Идрисова
А.С., Бейсенбаев О.К., Сарсенбаев Х. А.
Южно-Казахстанский
государственный университет им.М.Ауезова, Казахстан
Применение комплексной
методики оценки качества
эмульсий в буровом
растворе.
Изучение существующих методик экспериментальных
испытаний эмульсионных буровых растворов (ЭБР)
показало множество пробелов как в системе экспериментальных критериев
оценки качества ЭБР, так и в технических реализациях методик их получения.
Прежде всего, это касается проблемы температурной устойчивости ЭБР, что
выражено в отсутствии общепринятых критериев ее оценки, а также исключительной
технической сложности и нестандартности методик ее экспериментального изучения.
Известные методики [1] базируются на определении электростабильности и
фильтратоотдачи в забойных условиях. При этом используются различные автоклавы
(УкрГипроНИИнефть), фильтр-прессы (ПФП-200), термоэлектропробойники (ТЭП-Д) или
модификации установок УИПК. Основным достоинством этих приборов является
широкий диапазон термобарических условий испытаний - до 220°С по температуре и
до 25 МПа по давлению, при следующих недостатках:
- низкая технологичность пользования оборудованием,
большая продолжительность опытов;
- регистрация только параметров электростабильности,
фильтратоотдачи или их совокупности;
- использование чрезвычайно дорогого и
нестандартизированного оборудования, когда измеряемые параметры зависят от
используемого кернового материала и конструктивных особенностей приборов [2].
Все перечисленное исключает сопоставимость данных
различных исследователей и возможность контроля исследуемых параметров на
промыслах. По всей видимости, именно эти обстоятельства обуславливают малую
изученность вопроса температурной устойчивости ЭБР.
По мнению авторов [2], существуют возможности более
полной оценки качества ЭБР, состоящие в привлечении реологических критериев,
снижении количества измеряемых параметров за счет косвенной оценки одних
параметров другими, упрощении техники и технологии эксперимента за счет
снижения верхней границы исследуемого диапазона температур для некоторых
параметров, что в совокупности позволяет унифицировать используемое
оборудование, и оперативно контролировать температурную устойчивость ЭБР
непосредственно на скважине [2].
Теоретическая проработка вопросов взаимного влияния
молекулярного строения ПАВ и технологических свойств ЭБР позволила выделить
всего две самостоятельные группы свойств, в каждой из которых доминируют
собственные механизмы и оценки межмолекулярных взаимодействий, и соответственно
применяются отличные от остальных способы управления [3].
В первую группу вошли показатели агрегативной устойчивости – это электростабильность и
термостойкость, в которой доминируют работа адсорбции, ГЛБ и межмолекулярная
когезия, основанная на "медленных" связях.
Во вторую группу включены реологические, фильтрационные, структурно-механические
свойства ЭБР, связанные с взаимодействием ПАВ между собой и со средой. В этой
группе доминирующими факторами являются: межмолекулярная когезия, обусловленная
связями обоих типов, химическая поляризация и энергия связи ПАВ со средой.
Анализ применимости показателей термостойкости и
электростабильности (U) показал, что качественно электростабильность
является не количественной, а булевой бинарной величиной, и смысл имеет
определение только одного критического значения электростабильности (UKр), которое
является основой для определения термостойкости конкретного вида ЭБР.
Количественной и качественной, а главное непрерывной характеристикой,
позволяющей соотнести различные виды ЭБР, в том числе, путем применения
численных методов оптимизации рецептур, является термостойкость (Тпред), которая равна
температуре в °С, соответствующей снижению электростабильности до критического
значения, соответствующего началу потери агрегативной устойчивости. Момент
потери агрегативной устойчивости устанавливается по неполному восстановлению U
после термостатирования, охлаждения в статических условиях, перемешивания и
выдержки [3].
К первой группе параметров органически примыкает
глиноемкость ЭБР, в стандартной формулировке равная количеству глинопорошка
добавленного в исходный агрегативно-устойчивый ЭБР, которое соответствует
потере его агрегативной устойчивости. Как видно, с точки зрения температурной
устойчивости данный критерий неприменим для оценки гидрофобизирующей
способности ЭБР, так как ни в коей мере не характеризует термостойкость
гидрофобных покрытий. В случае удержания ПАВ на поверхности твердых частиц
слабыми ионно-полярными силами, под воздействием температуры произойдет
десорбция ПАВ, в корне нарушающая
картину изменения электростабильности, что не учитывается
глиноемкостью. Для преодоления данного несоответствия предложены иные критерии
оценки глиноемкости. Первый - это относительная глиноемкость (ГТ(15)
=Тпред15/Тпред), учитывающая температуру, и
равная относительному изменению термостойкости ЭБР, после введения в него 15%
(масс.) глинопорошка.
Критерии второй группы характеризуют сразу
несколько функциональных параметров (элементов) ЭБР: несущую способность, статическую
удерживающую способность (тиксотропные свойства), прокачиваемость и
фильтратоотдачу [4]. При этом все возможные критерии оценки данных
функциональных свойств, в свою очередь, подразделяются на реологические,
структурно-механические и фильтрационные, причем в каждой подгруппе находится
несколько стандартно измеряемых параметров (параметрических элементов).
Общность механизмов молекулярных взаимодействий внутри группы позволяет
предположить существование взаимосвязей между ее функциональными элементами,
параметрическими элементами соседних подгрупп, а также между параметрическими и
функциональными элементами. Существование этих взаимосвязей позволяет выразить
одни элементы через другие и таким образом существенно сократить общее число
критериев. Для этого нужно знать: 1) сколько и какие критерии выражаются друг
через друга; 2) информативность каждого критерия, т.е. тесноту его взаимосвязей
с функциональными элементами; 3) возможности его экспериментального определения
или расчета [4].
Наибольшую сложность представляет оценка несущей
способности буровых растворов. Традиционно эта оценка дается по параметрам
пластической вязкости и динамического напряжения сдвига [1, 2], однако в
большом количестве работ [3, 4, 5] показано, что данные показатели не могут
служить критерием оценки несущей способности в случае систем промывочных
жидкостей отличных от глинистых. Из работ [4, 5] известно, что в случае
полимерных и инвертно-эмульсионных буровых растворов хорошие результаты дает
оценка несущей способности по критерию n=τ0 /ηпл, представляющему собой отношение динамического
напряжения сдвига к пластической вязкости. Однако, по данным других
исследователей этот критерий применим только для скважин с зенитными углами
меньше 60 градусов, а более точная оценка несущей способности получается с
привлечением предельного напряжения сдвига (ПНС) [5] или принятого в зарубежной
практике "нулевого геля". Отсюда следует, что для оценки
эффективности очистки ствола сильно наклонной или горизонтальной скважины значение
имеет структурная прочность промывочной жидкости при низкой скорости сдвига,
т.е. в пристенной области.
Таким образом, измерение напряжения сдвига для оценки
несущей способности промывочной жидкости следует проводить при низких скоростях
сдвига. В работах [1, 3] показано, что достаточно адекватная оценка несущей
способности может быть дана по величине эффективной вязкости бурового раствора
измеренной при скорости сдвига менее 5с-1. Производить измерения на
таких скоростях могут лишь немногие модели вискозиметров, а те которые пригодны
для таких измерений достаточно дороги и не применяются на промыслах. Поэтому в
практике буровых работ за рубежом принято использовать параметр "время
релаксации", представляющий собой время необходимое для возвращения показаний
вискозиметра от значения полученного при скорости сдвига 5с-1 или
1,5с-1 до нуля или другого заранее намеченного значения
Литература:
1.
Кистер Э.Г. Химическая
обработка буровых растворов. - М.: Недра, 1972. -392 С.
2.
Мнацаканов А.В., Токунов
В.И., Мельничук В.К., Хейфец И.Б., Сенкевич
Э.С. Опыт применения гидрофобно-эмульсионных буровых растворов в
условиях высоких забойных температур// РНТС «Бурение». - 1982. - №3. -С. 13-15.
3.
Овчинский К.Ш.
Разработка и исследование термостойкого инвертно-эмульсионного раствора для
промывки скважин. Дис.к.т.н.: 05.15.10 -М., 1983.-219 С.
4.
Орлов Г.А., Кендис М.Ш.,
Глущенко В.П. Применение обратных эмульсий в нефтедобыче. - М.: Недра, 1991. -
224 С.
5. Бурение наклонных и горизонтальных скважин: Справочник / Под ред. А.Г. Калинина. М.: Недра, 1997.