборок, имеющих разные дисперсии, в предположении нормального закона изменения изучаемого признака. В большинстве случаев отрицательное влияние минерализации ПЖ на эффективность работы породоразрушающего инструмента зафиксировано однозначно.

Для установления возможных причин снижения буримости были проведены две серии экспериментов: исследование механических свойств образцов мрамора при статическом вдавливании штампа по методу Л.А. Шрейнера и бурение натуральными долотами в стендовых условиях.

Методика изучения влияния буровых растворов на буримость горных пород (в качестве эквивалентного материала использован мрамор) включала лабораторные исследования по оценке воздействия жидкой среды на механические свойства образцов при вдавливании штампа и стендовые исследования. Последние проводились на базе бурового стенда, состоящего из станка ЗИФ-1200А и комплекса измерительных приборов, позволяющих проводить непрерывную запись текущей проходки в зависимости от числа оборотов долота. О влиянии жидкости на буримость горнах пород судили по величине углубления долота за один оборот.

Из первой серии экспериментов не удалось сделать достоверных выводов, поскольку определяемые экспериментально твердость, пластичность и удельная работа разрушения, изменялись в пределах 10%. Результаты бурения в стендовых условиях оказались более информативными. Установлено, что на относительное углубление долота за один оборот, т.е. механическую скорость проходки, существенное влияние оказывает вязкость дисперсионной среды ПЖ. Химический состав и поверхностное натяжение жидкостей оказывают незначительное влияние на буримость.

В развитие исследований по буримости впервые экспериментально изучено влияние вязкостных свойств жидкой среды на буримость горных пород долотами шарошечными и истирающе-режущего типа. Экспериментально установленная меньшая зависимость показателей работы долот истирающе-режущего типа от вязкостных свойств дисперсионной среды ПЖ по сравнению с шарошечными предопределяет целесообразность их использования при промывке минерализованными растворами.

Основные рекомендации, вытекающие из рассмотренного механизма разупрочнения глинистых пород и исследования влияния минерализованных ПЖ на буримость горных пород, использованы при разработке рецептур безглинистых минерализованных ПЖ. При этом исходили из того, что ПЖ при прочих равных условиях должна обладать низкими скоростями пропитки и набухания, вязко-стными свойствами дисперсионной среды, материалоемкостью. Безглинистые минерализованные ПЖ также должны состоять из доступных ингредиентов и иметь экологические характеристики не хуже традиционных рецептур.

К числу безглинистых минерализованных ПЖ, отвечающих этим требованиям, относятся гидрогельмагниевые ПЖ пониженной материалоемкости, разработанные нами под руководством профессора, д.т.н. О.К. Ангелопуло. Снижение расхода магниевых солей достигалось за счет использования асбесто-, торфо-, коллагено-, лигно-, шлам-лигно- и сапропелещелочной затравок, компенсирующих потерю прочности структуры ПЖ из-за недостатка структурообразующих ионов магния. Снижение концентрации магниевых солей, наряду с введением в состав калийсодержащих добавок, предопределяет снижение вязкостных свойств фильтрата ПЖ. Пониженный уровень ингибирующих свойств ПЖ, даже при некотором повышении скорости пропитки, обеспечивается за счет микрополидобавок.

В диссертации приведены примеры разработки безглинистых минерализованных ПЖ, содержащих микрополидобавки, с использованием различных способов оценки ингибирующей способности (по Кр и путем определения Wнб и Wпр).

При разработке рецептур безглинистых минерализованных ПЖ установлено, что для улучшения буримости пород в их состав целесообразно включать лигносульфонатные реагенты, молекулы которых, видимо, обладают способностью под действием внешней нагрузки легко изменять пространственную форму, что обеспечивает фильтрату ПЖ низкие вязкостные свойства.

В пятом разделе диссертации изложены научные и методические основы обеспечения экологической безопасности буровой технологической системы.

Экологическая безопасность буровой технологической системы определяется, прежде всего, объемом и токсичностью обращающихся в ней веществ (материалов, сырья, отходов). Современная практика регламентирования экологической безопасности буровых технологических жидкостей, в частности промывочных, основана на разработка их предельно допустимых концентраций (ПДК) в водах водных объектов рыбохозяйственного значения (приказ Росрыболовства от 18 января 2010 г. № 2010). При разработке рыбохозяйственных нормативов постулируется, что ПЖ: а) являются смесями постоянного состава, б) имеют соответствующий номер ГОСТа или ТУ, номер госрегистрации, международный код, определяющие свойства этих веществ (количество и качество примесей). Эти утверждения являются ошибочными.

Жизненный цикл буровых промывочных жидкостей включает проектирование, приготовление, использование, кондиционирование и перевод в отходы производства. Как материальный объект ПЖ появляется на этапе приготовления (исходная, кондиционная промывочная жидкость), ее использование заключается в многократном прокачивании через скважину при котором ее состав и свойства изменяются в результате:

обогащения буровым шламом;

химических реакций и физико-химического взаимодействия между компонентами дисперсионной среды и дисперсной фазы, а также с породами в стенке скважины (путь циркуляции ПЖ через скважину, которая, по сути, является химическим реактором с повышенными температурой и давлением, составляет несколько километров);

механохимических процессов в элементах циркуляционной системы, прежде всего в гидромониторных насадках долота.

Разумеется, речь не идет о том, что состав и свойства БПЖ существенно изменяются уже в течение первого цикла циркуляции. Интенсивность снижения качества промывочной жидкости в процессе циркуляции зависит от многих факторов и вопрос лишь в том, когда эти изменения станут экологически значимыми. Сохраняя объективность, следует также отметить, что неизбежное ухудшение технологических свойств не обязательно будет сопровождаться ухудшением и экологических свойств промывочной жидкости. Не исключено, что в результате химических реакций и физико-химических процессов экологические свойства циркулирующей промывочной жидкости улучшатся по сравнению с исходной. Однако изначально это не известно.

В процессе циркуляции из скважины выходит некондиционная промывочная жидкость. Для возвращения исходного качества ее кондиционируют, в том числе, периодически путем химической обработки. Таким образом, можно выделить три состояния промывочной жидкости: исходное, для которого формально норматив ПДК утвержден, а также некондиционное (на выходе из скважины) и кондиционное (после химобработки), для которых норматив ПДК неизвестен.

Норматив ПДК определяется для одного фиксированного значения концентрации компонентов ПЖ, хотя это один из множества возможных вариантов ее рецептур. В проектной и технологической документации на строительство скважин приводятся интервалы значений концентрации компонентов ПЖ. Перед приготовлением промывочной жидкости на буровой осуществляют отработку ее рецептуры в лаборатории из реагентов и материалов, имеющихся на предприятии. Оптимизация рецептуры промывочной жидкости в лаборатории осуществляется по технологическим свойствам, которые, в отличие от экологических, можно оперативно измерить. Таким образом, задача воспроизведения ПЖ в соответствии с рецептурой, указанной в перечне ПДК, не ставится. Поэтому совпадение рецептуры приготовленной буровой (исходной) промывочной жидкости и ее утвержденного аналога — дело случая. Концентрации ингредиентов ПЖ изменяются в широких пределах. Следовательно, существует вероятность того, что экологические свойства фактически используемой промывочной жидкости могут быть хуже ее аналога, указанного в перечне ПДК. Для того, чтобы это исключить, целесообразно было в перечне ПДК привести концентрации ингредиентов БПЖ в виде интервала значений, а величину ПДК указать для самой худшей в этом отношении рецептуры промывочной жидкости. Впрочем, и это не сделает утвержденный норматив ПДК реальным, так как состав и свойства ПЖ в процессе циркуляции изменяются.

Целью разработки рыбохозяйственных нормативов смесевых препаратов является экспертная оценка экологического риска применения препарата, проведение экологической и рыбохозяйственной экспертизы, а также подготовка материалов для предъявления исков за ущерб, нанесенный водным биоресурсам. При оценке ущерба водным биоресурсам сопоставляют фактическую концентрацию веществ в воде с предельно допустимой. Следовательно, процедура разработки и утверждения ПДК для ПЖ имеет практическую ценность только при наличии методик их аналитического контроля в воде. Поскольку, попадая в воду, промывочная жидкость перестает существовать, распадаясь на отдельные компоненты, растворяющиеся и осаждающиеся в воде, то речь может идти о создании методик аналитического контроля не ПЖ в целом, а ее компонентов. Однако и утвержденных в установленном порядке таких методик. Следовательно, напрямую использовать значение ПДК промывочной жидкости при оценке ущерба водным биоресурсам не представляется возможным. Величина ПДК промывочной жидкости характеризует ее потенциальную экологичность на основе исследования только одной из возможных ее рецептур. Некоторая практическая польза от этого, безусловно, есть. Например, зная ПДК, на этапе проектирования можно выбрать промывочную жидкость с меньшим потенциальным ущербом водным биоресурсам. Однако с учетом длительности и трудоемкости процедуры разработки и утверждения эколого-рыбохозяйственных нормативов, а также неисчислимого количества существующих рецептур ПЖ такой путь вряд ли можно назвать разумным. На стадии проектирования, видимо, можно ограничиться применением приближенного расчетного способа определения экологичности БПЖ или, если необходим более точный результат, — использовать метод биотестирования. Однако и расчетный способ и биотестирование нуждаются в адаптации к условиям бурения. С этой целью в диссертации приведены результаты исследований технологических отходов бурения. Объектами исследований были отработанная промывочная жидкость (ОПЖ) и буровой шлам (БШ), полученные при бурении скважины № П-1 Южно-Песцового газоконденсатного месторождения Тюменской области. Исследования проводили по общепринятым методикам в Научно-исследовательском институте экологии человека и гигиены окружающей среды имени А.Н. Сысина Российской академии медицинских наук под руководством профессора, д.м.н. З.И. Жолдаковой.



Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 |
 





 
© 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.