Технические науки/ 10. Горное дело
Салихов И.Ф., Мустапаев А.М.,
Ли Мэнъян, д.т.н. Исмаков Р.А.
ФГБОУ ВПО Уфимский
государственный нефтяной технический университет, Россия
Улучшение антиприхватных свойств
буровых растворов
Современная буровая практика в условиях
строительства сильно искривленных скважин и скважин с большими горизонтальными
отходами предъявляет повышенные требования к противоприхватным свойствам
буровых промывочных растворов.
На сегодняшний момент нет единой теории,
объясняющей природу возникновения прихватов и затяжек колонн труб в скважине.
Авторы придерживаются теории о двойственной молекулярно-механической природе взаимодействия на
границе контакта поверхности твердого
тела с жидко-пластичным веществом типа фильтрационная корка [1,2,3]. Согласно данной теории
на границе контакта описанных неоднородных тел всегда происходит образование
адгезионного соединения, поэтому в проводимых испытаниях нами, наряду с
антифрикционными свойствами исследовались и адгезионные свойства фильтрационных
корок. В связи с этим кафедрой бурения УГНТУ разработан комплексный
реагент для бурения скважин БКР-5 на основе модифицированного полигликоля,
обеспечивающий улучшение указанных выше свойств буровых промывочных жидкостей.
Исследования антифрикционных и адгезионных
свойств комплексного реагента проводились на безглинистом буровом растворе
(ББР) и полимерглинистом буровом растворе (ПГБР) в сравнении с известной
смазочной добавкой Лубриол. Состав и свойства базовых растворов описаны в
таблице 1.
Таблица
1. Состав и свойства безглинистого бурового раствора (ББР) и полимерглинистого
бурового раствора (ПГБР)
|
Состав
раствора |
r, кг/м3 |
УВ,
с |
pH |
η |
τ0 |
θ1/10 |
ПФ,
см3/ 30мин |
|
|
1
мин |
10
мин |
|||||||
|
Вода + 0,5%
КМЦ-700 + 0,1%гаммаксан + 0,15%бактерицид + 10%мел (ББР) |
1080 |
26 |
7 |
7,37 |
59,13 |
0 |
14 |
9 |
|
Вода+4%
ПБМА + 4%мел + 0,2% КМЦ-700 (ПГБР) |
1080 |
25 |
8 |
10,67 |
75,1 |
0 |
24 |
6,5 |
Определение поверхностного взаимодействия в
системе «металл- фильтрационная корка» производилось на приборе ФСК-2М (измерение
статического и динамического коэффициентов трения) и устройстве ФАСК-1
(измерение удельной адгезии), разработанных на кафедре «Бурение нефтяных и
газовых скважин» ФГБОУ ВПО «УГНТУ» (рисунок 1,2).
Рисунок 1 – Устройство
ФАСК-1 в положении для
измерения показателей адгезионных свойств фильтрационных корок
Рисунок 2 – Принципиальная
схема прибора ФСК-2М
Регистрирующим элементом описанных устройств
является тензометрический преобразователь (датчик) серии С05-2, предназначенный
для непрерывного пропорционального преобразования силы в электрический выходной
сигнал.
Результаты экспериментов, полученные на приборе
ФСК-2М и устройстве ФАСК-1 сведены в таблицу 2 и представлены на рисунках 3,4,5.
Таблица
2. Показатели адгезионных и антифрикционных свойств исследованных буровых
промывочных растворов
|
Состав
раствора |
Статический
µст. / Динамический µдин. коэффициенты трения
при времени контакта |
Удельная
адгезия Fуд. при времени контакта |
||||
|
5
мин |
10
мин |
20
мин |
5
мин |
10
мин |
20
мин |
|
|
ББР |
0,2304/
0,1291 |
0,4318/ 0,1680 |
0,2616/
0,1448 |
0,1722 |
0,1634 |
0,1154 |
|
ББР+0,5%Лубриол |
0,3120/
0,2922 |
0,2685/ 0,2243 |
0,4093/
0,3715 |
0,2055 |
0,2053 |
0,2355 |
|
ББР+0,5%БКР-5 |
0,1415/
0,0843 |
0,1458/ 0,1124 |
0,2375/
0,1666 |
0,2590 |
0,3070 |
0,3358 |
|
ПГБР |
0,1300/
0,0678 |
0,1316/ 0,0813 |
0,1623/
0,0868 |
0,2604 |
0,2842 |
0,3260 |
|
ПГБР+0,5%Лубриол |
0,1250/
0,0735 |
0,1207/ 0,0668 |
0,2081/
0,1581 |
0,2727 |
0,2634 |
0,2732 |
|
ПГБР+0,5%БКР-5 |
0,1225/
0,0692 |
0,1483/ 0,0982 |
0,2081/
0,1168 |
0,1580 |
0,2346 |
0,2106 |
Рисунок 3. Статический µст. коэффициент трения при
при 5, 10, 20 минутах неподвижного контакта системы
«металл -фильтрационная корка»
Рисунок 4. Динамический µдин. коэффициент трения при
5, 10, 20 минутах неподвижного контакта системы
«металл -фильтрационная корка»
Рисунок 5. Удельная
адгезия Fуд. при 5, 10, 20 минутах неподвижного
контакта системы «металл -фильтрационная корка»
Из представленных выше графиков видно, что на
противоприхватные свойства влияет не только вид вводимой смазочной добавки и
тип базового бурового раствора, но также время формирования связи между
поверхностью металла и фильтрационной коркой бурового раствора. Так, при вводе 0,5%
концентрации комплексного реагента БКР-5 в безглинистый буровой раствор
происходит максимальное снижение как статического, так и динамического
коэффициента трения, но положительного влияния на адгезионные свойства корок
ввод реагента не оказывает. Однако, при добавлении к полимерглинистому буровому
раствору, напротив, выявляется максимальное снижение сил отрыва поверхности
образца от корки (удельной адгезии), но антифрикционные свойства остаются
практически неизменными.
Таким образом, разработан реагент с высокими
антиприхватными свойствами. Применение реагента БКР-5 в бурении скважин
позволит сократить риски возникновения затяжек и прихватов и уменьшит энергозатраты
при спускоподъемных операциях. Высокая воспроизводимость результатов опытов, а
также надежная регистрация и запись данных делает целесообразным применение прибора
ФСК-2М и устройства ФАСК-1 в дальнейших исследованиях для выявления соотношения
сил трения и сил адгезии в доле прихватов с целью подбора оптимальной
концентрации комплексного реагента БКР-5 к различным типам промывочных
жидкостей на водной основе.
Литература:
1. Дулицкая, P.A., Фельдман,
Р.И. Практикум по физической и коллоидной химии. М.: Высшая школа, 1962. –
340с.
2. Ахматов, A.C.
Молекулярная физика граничного трения // Исследования в области поверхностных
сил. М.: Изд-во АН СССР, 1964. – С. 93 – 110.
3. Литяева, З.А. Рябченко,
В.И. Глинопорошки для буровых растворов. М.: Недра, 1992. – 192с.