Промывочные жидкости и промывка скважин

Определение суточного отстоя буровых растворов.

Для измерения суточного отстоя используется мерный стеклянный цилиндр, градуированный до 100 см3 (рис.14).

Порядок измерения.

1. В стеклянный цилиндр залить 100 см3 тщательно перемешанного бурового раствора и оставить раствор в покое на 24 часа.

2. По истечении 24 часов непосредственно по шкале цилиндра определить объем отстоявшейся воды. Этот объем соответствует суточному отстою, выраженному в процентах.

Рис. 13. Цилиндр ЦС-2



Рис. 14. Цилиндр для отстоя

Оформление лабораторной работы.

Студенты переписывают с классной доски таблицу результатов, полученных всеми рабочими бригадами.

1. При оформлении работы студенты приводят в своем лабораторном журнале:

· название, порядковый номер лабораторной работы и дату ее выполнения;

· перечень параметров бурового раствора, измеряемых при выполнении лабораторной работы, наименование и марку приборов, с помощью которых параметры были измерены, номер прибора и постоянные коэффициенты, необходимые для перевода показание прибора в принятые единицы измерения;

· таблицу результатов, полученных всеми рабочими бригадами, в которой рамкой выделяются результаты, полученные данным студентом.

2. Используя измеренные с помощью пикнометра значения плотности глинистого раствора, студент вычисляет для каждой пробы раствора концентрацию глины по объему:

В этой формуле:

?г - плотность глины;

?в - плотность воды, взятой для приготовления глинистого раствора;

? - плотность глинистого раствора, измеренная с помощью пикнометра.

3. По результатам вычислений и данным таблицы строятся графики зависимости водоотдачи, пластической вязкости, динамического напряжения сдвига, одноминутного статического напряжения сдвига, условной вязкости, плотности глинистого раствора от объемной концентрации глины.

4. Анализируя таблицу результатов и графики, студент записывает в журнал свои выводы о влиянии объемной концентрации глины на свойства глинистого раствора.

Лабораторная работа № 2. Изучение влияния минерализации воды и типа глины на свойства глинистого раствора

Бентонитовые глины хорошо глины хорошо гидратируют и диспергируются в пресной воде. При использовании пресной воды вследствие хорошей гидратации для получения глинистого раствора нормальной вязкости достаточно относительно небольшой концентрации бентонита. Полученный раствор обладает удовлетворительными фильтрационными свойствами.

В соленой воде бентонит гидратирует плохо, а при высоких концентрациях NaCl гидратация почти не происходит. Диспергирование бентонита затруднено. В силу этих причин для получения глинистого раствора нормальной вязкости требуется больше глины. Полученный глинистый раствор не стабилен и имеет очень плохие фильтрационные свойства.

Предварительная гидратация бентонита (смешение с небольшим количеством пресной воды и перемешивания до получения пасты) облегчает диспергирование его в соленой воде и позволяет получить более стабильную суспензию, обладающую более высокой вязкостью и немного меньшей водоотдачей.

Палыгорскит в соленой воде образует пространственную структуру благодаря игольчатой форме частиц. Поэтому получить соленый глинистый раствор можно и при относительно небольшой концентрации палыгорскита. Игольчатые частицы палыгорскита не могут образовать малопроницаемую фильтрационную корку, вследствие чего палыгорскитовые минерализованные растворы имеют большую водоотдачу.

Целью работы является изучение влияния минерализации воды, взятой для приготовления глинистого раствора, не содержащего химических реагентов.

Подготовка к работе

Для лабораторной работы заранее приготавливается 5%-ный раствор хлорида натрия и паста из бентонитового глинопорошка на пресной воде при соотношении бентонита и воды 1:1 по массе.

Организация работы

Группа студентов, выполняющих лабораторную работу, делится на 6 рабочих бригад. Каждая бригада приготавливает и испытывает пробу глинистого раствора по заданной рецептуре.

В зависимости от вида и сорта бентонитового глинопорошка концентрация глины в растворе может быть различной. Преподаватель может также изменять вид и концентрацию соли в воде затворения. В качестве примера приводятся рецептуры, позволяющие достичь целей, преследуемых лабораторной работой в случае использования бентонита 1 сорта Иджеванского комбината.

№№ рабочих бригад	Дисперсионная среда	Дисперсная фаза
	состав	объем, см3	вид	масса, г
1	вода пресная	500	бентонит	40
2	5% раствор NaCl	500	бентонит	40
3	5% раствор NaCl	500	бентонит	80
4	5% раствор NaCl	460	бентонитовая паста 1:1	80
5	вода пресная	500	палыгорскит	40
6	5% раствор NaCl	500	палыгорскит	40

В случае, если на занятиях присутствуют 5 рабочих бригад, то можно исключить рецептуру для бригады №5. Если работают всего 4 бригады, то можно исключить рецептуры №5 и №2.

Выполнение лабораторно работы.

Получив задание, студенты готовят глинистый раствор по следующей методике:

1. С помощью мерной кружки или градуированного стеклянного цилиндра отмерить нужный объем воды или раствора соли и влить жидкую фазу в стакан миксера.

2. Взвесить глину или глинистую пасту и ввести ее в стакан.

3. Установить стакан с водой и глиной на миксер и перемешивать содержимое в течение 5 минут при работе миксера на первой скорости.

4. Снять стакан с миксера, собрать с его стенок налипшую глину и ввести ее в раствор. Установить стакан на миксер и перемешивать раствор 10 минут при работе миксера на 2 скорости.

5. Снять стакан с миксера и измерить следующие параметры глинистого раствора:

a. Условную вязкость по малой воронке - Т100,

b. Пластическую вязкость - ?,

c. Динамическое напряжение сдвига - ?0,

d. Статическое напряжение сдвига - ?,

e. Водородный показатель - рН,

f. Плотность - ?,

g. Водоотдачу - В,

h. Толщину глинистой корки - К,

i. Суточный отстой - О.

6. Результаты измерений записать на классную доску в виде таблицы.

Оформление лабораторной работы.

Студенты переписывают в свой лабораторный журнал таблицу результатов, полученных всеми рабочими бригадами.

1. При оформлении лабораторной работы студент записывает в журнале:

a. Название, порядковый номер работы и дату ее выполнения;

b. Таблицу результатов, полученных всеми рабочими бригадами, выделив в ней рамкой свои результаты.

2. Проанализировав данные таблицы, студент записывает в лабораторный журнал свои выводы о влиянии на свойства глинистого раствора:

a. Минерализации воды, взятой для приготовления глинистого раствора;

b. Предварительной гидратации бентонита;

c. Типа глины;

d. Концентрации глины.

А также выводы о влиянии минерализации воды на гидратацию и диспергирование бентонита.

Лабораторная работа №3. Определение выхода глинистого раствора из 1 т глины. Оценка качества глины

Показателем, характеризующим качество глинопорошков, является «выход» глинистого раствора, то есть объем раствора нормальной вязкости, который можно приготовить из 1000 кг глины на пресной воде.

В соответствии с ТУ-39-043-74 глинопорошки, выпускаемые для нужд бурения, должны отвечать следующим требованиям

	сорт
	высший	1	2	3	4
Выход раствора при условной вязкости Т=25с, не менее, м3	15	12	9	6	6
Плотность раствора при условной вязкости Т=25с, не более, кг/м3	1043	1054	1073	1100	1100
Влажность, не более, % масс	6-8	6-8	6-8	6-8	6-8

Методика приготовления глинистого раствора, предусмотренная техническими условиями, заключается в следующем.

В кружку наливают 1000 см3 пресной воды, нагревают до кипения и помещают в водяную баню с той же температурой.

При перемешивании мешалкой засыпают 100-140 г бентонитового порошка или 200 г и более глинопорошка из небентонитовых глин. Раствор перемешивают в течение 5 минут, затем охлаждают до 200С, вновь перемешивают 5 минут и измеряют условную вязкость. Если условная вязкость превышает 25с, то раствор разбавляют водой до этого значения вязкости. У раствора, имеющего условную вязкость Т=25с, измеряют плотность с помощью пикнометра. Взвешивание производят на аналитических весах с точностью до 0,001 г.

Приняв плотность глины ?г = 2700 кг/м3, вычисляют выход глинистого раствора из 1000 кг глины по формуле:



Американская ассоциация по производству материалов для бурения пользуется несколько иной методикой для приготовления глинистого раствора и оценки выхода раствора из 1000 кг глины. Раствор готовят без подогрева, но с выдержкой в течение 24 часов. Выход раствора оценивают по количеству глины и воды в глинистом растворе, который имеет эффективную вязкость ?эф = 15мПа/с.

Целью работы является определение выхода глинистого раствора из 1000 кг глинопорошка.

Подготовка к работе.

За 24 часа до выполнения лабораторной работы лаборант проводит первую стадию приготовления глинистого раствора. Готовятся 6 проб, отличающихся друг от друга содержанием воды и глины. При использовании саригюхского бентонита можно взять следующие соотношения воды и глинопорошка:

1. 500 см3 воды + 25 г бентонита

2. 500 см3 воды + 30 г бентонита

3. 500 см3 воды + 35 г бентонита

4. 500 см3 воды + 40 г бентонита

5. 500 см3 воды + 45 г бентонита

6. 500 см3 воды + 50 г бентонита.

При использовании для выполнения лабораторной работы других разновидностей глинопорошков соотношение между глиной и водой должно быть подобрано опытным путем.

Глинистый раствор готовится следующим образом: в стакан миксера наливают 500 см3 воды и вводят навеску глины. Устанавливают стакан на миксер и перемешивают в течение 20 минут при работе миксера на 2 скорости. По истечении 20 минут снимают стакан с миксера и переливают раствор в сосуд, который плотно закрывается крышкой.

Раствор оставляется в покое на 24 часа.

Организация лабораторной работы

Группа студентов, выполняющих лабораторную, работу делится на 6 рабочих бригад, каждая из которых приготавливает и испытывает отдельную пробу глинистого раствора.

Выполнение лабораторной работы.

Получив пробу глинистого раствора, студенты заканчивают ее приготовление:

1. Глинистый раствор перемешать и перелить в стакан миксера.

2. Установить стакан на миксер и перемешивать раствор в течение 5 минут при работе миксера на 2 скорости.

3. По окончании перемешивания измерить параметры глинистого раствора:

a. Условную вязкость по малой воронке - Т100,

b. Пластическую вязкость - ?,

c. Динамическое напряжение сдвига - ?0,

d. Статическое напряжение сдвига - ?,

e. Эффективную вязкость - ?эф,

f. Водородный показатель - рН,

g. Плотность - ?,

h. Водоотдачу - В,

i. Толщину глинистой корки - К.

Пластическую вязкость и динамическое напряжение сдвига следует измерять с помощью вискозиметра FANN.

4. Результаты измерений записать на классную доску в виде таблицы.

Оформление лабораторной работы.

Студенты переписывают в свой лабораторный журнал таблицу результатов, полученных всеми рабочими бригадами.

1. При оформлении лабораторной работы студент записывает в журнале:

a. Название, порядковый номер работы и дату ее выполнения;

b. Таблицу результатов, полученных всеми рабочими бригадами, выделив в ней рамкой свои результаты.

2. По данным таблицы строят график зависимости эффективной вязкости от количества глины, взятой для приготовления глинистого раствора. График строят в полулогарифмических координатах:

3. По графику находят концентрацию глины, которая обеспечивает получение глинистого раствора с эффективной вязкостью 15мПа/с и по этой концентрации вычисляют выход глинистого раствора по формуле:

где qг - масса глины в растворе, имеющем эффективную вязкость 15мПа/с;

qв - масса воды в этом растворе.

4. По данным таблицы строят графики зависимостей пластической вязкости, эффективной вязкости, динамического и статического напряжений сдвига, водоотдачи от плотности глинистого раствора.

Лабораторная работа №4. Изучение влияния электролитов на свойства глинистого раствора

Глинистый раствор как дисперсная система весьма чувствителен к действию электролитов. Химические реагенты - электролиты или постоянные электролиты, попадающие в глинистый раствор при бурении, изменяют строение и размеры двойного электрического слоя глинистых частиц. Тем самым электролиты влияют на один из факторов, обеспечивающих агрегатную устойчивость глинистой суспензии.

Изменение агрегатной устойчивости глинистой суспензии сопровождается и изменениями технологических свойств глинистого раствора.

Характер действия электролитов на свойства глинистых растворов зависит от вида катионов и анионов электролита.

Катионы электролита всегда играют роль коагулирующих ионов для глинистой суспензии. Степень понижения агрегативной устойчивости глинистой суспензии зависит от вида катиона и его концентрации.

При увеличении концентрации электролита агрегативная устойчивость понижается и, следовательно, увеличивается степень коагуляции глинистого раствора.

По возрастанию коагулирующей способности одновалентные катионы располагают в следующий ряд:

Li+<Na+<K+<NH4+<Rb+<Cs+

Коагулирующая способность двухвалентных катионов на 2 порядка выше, чем у одновалентных, и возрастает в такой последовательности:

Mg2+<Ca2+<Ba2+

Коагулирующая способность трехвалентных катионов на порядок выше, чем у двухвалентных.

Поскольку частицы глины заряжены отрицательно, а катионы образуют слой противоионов, адсорбция ионов на поверхности глинистой частицы увеличивает ее отрицательный заряд. Увеличение заряда поверхности глинистых частиц, в свою очередь, способствует увеличению заряда слоя противоионов и повышению агрегативной устойчивости глинистой суспензии.

Анионы могут способствовать катионному обмену на поверхности глинистых частиц, если анион электролита образует с противоионами глинистых частиц нерастворимые соединения.

Коагуляция, как следствие понижения агрегативной устойчивости, приводит к повышению статического и динамического напряжений сдвига глинистого раствора, загустеванию его и постепенному повышению водоотдачи (гидрофильная коагуляция). При высокой концентрации электролита и ограниченном содержании твердой фазы в растворе может наступить коагуляционное разжижение, характеризующееся понижением статического и динамического напряжений сдвига, потерей седиментационной устойчивости резким увеличением водоотдачи (гидрофобная коагуляция).

Повышение агрегативной устойчивости глинистой суспензии при добавлении малых количеств некоторых реагентов - электролитов сопровождается понижением статического и динамического напряжений сдвига, разжижением глинистого раствора, понижением его водоотдачи.

Целью настоящей лабораторной работы является изучение характера изменения технологических свойств глинистого раствора под влиянием электролитов, которые используются в качестве химических реагентов, и электролитов, которые могут попадать в раствор в процессе бурения.

Подготовка к работе.

Для работы лаборант заранее готовит исходный глинистый раствор на водопроводной воде, который должен иметь условную вязкость Т=22-28 с.

Непосредственно перед началом лабораторной работы лаборант измеряет параметры исходного глинистого раствора: водоотдачу, толщину глинистой корки, пластическую вязкость, динамическое напряжение сдвига, статическое напряжение сдвига, условную вязкость, водородный показатель, плотность. Значения этих параметров выписываются на классную доску.

Для приготовления исходного раствора целесообразно использовать глину невысокого качества, глинопорошок, не подвергавшийся модификации на заводе.

Организация работы.

Группа студентов делится на 6 рабочих бригад. Каждая бригада проводит обработку пробы глинистого раствора одним из электролитов и измеряет параметры глинистого раствора после ввода электролита. За время, отведенное для выполнения лабораторной работы, каждая бригада дважды производит обработку и, соответственно, дважды измеряет параметры раствора.

Для работы могут быть использованы любые электролиты, однако представляется целесообразным изучит влияние на глинистый раствор таких соединений как:

- карбонат натрия (кальцинированная сода);

- фосфаты натрия: гексаметафосфат, триполифосфат и др.;

- силикат натрия (жидкое стекло);

- хлорид натрия;

- хлорид кальция;

- хлорид магния;

- сульфат кальция;

- гидроксид кальция;

- гидроксид натрия (каустическая сода).

Содержание реагентов следует подобрать таким образом, чтобы по характеру изменения свойств глинистого раствора можно было выделить концентрации реагентов, повышающие агрегативную устойчивость глинистой суспензии, вызывающие гидрофильную и гидрофобную коагуляцию ее.

Выполнение лабораторной работы.

1. Взвесить на торговых циферблатных весах с точностью до 5 г кружку, в которой будет находиться проба глинистого раствора. Записать в лабораторный журнал массу порожней кружки - Gк.

2. Налить в кружку 1100-1200 см3 исходного глинистого раствора и взвесить кружку с раствором. Записать в лабораторный журнал массу кружки с раствором - Gкр.

3. Вычислить объем исходного глинистого раствора в кружке по его массе и плотности:

4. Вычислить количество электролита, необходимого для первичной обработки глинистого раствора:

a. Если электролит вводится в твердом состоянии, то массу его находят по формуле

b. Если электролит вводится в виде водного раствора, то объем раствора электролита вычисляется по формуле

В этих формулах:

n - концентрация электролита в обработанном глинистом растворе после первичной обработки, кг/м3;

с - концентрация электролита в его водном растворе, кг/м3.

5. Взвесить расчетное количество твердого электролита на технохимических весах с точностью до 0,1 г.

Если электролит вводится в виде водного раствора, отмерить расчетный объем с помощью градуированного стеклянного цилиндра.

6. Пробу глинистого раствора поместить под лабораторную мешалку и при перемешивании постепенно ввести электролит. Перемешивать раствор после ввода электролита в течение 1 минуты.

7. Перелить глинистый раствор в 2 стакана от миксера так, чтобы в них находился примерно одинаковый объем раствора. Если на дне или стенках кружки остались комочки электролита, следует смыть их раствором в стакан миксера.

8. Установить стаканы на миксер и перемешивать в течение 5 минут при работе миксера на 2 скорости.

9. После этого слить раствор в кружку и перемешивать вручную в течение 30 секунд.

10. Измерить параметры глинистого раствора:

a. Водоотдачу - В,

b. Толщину глинистой корки - К,

c. Динамическое напряжение сдвига - ?0,

d. Статическое напряжение сдвига - ?,

e. Условную вязкость по малой воронке - Т,

f. Водородный показатель - рН,

g. Плотность - ? и записать полученные значения на классную доску в виде таблицы.

11. Собрать весь оставшийся после замеров глинистый раствор в кружку и взвесить кружку с раствором. Записать в лабораторный журнал результаты взвешивания - .

12. Вычислить объем оставшегося глинистого раствора по его массе и плотности:

здесь ?' - плотность раствора после первичной обработки электролитом.

13. Вычислить количество электролита, необходимое для повторной обработки глинистого раствора:

a. Если электролит вводится в твердом состоянии:

b. Если электролит вводится в виде водного раствора:

В формулах n1 - концентрация электролита в обработанном растворе после повторной обработки, кг/м3.

14. В соответствиями с указаниями п.п. 5-10 провести повторную обработку электролитом, измерить параметры глинистого раствора и записать их на классную доску.

Указание: после повторной обработки начинать измерение параметров с условной вязкости - Т, ибо при измерении в иной последовательности объем глинистого раствора может оказаться недостаточным для замера этого параметра.

Оформление лабораторной работы.

Студенты переписывают в свой лабораторный журнал таблицу результатов, полученных всеми рабочими бригадами.

1 При оформлении лабораторной работы студент записывает в журнале:

a. Название, порядковый номер работы и дату ее выполнения;

b. Таблицу результатов, полученных всеми рабочими бригадами, выделив в ней рамкой свои результаты.

2 По данным таблицы строят графики зависимости параметров глинистого раствора от концентрации электролитов. Графики строятся по трем точкам отдельно для каждого электролита. Исходный глинистый раствор имеет нулевую концентрацию электролита.

3 Проанализировав данные таблицы и графики, студенты записывают в лабораторный журнал выводы:

a. О характере изменения агрегативной устойчивости глинистой суспензии под влиянием различных электролитов, взятых в разных концентрациях;

b. О механизме изменения свойств глинистого раствора под влиянием электролитов.

4 Сравнивают действие различных электролитов а глинистый раствор.

Лабораторная работа № 5. Изучение влияния органических реагентов-разжижителей на глинистый раствор

Загустевание глинистого раствора, вызванное его коагуляцией или обогащением твердой фазы, представляет собой обычное явление при бурении скважин. Загустевание раствора затрудняет удаление обломков породы с поверхности забоя, вызывает увеличение гидравлических потерь при циркуляции. При использовании высоковязкого расвора увеличиваются гидродинамические давления, вызванные движением бурильной колонны по стволу скважины, и, следовательно, возрастет опасность возникновения осложнений.

Загустевший глинистый раствор разжижают органическими реагентами защитными коллоидами, комбинируя их обычно с едким натром. Адсорбируясь на поверхности глинистых частиц, молекулы этих реагентов образуют защитную оболочку и повышают тем самым агрегативную устойчивость суспензии.

При повышении агрегативной устойчивости ослабевает взаимодействие между глинистыми частицами, уменьшается интенсивность структурообразования. Понижается динамическое напряжение сдвига, вследствие чего раствор становится более подвижным, разжижается.

Целью настоящей лабораторной работы является изучение характера изменения свойств глинистого раствора под влиянием органических реагентов - разжижителей.

Подготовка к работе.

Не менее чем за сутки до выполнения работы лаборант готовит на водопроводной воде глинистый раствор с условной вязкостью Т=28-30 с. В этот раствор водится 10%-ный раствор хлорида натрия из расчета 50 см3 раствора NaCl на 1000 см3 глинистого раствора. Непосредственно перед выполнением работы лаборант измеряет параметры исходного глинистого раствора. Результаты измерений записываются на классную доску.

Организация лабораторной работы.

Группа студентов делится на 6 рабочих бригад. Каждая бригада проводит обработку пробы глинистого раствора одним из органических реагентов - разжижителей и измеряет параметры раствора после ввода реагента. За время, отведенное на выполнение лабораторной работы, каждая бригада проводит первичную и повторную химические обработки и, следовательно, дважды измеряет параметры глинистого раствора.

При выполнении работы рекомендуется использовать различные реагенты - разжижители: УЩР, ССБ, ФХЛС, окзил, нитролигнин, ПФХЛ, и т.п., комбинируя их, если это необходимо, с гидрооксидом натрия (каустической содой). Концентрации реагентов должны быть подобраны таким образом, чтобы обработка обеспечивала заметное разжижение глинистого раствора. Все реагенты рекомендуется вводить в виде водных растворов, это позволит сократить затраты времени на перемешивание раствора после ввода реагентов.

Чтобы уравнять эффект разбавления водные или водно-щелочные растворы реагентов должны иметь одинаковую концентрацию реагента - разжижителя.

Выполнение лабораторной работы.

Порядок выполнения данной лабораторной работы за небольшими исключениями аналогичен порядку выполнения лабораторной работы №4.

Кроме этого при выполнении работы №5 нужно учитывать следующее:

Пункт 4. При вычислении необходимого для первичной обработки объема УЩР следует пользоваться формулой:

Здесь -объем жидкого УЩР, см3;

m -объемная концентрация жидкого УЩР в обработанном глинистом растворе; % об.

Пункт 9. Если в результате перешивания интенсивное вспенивание глинистого раствора, то в него следует ввести 2,0 - 5,0 см3 раствора пеногасителя. Пеногаситель следует вводить постепенно при медленном перемешивании раствора с помощью лабораторной мешалки или в ручную.

К измерению параметров приступать только после исчезновения пены.

Пункт 10. При вычислении объема УЩР, необходимого повторной обработки, следует пользоваться формулой:

где m1 -объемная концентрация жидкого УЩР в глинистом растворе после повторной обработки, % об.

Оформление лабораторной работы.

Отчет о выполнении лабораторной работы должен содержать:

1. Название лабораторной работы и ее порядковый номер и дату выполнения.

2. Таблицу результатов, полученных всеми одновременно работающими бригадами, в которой выделяются собственные результаты.

3. Графики зависимости параметров глинистого раствора от концентрации реагентов -разжижителей.

4. Вывод.

В своих выводах, сделанных на основе сравнения данных таблицы и графиков, студент должен ответить:

a) Наблюдается ли разжижения глинистого раствора в результате вывода химических реагентов. Какова, приблизительно, концентрация каждого из реагентов, обеспечивая эффективное разжижение раствора.

b) Какие реагенты оказались более эффективными. Как велико разжижающее действие реагентов по сравнению с разжижающим эффектом разбавлением водой.

c) Каков, судя по характеру изменения параметров глинистого раствора, механизм разжижения под влиянием химических реагентов.

d) Существенно ли понижение водоотдачи глинистого раствора в результате обработки. Какой из реагентов наиболее заметно понизил водоотдачу. Каковы, судя по графикам, должны быть концентрации реагентов для понижения водоотдачи до 10 см3, 7 см3, 5 см3 за 30 минут.

Лабораторная работа № 6. Изучение влияния высокомолекулярных органических реагентов на свойства глинистого раствора

Водоотдача глинистого раствора, превышая уровень, определенный технологическим регламентом, может быть следствием недостатка коллоидных частиц в дисперсной фазе раствора. Следствием агрессии электролитов или высокотемпературного нагрева. Понижая водоотдачу пресных и сабоминерализированных глинистых растворов можно добиться вводом в раствор высококачественного бентонита и обработкой раствора органическими реагентами - защитными коллоидами: УЩР, лигносульфонатами. Чтобы понизить водоотдачу минерализированных растворов, применяют высокомолекулярные органические реагенты: КМЦ, полиакрилаты, крахмал.

Целью настоящей работы является изучение характера изменения свойств глинистого раствора под влиянием высокомолекулярных органических реагентов.

Подготовка к работе.

Не менее чем за сутки до выполнения работы лаборант готовит на водопроводной воде глинистый раствор с условной вязкостью 28-30с. В этот раствор вводится хлорид натрия из расчета 100 г на литр. Непосредственно перед выполнением работы лаборант измеряет параметры исходного глинистого раствора. Результаты измерений записываются на классную доску.

Организация лабораторной работы.

Каждая рабочая бригада проводит обработку проб глинистого раствора одним из высокомолекулярных органических реагентов и измеряет параметры раствора после ввода реагента. За время, отведенное на выполнение лабораторной работы, каждая бригада проводит первичную и повторную химические обработки.

При выполнении работы рекомендуется испытать действие на глинистый раствор различных высокомолекулярных реагентов КМЦ-500, КМЦ-600, модифицированного крахмала, крахмально-щелочного реагента, акриловых полимеров (гипана, метаса и пр.). Концентрация реагентов при первичной и повторной обработках должна быть подобрана таким же образом что бы обеспечить понижение водоотдачи глинистого раствора до уровня 5-10 см3/30 мин.

Целесообразно задавать одинаковые концентрации различных реагентов, что бы дать возможность студенту сравнить реагенты между собой по их действию на глинистый раствор. Для сокращения времени перемешивания при химической обработке высокомолекулярные реагенты рекомендуется вводить в глинистый раствор в виде водных растворов. Чтобы уравнять эффект разбавления водные или водно-щелочные растворы реагентов должны иметь одинаковую концентрацию высокомолекулярного реагента, равную 50-100 г/л.

Порядок выполнения лабораторной работы.

Порядок выполнения данной лабораторной работы аналогичен порядку выполнения лабораторной работы №4.

Оформление лабораторной работы.

Отчет о выполнении работы должен содержать:

1. Название работы, ее порядковый номер, дату выполнения.

2. Таблицу результатов, полученных всеми одновременно работающими бригадами, в которой выделяются собственные результаты.

3. Графики зависимости параметров глинистого раствора от концентрации высокомолекулярных реагентов.

4. Выоды, сделанные на основе сравнения данных таблицы и графиков, в которых студент должен отметить:

a) Наблюдается ли понижение водоотдачи глинистого раствора в результате ввода химических реагентов. Какова, приблизительно, концентрация каждого из реагентов, обеспечивающая достижение водоотдачи менее 10 см3/30 мин.

b) Какие реагенты оказались более эффективными понизителями водоотдачи.

c) Каков, судя по изменению свойств глинистого раствора, механизм действия высокомолекулярных реагентов на раствор.

Лабораторная работа №7 Утяжеление глинистого раствора

Повышение плотности бурового раствора необходимо в тех случаях, когда в разрезе скважины встречаются пласты с аномально высокими пластовыми давлениями, и статическое давление столба бурового раствора, заполняющего скважину, оказывается недостаточным для предотвращения притока пластового флюида в скважину.

Кроме того, повышение плотности необходимо для сохранения устойчивости стенок скважины в глинистых породах и соляных толщах.

Наиболее эффективным способом повышения плотности буровых растворов является ввод тонкоразмолотых тяжелых минералов-утяжелителей.

Наибольшее распространение при утяжелении буровых, в частности, глинистых растворов получили барит и окислы железа: гематит, магнетит.

Ввод утяжелителей приводит к увеличению концентрации относительно грубодисперсной твердой фазы в буровом растворе. Вследствие этого наблюдается загущение бурового раствора, сопровождающееся ростом пластической вязкости, динамического напряжения сдвига, статистического напряжения сдвига, условной вязкости. Увеличение концентрации грубодисперсных частиц приводит к образованию более толстой фильтрационной корки. Присутствие большего количества тяжелых и относительно грубодисперсных частиц утяжелителя ухудшает седиментационную устойчивость раствора. Таким образом, утяжеление буровых растворов сопряжено с неизбежными нежелательными изменениями свойств раствора. Поэтому утяжеление буровых растворов должно сопровождаться химической обработкой, целью которой является обеспечение хорошей подвижности бурового раствора и необходимых коркообразующих и фильтрационных свойств.

Целью лабораторной работы является изучение влияния утяжелителя на свойство глинистого раствора.

Подготовка к лабораторной работе.

Для лабораторной работы заранее приготавливают глинистый раствор с условной вязкостью Т=25-30 с. В качестве исходного целесообразно использовать раствор как обработанный, так и не обработанный химическими реагентами. Приготовленный раствор делится на две равные части объемом 3000-4000 см3. Одну часть оставляют необработанной, а вторую подвергают химической обработке одним из реагентов разжижителей (УЩР, NaOH, ФКЛС+NaOH и т.д.). Перед выполнением лабораторной работы лаборант определяет основные параметры исходных растворов:

· плотность -?;

· пластическую вязкость -?;

· динамическое напряжение сдвига -?0;

· статическое напряжение сдвига -?;

· условную вязкость -?;

· водоотдачу -В;

· толщину фильтрационной корки -К;

· водородный показатель -рН;

Организации лабораторной работы.

Подгруппа студентов, выполняя лабораторную работу, разбивается на 6 бригад. Каждая получает для работы пробу глинистого раствора объемом 1000 см3. Три бригады получают пробы необработанного раствора а три - пробы раствора подвергшегося химической обработке. Каждой бригаде преподаватель выдает задание на утяжеление глинистого раствора, указав плотности глинистого раствора, которые должны быть достигнуты при утяжелении, вид утяжелителя, его сорт, плотность и влажность.

Выполнение лабораторной работы

Студенты начинают работу с расчета утяжеления, в результате которого определяется объем исходного глинистого раствора и масса утяжелителя, необходимая для повышения плотности сходного глинистого раствора ? до первого заданного значения ?1.

Масса утяжелителя определяется по формуле

, кг

где ?, ?1, ?y, ?в - плотности исходного глинистого раствора, утяжеленного глинистого раствора, утяжелителя и воды, соответственно, кг/ см3;

в - плотность утяжелителя, выраженная в долях единицы;

V - необходимый для выполнения лабораторной работы объем утяжеленного глинистого раствора, дм3.

Необходимый объем исходного глинистого раствора вычисляется по формуле:

, дм3

Определяется масса этого раствора:

, кг.

Закончив вычисления студенты взвешивают на циферблатных весах, в которой будет находиться глинистый раствор, и записывают полученный результат Gk.

В кружке отвешивают необходимое количество исходного раствора с массой Gu. Объем второго раствора будет равен -Vu.

Взвешивают определенную расчетом массу утяжелителя - Gy.

оставив кружку с раствором под лабораторную мешалку, постепенно вводят утяжелитель при постоянном перемешивании. По окончании ввода утяжелителя перемешивают глинистый раствор в течение 5 минут.

Определяют основные параметры утяжеленного раствора.

Сливают в кружку оставшийся раствор из прибора и взвешивают кружку с раствором. Массу кружки с раствором - Gкр записывают в лабораторный журнал.

По массе и плотности глинистого раствора вычисляют оставшийся его объем.

, дм3

Вычисляют массу утяжелителя, необходимую для повышения плотности раствора от ?1 до ?2:

, кг,

и увеличение объема пробы раствора за счет ввода утяжелителя:

, дм3

Взвесив определенное расчетом количество утяжелителя, необходимое для повторного утяжеления, помещают кружку с раствором под лабораторную мешалку и при постоянном перемешивании вводят утяжелитель. По окончании ввода раствор перемешивают в течении 5 минут.

Определяют основные параметры утяжеленного глинистого раствора. После этого собирают оставшийся глинистый раствор в кружку, перемешивают его, заполняют им цилиндр ЦС-2 и оставляют в покое на 24 часа.

По истечении суток студенты определяют стабильность утяжеленного глинистого раствора, С.

Оформление отчета по лабораторной работе.

Каждая рабочая бригада записывает на доску результаты измерений параметров утяжеленных глинистых растворов.

По окончании работы все студенты переписывают в лабораторные журналы данные измерений, вынесенные на доску.

В отчет по лабораторной работе студенты помещают таблицу параметров глинистых растворов. По данным этой таблицы строятся графики зависимости параметров глинистого раствора от его плотности для необработанного и химически обработанного растворов.

Сравнив параметры неутяжеленных и утяжеленных глинистых растворов, студенты должны сделать в отчете выводы о том, как изменились свойства глинистого раствора при вводе утяжелителя; пояснить механизм изменения реологических, структурных и фильтрационных свойств раствора, происшедших при вводе утяжелителя; указать, наблюдается ли разница в свойствах утяжеленного необработанного и химически обработанного глинистых растворов при одинаковой плотности и как повлияло присутствие химического реагента на свойства раствора. Отметить, обладают ли утяжеленные растворы достаточной седиментационной устойчивостью. Если не все растворы оказались седиментационно устойчивыми. То каковы структурно-механические свойства глинистого раствора, обеспечившие седиментацинную устойчивость.

Лабораторная работа № 8. Изучение влияния легкой твердой фазы на свойства утяжеленного глинистого раствора

При повышении плотности буровых растворов посредством ввода утяжелителей происходит существенное увеличение общей концентрации твердой фазы. Если общая концентрация твердой фазы превысит некоторое критическое значение, то утяжеленный глинистый раствор сильно загустеет и поддержание его текучести становится серьезной проблемой. Интенсивное загустевание утяжеленного глинистого раствора является следствием избытка легкой твердой фазы (глины, частиц выбуренной породы), которая, мало влияя на плотность раствора, увеличивает его вязкость. Концентрацию легкой твердой фазы в исходном глинистом растворе необходимо учитывать при планировании утяжеления. Если эта концентрация настолько велика, что при вводе утяжелителя общая концентрация твердой фазы может превысить допустимый предел, то перед вводом утяжелителя часть исходного глинистого раствора должна быть удалена из циркуляционной системы и частично заменена водой и химическими реагентами. Только после этой операции, понижающей концентрацию легкой твердой фазы до необходимого минимума, раствор можно вводить утяжелитель.

Целью данной лабораторной работы является изучение влияния избытка легкой твердой фазы на свойства утяжеленного глинистого раствора.

Подготовка к лабораторной работе.

Для выполнения лабораторной работы приготавливают глинистый раствор из низкоколлоидальной глины с добавкой небольшого количества бентонита. Плотность исходного раствора при нормальной вязкости должна быть не менее 1250 кг/м3, что при средней плотности глины 2700 кг/м3 соответствует относительной объемной концентрации Соб=0,147.

Глинистый раствор может быть обработан одним из реагентов разжижителей и, если это необходимо, едким натром для обеспечения оптимального значения водородного показателя.

Перед началом работы измеряют основные свойства исходного раствора: плотность, пластическую и условную вязкости, динамическое и статическое напряжения сдвига, водоотдачу, толщину глинистой корки, водородный показатель.

Значения параметров исходного раствора сообщаются студентам.

Организация выполнения работы и ее содержание.

Пред началом работы преподаватель выдает студентам задание. Трем рабочим бригадам предлагается вести утяжеление без учета предельно допустимой относительной объемной концентрации твердой фазы в утяжеленном глинистом растворе. Каждой бригаде задается плотность утяжеленного раствора, отличающаяся на 100 кг/м3 от плотностей, заданным двум другим бригадам.

Другие три бригады должны при утяжелении учитывать предельно допустимую концентрацию твердой фазы. Этим бригадам задаются плотности утяжеленного глинистого раствора такие же, как и первым трем бригадам.

Получив задание, студенты проводят необходимые расчеты. В соответствии с расчетами берут исходный глинистый раствор, утяжеляют его и производят измерение основных параметров.

Расчет утяжеления. Бригады, которые, согласно заданию, проводят утяжеление без учета предельно допустимого объемного содержания твердой фазы, определяют необходимую массу утяжелителя по формуле:

, кг

Объем утяжелителя с учетом влаги:

, дм3

Объем исходного глинистого раствора:

, дм3

Бригады, которые проводят утяжеление с учетом предельно допустимой объемной концентрацией твердой фазы в утяжеленном растворе, определяют необходимый объем утяжелителя по формуле:

, дм3

Где - объемная концентрация глины в исходном глинистом растворе;

Сmax - предельно допустимая общая объемная концентрация твердой фазы в утяжеленном глинистом растворе заданной плотности ?1. Эта концентрация может быть найдена из графика рис. 15.

Масса утяжелителя с учетом влаги:

, кг

Объем исходного раствора:

, дм3

Масса исходного раствора:

, кг.

Объем влаги, попадающей в глинистый раствор вместе с утяжелителем:

, дм3

Объем воды для разбавления исходного раствора и понижения концентрации легкой твердой фазы в нем:

, дм3



Рис. 15. Содержание твердой фазы в утяжеленных глинистых растворах.

Выполнение работы.

Получив задание и выполнив расчет утяжеления студенты выполняют лабораторную работу в такой последовательности:

1. Производят взвешивание порожнего стакана миксера «Воронеж-1», в котором будет находиться глинистый раствор.

2. Подсчитают суммарную массу стакана и исходного глинистого раствора в стакане, взвешивают исходный глинистый раствор.

3. Взвешивают необходимое количество утяжелителя.

4. Бригады, которые при утяжелении учитывают предельно допустимую концентрацию твердой фазы, отмеривают определенный расчетом объем воды для разбавления исходного раствора.

5. Установив стакан с исходным глинистым раствором под миксер, вводят при перемешивании утяжелитель в воду. Раствор перемешивают на высшей скорости миксера в течении минут.

6. По окончании перемешивания определяют основные параметры глинистого раствора:

· водоотдачу,

· толщину фильтрационной корки,

· пластическую вязкость,

· динамическое напряжение сдвига,

· статическое напряжение сдвига,

· плотность,

· водородный показатель,

· условную вязкость по малой воронке.

7. По окончании измерений заполняют раствором цилиндр ЦС-2 и оставляют в покое на 24 часа.

8. По истечении суток определяют стабильность утяжеленного глинистого раствора.

Оформление отчета по лабораторной работе.

1. В начале отчета помещают название работы, дату выполнения и задание.

2. Приводят все расчеты, связанные с утяжелением, указав все необходимые исходные данные.

3. В отчет помещают таблицу результатов измерений, полученных всеми рабочими бригадами, указав в ней состав утяжеленного раствора.

4. Подсчитывают общую концентрацию твердой фазы в утяжеленных растворах тех бригад, которые проводили измерения без учета предельно допустимой концентрации твердой фазы в утяжеленном растворе.

,

Где - объем глины в исходном растворе, дм3;

- объем сухого утяжелителя, дм3;

 - объем влажного утяжелителя, дм3;

5. По данным таблицы строят графики зависимости основных параметров утяжеленных глинистых растворов от плотности и общей объемной концентрации твердой фазы. При этом строятся графики как для растворов с учетом предельно допустимой концентрации твердой фазы, так и для растворов в которых она не учитывалась.

6. Сравнивая параметры утяжеленных глинистых растворов по таблице и графикам, студенты записывают свои выводы о том, как изменяются свойства утяжеленных глинистых растворов при увеличении общей концентрации твердой фазы в растворе; каково влияние концентрации легкой фазы в исходном растворе на свойства утяжеленного глинистого раствора; При какой, примерно, общей объемной концентрации твердой фазы в утяжеленном растворе реологические и структурные свойства становятся чрезмерно высокими?

Размещено на Allbest.ur

...