Проектирование конструкции скважины

В дальнейшем за счет вновь поступающих порции воды происходит формирование гелевой оболочки из молекул воды, скрепленных водородными связями. Это обусловлено квантуемостью связей в гидратном полимере.

Гелевая вода также наполняется мономинералами для повышения ее устойчивости, но прочность гелевой сетки падает с отделением от гидратного слоя воды. В системе "глина - вода" всегда будет существовать равновесие между различными формами воды, т.е. мономерами, гелевой и гидратной водой. С нарушением равновесия между ними они будут стремиться к его восстановлению согласно принципу Ле-Шаталье 9.

В результате всех этих процессов вода раздвигает глинистые частицы. Вследствие снижения диэлектрической проницаемости воды начинает возрастать роль электростатических взаимодействий.

Предотвратить и подавить набухание глины в приствольной зоне скважины становится возможным в случае:

предотвращения возможности всасывания воды глиной, т.е. создания соответствующего противодавления на глинистые породы или изменения активности воды в составе бурового раствора;

предотвращения процессов перестройки структуры воды на глине и доступа в нее мономеров воды, т.е. предупреждение возможности реализации гидратной полимеризации и построения гелевой оболочки.

Вследствие технологических задач, решаемых в бурении скважин, достижение плотности раствора, необходимой для создания давления, равного горному, представляет собой крайне сложную техническую задачу. Поэтому целесообразно рассмотреть другие пути повышения устойчивости глины, или, если говорить точнее, снижения величины и скорости набухания и последующего диспергирования глины в стволе скважины.

Возможность стабилизации глины в стволе скважины обусловлена состоянием воды в составе бурового раствора. Состояние воды можно охарактеризовать термодинамической активностью воды в составе буровых растворов. Следует учитывать, что наличие в воде соединений, обеспечивающих ей свойства веществ той или иной природы, будет способствовать перераспределению содержания различных форм воды связанной, частицей глины.

Эффективным способом предотвращения и подавления набухания глины является применение электролитов. Основным действием электролитов является разрушение структуры воды. Однако возможность разрушения структуры воды определяется концентрацией электролитов и размером ионов, в частности катиона электролита.

Аналогичным действием будут обладать и катионоактивные органические соединения. Единственным их отличием будут являться то, что размер, состав и строение органического катиона обуславливает его гидратацию по гидрофобному механизму, с некоторым сочетанием электростатического. Тем не менее, поведение водных растворов четвертичных аминов подобно поведению растворов неэлектролитов. Они также будут встраиваться в гидратную воду и способствовать как блокаде ее полостей, так и развитию гидрофобных взаимодействий между частицами глины и повышению устойчивости глинистых отложений при контакте с водой.

Таким образом, анализируя изложенную теорию, можно выделить следующее, что все соединения, снижающие набухания глин, в конечном счете, обеспечивают снижение скорости и величины всасываемой глиной воды и возрастание роли гидрофобных взаимодействий между частицами глины. За счет этого обеспечиваемся стабильность ствола скважины при вскрытии глинистых отложений.

В тоже время буровые растворы на основе электролитов должны обеспечивать высокие технологические свойства, их экологическую безопасность и одновременно обеспечивать устойчивость глинистых пород в процессе бурения скважин. Поэтому возникает необходимость разработать буровые растворы на водной основе с применением неэлектролитов.

Выбор вида водорастворимого неэлектролита велся исходя из его доступности в виде товарного продукта. Подобными соединением является продукт получаемый при синтезе этиленгликоля, ди- и триэтиленглколя, а именно полигликоль. В качестве дополнительных компонентов, целесообразно использовались традиционно применяемые химические реагенты для обработки буровых растворов. Это КМЦ, ГКЖ и др. Дополнительно, в качестве пеногасителя и смазочной добавки можно использовать диоксановый спирт Т-66. Управление структурно-механическими и реологическими свойствами бурового раствора возможно применением реагента НТФ.

Выбор компонентов для получения растворов и химических реагентов для управления их свойствами осуществляется из условия, что они либо инертные наполнители и на фауну не оказывают никакого воздействия, либо они указаны в перечне рыбохозяйственных нормативов: предельно допустимых концентрации (ПДК) и ориентировочно безопасных уровней воздействия (ОБУВ) вредных веществ для воды, водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение 11.

В качестве инертных наполнителей можно использовать бентонитовый глинопорошок или карбонатные компоненты, для получения бурового раствора. В качестве последнего успешного могут применяться мел, карбонатный шлам или тонкодиспкрсная мраморная крошка.

Поставщиком катионов калия для ингибированных буровых растворов может служить хлористый калий, который до 10% концентрации не представляет какой-либо опасности для окружающей среды. Для стабилизации и регулирования технологических свойств ингибированных буровых растворов необходимо применять следующие химические реагенты и материалы:

Полигликоль (полиэтиленгликоль) - ингибирующая добавка (ТУ2422-071-05766575-98);

Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ-700) - стабилизатор (ТУ2231-001-3519378-96);

Бентонитовый глинопорошок - дисперсная фаза - структурообразователь (ТУ39-147101-105-93);

Нитрилотриметилфосфоновая кислота (НТФ) - регулятор структуры, рН, вязкости бурового раствора (ТУ6-09-5383-86);

Гидрофобная кремнийорганическая жидкость (ГКЖ-11) - гидрофобизатор (ТУ6-02696-76);

Диоксановая жидкость (Т-66) - реагент комплексного действия - смазочная добавка, пеногаситель, нейтрализатор сероводорода (ТУ2452-029-05766801-98).

Все компоненты, применяемые в составе полимер - гликолиевого ингибирующего бурового раствора, относятся к 4 классу опасности по ГОСТ12.1.007-76, то есть практически не токсичны, экологически безвредны, не оказывают вредного воздействия на окружающую среду.

Одной из характерных особенностей процесса проектирования (получения технических характеристик) промывочных жидкостей является необходимость варьирования достаточно большого числа входных факторов, при этом степень влияния многих из них на показатели свойств промывочной жидкости нередко и в значительной мере зависит от величины или уровня остальных факторов. Например известно, что эффективность действия полимерных реагентов - понизителей вязкости - в значительной мере зависит от величины рН промывочной жидкости, определяемой концентрацией в ней реагентов - регулятора щелочности.

Литература

1. Материалы, собранные при прохождении производственной и преддипломной практики.

2. К.В.Иогансен "Спутник буровика".

3. А.Г.Калинин Н.А.Григорян Б.З.Султанов Справочник "Бурение наклонных скважин".

4. Е.М.Соловьев "Задачник по заканчиванию скважин".

5. А.Ф. Озеренко, А.К. Куксов и др., "Предупреждение и ликвидация газопроявлений при бурении скважин".

6. А.И. Булатов, Н.А. Сидоров, "Осложнения при креплении глубоких скважин".

7. Учебно-методическое пособие к курсовой работе по дисциплине "Заканчивание скважин". Уфа: УГНТУ, 2002г.

8. Иванников В.И. Устойчивость горных пород в стволе скважины // Экспресс информация. Серия "Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море". -М.: Изд-во ВНИИОЭНГ, 1991.-№10.

9. Городнов В.Д. Физико-химические методы предупреждения осложнений в бурении. -М.: Недра, 1984, -229с.

10. Методика выбора комплекса мероприятий для предупреждения и ликвидаций осложнений, связанных с нарушением устойчивости пород в процессе бурения / РД 39-0147009-88. -Краснодар: Изд-во ВНИИКРнефть, 1988. -97с.

11. Перечень рыбохозяйственных нормативов предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно безопасных уровней воздействия (ОБУВ) вредных веществ для воды, водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение. - Издательство ВНИРО. -М.: - 1999г.