Управление адгезионными и реологическими свойствами условно-безглинистых буровых растворов в слаболитифицированных глинистых породах

• Автор: Лютиков, Кирилл Владимирович
• Шифр специальности: 25.00.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Ухта
• Количество страниц: 128 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1 Причины, характер и методы борьбы с сальникообразованием
1.1 Проблемы при бурении в интервалах, осложненных интенсивным
сальникообразованием
1Л. 1 Причины образования сальников при бурении скважин
1Л .2 Возможные осложнения и аварии, связанные с образованием сальников
1.2 Особенности бурения скважин в интервалах глинистых пород
1.2Л Описание основных глинистых пород
1.2.2 Физико-химические свойства глинистых пород
1.3 Физико-химические процессы
1.3.1 Адгезия и смазочная способность
1.3.2 Адсорбционные процессы на твердой поверхности
1.3.3 Граничные слои и поверхностные пленки
1.3.4 Поверхностно-активные вещества
1.4 Способы и технологии предупреждения сальникообразования
1.4.1 Влияние компонентного состава твердой фазы, образующей фильтрационную корку, на процесс возникновения сальника
1.4.2 Влияние типа и концентрации утяжелителя на вероятность образования сальника
1.4.3 Химическая обработка
1.4.4 Классические смазочные композиции и современные смазочные
добавки
1.5 Цель и задачи исследования
2 Методические подходы к оценке адгезионных взаимодействий бурильной колонны с компонентами бурового раствора и выбуренной породой

2.1 Методы оценки реологических, структурных и смазочных свойств буровых растворов
2.2 Методы управления качеством буровых растворов
2.3 Отработка методики управления структурно-механическими, адгезионными и смазочными свойствами бурового раствора
2.4 Вывод
3 Результаты исследований адгезионной и смазочной способности буровых растворов и их компонентов
3.1 Исследование влияние природы твердой поверхности на адгезионные процессы
3.2 Исследование смазочной способности буровых растворов
3.3 Исследование зависимости параметров сальника от свойств буровых растворов
3.4 Вывод
4 Технология управления структурно-механическими, адгезионными
и смазочными свойствами бурового раствора
4.1 Определение «критического параметра» наработки буровых растворов
при бурении в слаболитифицированных глинистых породах
4.2 Определение необходимой концентрации смазочной добавки для
улучшения смазочно адгезионных свойств бурового раствора
4.3Алгоритм управления структурно-механическими, адгезионными и смазочными свойствами при бурении в интервалах залегания слаболитифицированных глинистых пород
4.4 Вывод
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
Библиографический список

ВВЕДЕНИЕ
Строительство нефтяных и газовых скважин в слаболитифицированных породах сопровождается сальникообразованием, которое зачастую приводит к прихвату бурильного инструмента и возможным длительным аварийным работам. В связи с этим остро стоит вопрос не только предупреждения появления сальников на долоте, но и роста этих образований в процессе углубления.
Эффективность буровых работ в значительной степени зависит от степени взаимодействия горных пород и бурильного инструмента с буровыми промывочными жидкостями. Причем, это взаимодействие носит преимущественно физико-химический характер, обусловленный как поверхностными свойствами пород и металлических труб, так и компонентным составом и технологическими свойствами буровых растворов. В наибольшей степени последствия таких взаимодействий проявляются при бурении в диспергирующих слаболитифицированных глинистых породах. Опыт строительства скважин в подобных породах показывает, что поддержание технологических свойств безглинистых буровых растворов на водной основе, а также содержания твердой фазы в основном, коллоидных размеров является в настоящее время задачей, решение которой сможет позволить значительно улучшить качество промывки и минимизировать риски возникновения аварий и осложнений, в особенности связанных с сальникообразованием и прихватом бурильной колонны.
Таким образом, направление исследований, посвященных технологии управления реологическими, адгезионными и фрикционными свойствами мало-и безглинистых буровых растворов в условиях бурения скважин в интервалах слаболитифицированных глинистых пород, является актуальным, особенно с учетом значительных объемов применения подобных систем промывочных жидкостей.

большое увеличение проницаемости при низкой объемной доле твердой фазы, показанное на рисунке 1.3, связано с осаждением крупных частиц) [37, 44, 85].
1.4.2 Влияние типа и концентрации утяжелителя на вероятность образования сальника.
Одним из важных компонентов бурового раствора, определяющих его прихватоопасность, является утяжелитель. Исследованиями установлено, что более абразивны магнетит, гематит, менее - барит, карбонат. С увеличением абразивности растет фрикционная способность. Абразивность утяжелителя тем больше, чем крупнее его помол [82]. Таким образом, можно отметить, что из растворов с практически одинаковым содержанием утяжелителя формируются фильтрационные корки, коэффициенты страгивания и сила прихвата которых значительно отличаются. Это хорошо заметно по таблице 1.1, приведенной ниже:
Таблица 1.1 - Влияние утяжелителя на силу прихвата
Скважина Утяжелитель Плотность раствора, кг/м3 Коэффициент сопротивления Сила прихвата через 3 часа, кН
№20, Лабинская Барит (50,5%) 1710 0,175 2
№160, Левкинская Г ематит (50,9%) 1980 0,285 3
Мало изучен вопрос о влиянии коллоидальности раствора на его прихватоопасность. Известно, что качество глин определяется коэффициентом коллоидальности К, величина которого колеблется от 0,2 до 0,96. В приведенных растворах содержание коллоидальных частиц Ск колебалось в пределах 4 - 10,5%.
Ск=ГК (1.4)