29. Физико-химические взаимодействия в промывочных жидкостях.

Физико-химическое воздействие жидкости на горную породу проявляется в трех основных формах:

1)активное воздействие, основанное на процессах гидратации, диссоциации, ионообмена и химических превращений;

2)адсорбционное воздействие;

)осмотическое воздействие.

Общий физико-химический механизм процессов, происходя­щих в дисперсной системе, обусловливает тесную взаимосвязь различных, часто противоречивых воздействий на буровой рас­твор. Такая связь, например, существует между противополож­но направленными процессами пептизации и коагуляции. Пеп­тизация — процесс физико-химического диспергирования под влиянием среды — разрушает коагуляционные связи, но в то же время увеличивает число кинетически активных частиц и мо­жет стать предпосылкой, подготавливающей коагуляцию. В свою очередь данный уровень дисперсности можно сохранить как торможением пептизации (ингибироваиием), так и предотвраще­нием коагуляционного агрегирования (стабилизацией), а также сочетанием обоих методов. Различные факторы направляют процессы коагуляции в ту или иную сторону, но разграничить их по времени и в пространстве невозможно: они протекают одновременно и во всем объеме системы. Поэтому можно гово­рить лишь о преимущественном направлении.

30. Реакции замещения, присоединения и обмена в промывочных жидкостях.

31. Адсорбция на границах раздела фаз в промывочных жидкостях

Из явлений происходящих на границе раздела фаз большое значение для получения и регулирования свойств промывочных жидкостей имеет – адсорбция [2].

Адсорбция – явление самопроизвольного повышения концентрации растворенного вещества на границе раздела фаз по сравнению с концентрацией этого вещества во всем объеме дисперсной системы.

Вещество на поверхности которого адсорбируются и удерживаются молекулы другого вещества, называется адсорбентом, а вещество, которое адсорбируется адсорбтивом.

Находящийся в дисперсионной среде бурового раствора химический реагент в результате диффузии стремится равномерно распределиться в объеме жидкости.

При этом молекулы растворенного реагента сталкиваются с поверхностью дисперсной фазы и адсорбируются на ней. Оставшийся в жидкости растворенный химический реагент снова равномерно распределяется в объеме дисперсионной среды. Происходит накопление вещества – адсорбтива (т.е. химического реагента), на поверхности адсорбента (т.е. дисперсной фазы). Некоторые молекулы химического реагента недостаточно прочно удерживаются поверхностью твердых частиц и отрываются от них, происходит явление десорбции.

Это происходит до тех пор пока поверхность глинистой частицы насытится химическим реагентом и между адсорбцией и десорбцией наступит динамическое равновесие.

Различают адсорбцию физическую и химическую. Однако провести резкую границу между этими видами адсорбции невозможно.

32. Основные свойства и показатели качества буровых растворов.

Основные свойства бурового раствора:

 плотность

 реологические свойства

 выход раствора

вязкость

показатель фильтрации

статическое напряжение сдвига

стабильность

суточный отстой

содержание песка

водородный показатель.

 

Плотность

Плотность – это вес единицы объема бурового раствора, которая обуславливает поддержание частиц бурового раствора во взвешенном состоянии. Увеличение плотности бурового раствора увеличивает его несущую способность за счет увеличения его подъемной силы и вязкости вследствие возросшего содержания в растворе твердой фазы.

Плотность бурового раствора непосредственно связана с количеством и средним удельным весом твердой фазы в  системе. Контроль плотности важен потому. Что гидростатическое давление, создаваемое столбом бурового раствора, необходимо для противодействия пластовым давлениям и предотвращения смятия ствола.

Реологические свойства

Реология буровых растворов и связанная с ней гидравлика кольцевого пространства непосредственно связаны с тем, насколько эффективно очищается ствол и насколько он стабилен. К наиболее важным реологическим характеристикам относятся:

Вязкость – имеет большое значение для обеспечения подъемной силы бурового раствора. Вязкость определяется концентрацией, качеством и степенью гидратации взвешенных частиц;

Условная вязкость – характеризует гидравлическое сопротивление бурового раствора течению;

Эффективная вязкость – косвенно характеризует вязкость бурового раствора как ньютоновской жидкости;

Пластическая вязкость – это та часть сопротивления течению жидкости, которая вызывается механическим трением;

Предел текучести или предельное динамическое напряжение сдвига – вторая составляющая сопротивления течению бурового раствора – является мерой электрохимических сил притяжения в буровом растворе;

Показатель фильтрации – косвенно характеризует способность раствора отфильтровываться через стенки скважины;

Толщина фильтрационной корки – косвенно характеризует способность раствора к созданию малопроницаемой фильтрационной корки на стенках скважины;

Показатель седиментации – косвенно показывает стабильность бурового раствора.

Выход раствора

Выход раствора является интегральным показателем качества бентонита. Этот расходный показатель раствора зависит от минералогического состава, тонкости помола и технологии модификации. Идеальным вариантом является использование глин с высоким содержанием монтмориллонита с преобладающим содержанием в обменном комплексе ионов калия и натрия (щелочные бентониты), что достигается, как правило, технологией модификации низкокачественных глин.

Стандарты API-13А и OCMA DFCP-4 устанавливают минимальный уровень выхода раствора. В API-13А это сделано не в явной форме, а путем регламентирования содержания глинистой фазы в суспензии при определении ее свойств, которое соответствует выходу раствора в количестве 16 м³/т для бентонита.

Вязкость характеризует свойство раствора оказывать сопротивление его движению.

Фильтрация бурового раствора в пласт способствует образованию на стенках скважины глинистой корки, препятствующей фильтрационным течениям в системе скважина — пласт. [1]

Фильтрация бурового раствора характеризует способность жидкой фазы бурового раствора ( фильтрата) проникать в поры пласта-коллектора, в микротрещины горных пород, слагающих стенки скважины. Повышение фильтрации способствует кавернообразованию, осыпям и обвалам стенок скважины, повышению вязкости раствора, ухудшению кол-лекторских свойств продуктивных пластов.

Статическое напряжение сдвига (СНС) должно быть достаточным для удержания во взвешенном состоянии утяжелителя и частиц выбуренной породы при прекращении циркуляции промывочной жидкости.

Вместе с тем статическое напряжение сдвига должно быть минимально допустимым, так как повышенное значение прочности структуры промывочной жидкости вызывает затруднение при запуске насосов, создает значительное давление на стенки скважины, что в слабосвязанных породах может вызвать гидравлический разрыв пласта при восстановлении циркуляции и ухудшает условия очистки от частиц выбуренной породы и дегазации очистного агента.

Стабильность бурового раствора оценивается изменением значения показателя фильтрации во времени. Увеличение значения фильтрации через определенное время означает снижение стабильности бурового раствора.

Суточный отстой характеризует коллоидные свойства промывочной жидкости. Для его определения хорошо перемешанный раствор наливают в градуированный цилиндр емкостью 100 см3 и оставляют в покое на сутки. Для высококачественных растворов значение суточного отстоя должно быть равно нулю. Суточный отстой ( О в %) характеризует способность промывочной жидкости не выделять из себя жидкую фазу ( воду, углеводородную жидкость) при нахождении в покос. Для определения суточного отстоя в градуированный стеклянный цилиндр емкостью 100 см3 наливают промывочную жидкость и оставляют в покое на 1 сут. По истечении этого срока замеряется величина осветленной части промывочной жидкости. Эта величина, ныра-женная в процентах, и будет суточным отстоем. Суточный отстой измеряют с помощью мерного цилиндра емкостью 100 см3, обозначают буквой О. Испытуемую жидкость осторожно наливают в мерный цилиндр до отметки 100 см3, закрывают стеклом и оставляют в покое на 24 ч, после чего визуально определяют величину слоя прозрачной воды, выделившейся в верхней части цилиндра. Отстой выражают в процентах выделившейся жидкости от объема пробы. Суточный отстой во всех случаях практически равен нулю. Суточный отстой О измеряют в обязательном порядке при применении утяжеленных растворов. Суточный отстой — количество воды, выделяющееся за сутки из раствора при его неподвижном хранении. Для высокостабильных растворов величина суточного отстоя должна быть равна нулю.

Содержание песка - параметр, характеризующий содержание в растворе частиц (породы, не разведенных комочков глины), не способных растворяться в воде. Его измеряют по величине осадка, выпадающего из бурового раствора, разбавленного водой, после интенсивного взбалтывания. В хорошем растворе содержание песка не должно превышать 1 %.

Величина водородного показателя рН характеризует щелочность бурового раствора. При рН > 7 раствор щелочной, при рН = 7 -нейтральный, при рН < 7 — кислый.