Методические указания для студентов по выполнению лабораторных и практических работ по дисциплине «Буровые и тампонажные растворы» для специальности 21. 02. 20.(130504) «Бурение нефтяных и газовых скважин»

Седиментационная устойчивость буровых растворов. Для нормального течения процесса бурения важно, чтобы буровой раствор был седиментационно устойчивым, то есть, чтобы находясь в покое раствор удерживал частицы твердой фазы равномерно распределенными по всему объему. Оседание твердой фазы в покоящемся буровом растворе приводит к изменению статического давления его по стволу скважины и создает опасность возникновения газоводопроявлений. В наиболее неблагоприятном случае оседание твердых частиц могут образовывать осадок в призабойной части скважины, рабочих и запасных емкостях наземной циркуляционной системы. Седиментационную устойчивость буровых растворов оценивают по величине двух параметров: стабильность (С, измеряется г/см3) и суточный отстой (О, измеряется в %). Содержание абразивных частиц в буровых растворах. Присутствие в буровом растворе неглинистых минералов и обломков выбуренной породы делает его абразивным. Использование такого раствора приводит к быстрому износу цилиндровых втулок, поршней, седел клапанов буровых насосов и износу деталей турбобуров. Параметр, используемый для количественного определения абразивных частиц, получило название- содержание «песка» (П, измеряется %). Водородный показатель. Величина водородного показателя играет важную роль при регулировании свойств глинистых растворов. Вязкость необработанных растворов имеет значение рН=8,5. От величины рН зависит конфигурация молекул и эффективность действия высокомолекулярных реагентов. По изменению величины рН можно судить о характере посторонних электролитов, попавших в глинистый раствор при бурении. Некоторые типы глинистых растворов сохраняют хорошие технологические свойства в узком диапазоне рН. При работе стальными бурильными трубами во избежании интенсивной коррозии труб рН следует поддерживать в щелочной области. Трубы из алюминиевых сплавов подвергаются интенсивной коррозии при рН10. Водородным показателем- называют величину, численно равную отрицательному десятичному логарифму концентрации водородных ионов, выраженной в грамм-ионах на литр. Для чистой воды и нейтральных сред при температуре 25С рН=7, для кислых растворов рН<7, а для щелочных рН >7 : Теоретическая часть к лабораторной работе 2 Бентонитовые глины хорошо гидротируют и диспергируются в пресной воде. При использовании пресной воды вследствие хорошей гидротации для получения глинистого раствора нормальной вязкости достаточно, относительно небольшой концентрации бентонита. Полученный раствор обладает удовлетворительными фильтрационными свойствами. В соленой воде бентонит гидротируют плохо, а при высоких концентрация NaCl гидротация практически не происходит. Диспергирование бентонита затруднено. В силу этих причин для получения глинистого раствора нормальной вязкости требуется большее количество глины. Полученный глинистый раствор нестабилен и имеет очень плохие фильтрационные свойства. Предварительная гидротация бентонита (смешение с небольшим количеством пресной воды и перемешивание до получения пасты) облегчает диспергирование его в соленой воде и позволяет получить более стабильную суспензию, обладающую более высокой вязкостью и немного меньшей водоотдачей. Палыгорсит в соленой воде образует пространственную структуру благодаря игольчатой форме частиц. Потому получить соленой глинистый раствор можно при относительно небольшой концентрации палыгорсита. Игольчатые частицы палыгорсита не могут образовать малопроницаемую фильтрационную корку, впоследствии чего палыгорситовые минерализованные растворы имеют большую водоотдачу. Теоретическая часть к лабораторной работе 3 Глинистый раствор как дисперсная система весьма чувствителен к действию электролитов. Химические реагенты-электролиты или посторонние электролиты, попадающие в глинистый раствор при бурении, изменяют строение и размеры двойного электрического поля глинистых частиц. Тем самым электролиты влияют на один из факторов, обеспечивающих агрегативную устойчивость глинистой суспензии. Изменение агрегативной устойчивости глинистой суспензии сопровождается изменениями технологических свойств глинистого раствора. При увеличении концентрации электролита агрегативная устойчивость понижается и следовательно, увеличивается степень коагуляции глинистого раствора. По возрастанию коагулирующей способности одновалентные катионы располагают в следующий ряд: Коагулирующая способность двухвалентных катионов на два порядка выше, чем у одновалентных, и возрастает в такой последовательности: Коагулирующая способность трехвалентных катионов на порядок выше, чем у двухвалентных. Коагуляция, как следствие понижения агрегативной устойчивости, приводит к повышению статического и динамического напряжения сдвига глинистого раствора. При высокой концентрации электролита и ограниченном содержании твердой фазы в растворе может наступить коагуляционное разжижение характеризующееся понижением статического и динамического напряжения сдвига, потерей седиментационной устойчивости и резким увеличением водоотдачи (гидрофобная коагуляция). Повышение агрегативной устойчивости глинистой суспензии при добавлении малых количеств некоторых реагентов-электролитов сопровождается понижением статического и динамического напряжения сдвига, разжижением глинистого раствора, понижением его водоотдачи. Загустевание глинистого раствора вызванное его коагуляцией или обогащением твердой фазы, представляет собой обычное явление при бурении скважины. Загустевание раствора затрудняет удаление обломков породы с поверхности забоя, вызывает увеличение гидравлических потерь при циркуляции. При использовании высоковязкого раствора увеличивается давление вызванные движением бурильной колонны по стволу скважины и следовательно возрастает опасность возникновения опасности. Загустевший глинистый раствор разжижают органическими реагентами - защитными коллоидами комбинируя их обычно с едким натром. При повышении агрегативной устойчивости ослабевает взаимодействие между глинистыми частицами, уменьшается интенсивность структурообразования. Понижается динамическое напряжение сдвига, вследствие чего раствор становиться более подвижным, разжижается. Теоретическая часть к лабораторной работе 4 Водоотдача глинистого раствора, превышающая уровень определенный технологическим регламентом, может быть следствием недостатка коллоидных частиц в дисперсной фазе раствора, следствием агрессии электролитов или высокотемпературного нагрева. Понижение водоотдачи пресных и слабоминерализованных глинистых растворов можно добавить вводом в раствор высококачественного бентонита и обработкой раствора органическими реагентами - защитными коллоидами: УЩР, лигносульфанатами. Чтобы понизить водоотдачу минерализованных растворов, применяют высокомолекулярные органические реагенты: КМЦ, полиакрилаты, крахмал. Теоретическая часть к лабораторной работе 5 Качество крепления скважин определяется свойствами цементного раствора и камня. От свойств цементного раствора и подобранной рецептуры зависит весь процесс цементирования скважин. Для определения свойств цементного раствора необходимо точно соблюдать предложенные рекомендации: заданное водоцементное отношение (В/Ц) и тщательно перемешивать после затворения цементный раствор. Количество цемента для приготовления берется в зависимости от того, какое количество раствора при заданном В/Ц отношении следует получить. Цементный раствор (затворение) можно приготовить вручную или механическим способом. Плотность цементного раствора в буровой практике определяется ареометром. Способность цементного раствора удерживать воду при наличии фильтрующей среды и перепада давления характеризуется скоростью водоотдачи. Скорость водоотдачи цементного раствора может быть определена с помощью прибора ВМ-6, предназначенного для измерения водоотдачи глинистых растворов. Наиболее быстрое схватывание цементного раствора происходит в том случае, когда он после затворения остается в покое. Простейший способ характеристики скорости схватывания в статических условиях измерение сроков схватывания с помощью прибора Вика. Этот способ основан на периодическом измерении глубины погружения в твердеющий цементный раствор иглы определенного сечения под действием определенного веса. Сразу после затворения, когда цементный раствор находится в жидком состоянии, игла погружается в раствор на всю глубину. Но по мере того как раствор загустевает, движение иглы в нем замедляется и, наконец, наступает момент, когда она под действием веса стержня не доходит до дна сосуда с раствором. По прошествии еще некоторого времени наступает момент, когда игла уже не может погрузиться в цементный раствор на заметную глубину. По этому методу скорость схватывания характеризуется так называемыми сроками схватывания- сроком начала и сроком конца схватывания. Время, прошедшее от момента затворения до того момента, когда игла не доходит до дна сосуда с раствором на 1-2 мм, называют сроком начала схватывания, а время, прошедшее от момента затворения до момента, когда игла погружается в раствор не более чем на 1 мм, -сроком конца схватывания. Теоретическая часть к лабораторной работе 6 Тампонажный портландцемент представляет собой разновидность портландцемента- порошкообразного минерального (неорганического) вяжущего материала, состоящего главным образом из высокоосновных силикатов кальция. Благодаря их особым свойствам, а также свойствам других искусственных минералов, входящих в состав портландцемента (алюминатов, ферритов кальция и др.), порошок портландцемента при смешивании с водой образует достаточно подвижную и не расслаивающуюся в определенном диапазоне концентраций суспензию. которая затвердевает в камневидное тонкопористое тело. Искусственные (не встречающиеся в природе) минералы портландцемента возникают в результате высокотемпературного обжига сырьевой смеси, содержащей в строго определенном соотношении: щелочной оксид-оксид кальция (СаО), кислотные оксиды-оксид кремния (Si02), оксид алюминия () и оксид железа (). В качестве исходного материала, содержащего (:аО, при производстве портландцемента используют главным образом известняк или мел, но могут применяться и другие природные материалы, например гипс, а также промышленные отходы, содержащие в достаточном количестве оксид кальция. Источником кислотных оксидов являются чаще всего глины, но вместо глин могут применяться лессы, сланцы, суглинки, а также промышленные отходы, из которых главное место занимают доменные шлаки. Их состав близок к составу портландцемента, но они содержат меньшее количество СаО и. Для получения портландцемента в обжигаемую смесь достаточно добавить небольшое количество известняка и оксида железа. Вме­сто глинистого компонента в сырьевой смеси используют также другой промышленный отход нефтелиновый шлам, который по своему составу еще ближе к портландцементу, чем доменный шлак, но в нем также содержится недостаточное количество СаО. Ценным сырьевым материалом для производства портландцемента являются мергели - природные карбонаты кальция, содержащие более 20 % глинистых примесей. В состав некоторых мергелей оксид кальция и кислотные компоненты входят как раз в тех соотношениях, которые необходимы для производства портландцемента. Однако применением сырьевой смеси, состоящей только из двух компонентов: кальциевого и глинистого, часто не удается получить высококачественный портландцемент. Чтобы получить портландцемент с необходимыми свойствами, в сырьевую смесь вводят так называемые корректирующие добавки. Общая схема производства портландцемента включает добычу сырья (или доставку в случае применения промышленных отходов), приготовление сырьевой смеси (дробление, измельчение, дозирование, гомогенизация), обжиг сырьевой смеси, измельчение обожженного продукта (клинкера) в тонкий порошок с одновременным добавлением некоторых веществ. Существует два основных способа производства: мокрый и сухой. По мокрому способу сырьевые материалы измельчаются с одновременным добавлением воды. В результате получается пульпа (сырьевой шлам) -жидкость сметанообразной консистенции, содержащая 32--45 % воды. В жидком виде сырьевую смесь легче измельчать, дозировать, гомогенизировать и транспортировать по трубам внутри завода, однако на испарение добавленной воды приходится расходовать много тепла. Для обжига шлам подается в длинные вращающиеся печи. Печь представляет собой футерованный изнутри огнеупорным материалом стальной барабан диаметром 3—7мм длиной 90--200 м. Барабан печи установлен под углом 3--5 к гори­зонту и вращается с частотой 0,1--0,2 с-' (1--2 об/мин). Сырьевая смесь подается в верхний «холодный» конец печи, форсунка для пылевидного твердого (также жидкого) топлива или горелка для газа установлена у противоположного выгрузочного «горячего» конца, там же происходит выгрузка продукта обжига (клинкера). Перемещаясь в направлении наклона печи в результате ее вращения, обжигаемый материал движется навстречу горячим газам и постепенно нагревается. Максимальная температура обжигаемого материала составляет 1400-­1500С. Вследствие частичного расплавления обжигаемого материала и перекатывания его при вращении печи продукт обжига получается в виде плотных гранул размером от нескольких до 30 мм. При сухом способе производства сырьевые материалы после предварительного дробления измельчают в мельницах с одновременной сушкой, для чего в мельницы подают горящие газы, отходящие из вращающихся печей. Дозирование компонентов и гомогенизацию смеси производят в порошкообразном состоянии. Порошок для гомогенизации смеси перемешивается сжатым воздухом. Обжиг сырьевой смеси производят в две стадии. На первой стадии порошок встречается с горячими газами в циклонных теплообменниках, соединенных последовательно и расположенных один над другим. Проходя по ним (в каждом ниже расположенном циклоне температура входящего газа выше), порошок нагревается до 700—800С и затем поступает в срав­нительно короткую вращающуюся печь длиной 60- 100 м. Для технологии важно быстрое охлаждение клинкера после печи, которое осуществляется воздухом в специальных холодильниках. Клинкер содержит образовавшиеся в процессе обжига искусственные минералы, обеспечивающие затвердевание водной суспензии портландцемента. Для получения готового портландцемента клинкер необходимо измельчить в тонкий порошок с добавлением некоторых веществ. Портландцементный клинкер измельчают в шаровых трубных мельницах. Готовый портландцемент упаковывают в бумажные мешки или отправляют потребителю в специальных железнодорожных вагонах, автоцементовозах. Влияние минералогического состава клинкера на свойства портландцемента. Важнейшими в составе портландцементного клинкера являются минералы-силикаты: алит и белит. Алит обусловливает быстрое твердение при температурах, близких к температуре на поверхности земли, высокую прочность и умеренно быстрое схватывание, характерные для портландцемента хорошего качества с высоким содержанием алита. Присутствие белита необходимо для долговечности цементного камня. Белит медленно реагирует с водой, обеспечивая залечивание микротрещин, возникающих при эксплуатации или в результате объемных изменений при твердении, длительное время поддерживает высокие значения рН паровой жидкости цементного камня, препятствуя процессам перекристаллизации. При повышении температуры сверх 80 С роль белита в процессе твердения возрастает, так как скорость его гидратации возрастает в очень большой степени. Трехкальциевый алюминат и четырехкальциевый алюмоферрит образуется в клинкере в результате введения в сырьевую смесь оксидов () и (), которые необходимы для снижения температуры появления расплава при обжиге. Поэтому эти минералы называются минералами-плавнями, их присутствие в портландцементе полезно пренизких температурах применения и вредно при высоких. Эти минералы, особенно трехкальциевый алюминат, быстро гидратируются, связывают много воды и выделяют относительно большое количество тепла при гидратации. Все это способствует более быстрому затвердеванию цементного раствора при низких положительных температурах и препятствует замерзанию воды в порах при отрицательных температурах. При высоких температурах присутствие этих минералов ускоряет схватывание, снижает термостойкость и, кроме того, при всех температурах снижает коррозионную стойкость против большинства (кроме солей магния) агрессивных пластовых флюидов.

Похожие:

	Методические указания для студентов по выполнению курсовой работы... Методические указания составлены в соответствии с Федеральными государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки...		Методические указания по выполнению внеаудиторных самостоятельных... И. В. Федоренко, преподаватель спецдисциплин огбпоу «Томский политехнический техникум»
	Методические указания для обучающихся по внеаудиторной самостоятельной... Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение «Нефтегазоразведочный техникум»		Методические указания для обучающихся по внеаудиторной самостоятельной... Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение «Нефтегазоразведочный техникум»
	Методические рекомендации По организации внеаудиторной самостоятельной... «Информатика» разработаны в соответствии с Федеральными государственными образовательными стандартами среднего профессионального...		Институт нефти и газа Методические указания устанавливают общие положения к выполнению дипломного проекта (ДП) по специальности 090800 «Бурение нефтяных...
	Методические рекомендации по выполнению лабораторных и практических... Методические рекомендации по выполнению лабораторных и практических работ для студентов 2-го курса		Методические указания по выполнению практических и лабораторных работ... Учебно-методическое пособие предназначенодля студентов 3 курса, обучающихся по профессии 23. 01. 03 Автомеханик. Пособие содержит...
	Методические указания по выполнению практических работ по дисциплине... Методические указания предназначены для студентов 1 и 2 курсов специальности 38. 02. 04 Коммерция по отраслям		Методические указания по выполнению практических и лабораторных работ... Методические указания предназначены для обучающихся по специальностям технического профиля 21. 02. 08 Прикладная геодезия
	Методические указания для студентов по выполнению практических (лабораторных)... Государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования		Методические указания по проведению лабораторных работ по дисциплине «Информатика» Методические указания по проведению лабораторных работ предназначены для студентов гоапоу «Липецкий металлургический колледж» технических...
	Методические указания по проведению лабораторных работ по дисциплине «Информатика» Методические указания по проведению лабораторных работ предназначены для студентов гоапоу «Липецкий металлургический колледж» технических...		Учебное пособие для студентов специальности 090800 «Бурение нефтяных и газовых скважин» Учебное пособие предназначено для студентов технических вузов, обучающихся по направлению “Нефтегазовое дело”
	Дипломного проекта по дисциплине «Заканчивание скважин» «Бурение нефтяных и газовых скважин» очной, заочной и заочносокращенной форм обучения		Методические указания для студентов по выполнению Правила техники безопасности при выполнении лабораторных и практических работ по химии