Материал: Проект строительства наклонно направленной эксплуатационной скважины глубиной 2972 м на Фаинском нефтяном месторождении

Биополимер XANTHAN GUM является высокоочищенным биополимером-ксантановой смолой уникального патентованного дисперсного состава, каторый значительно уменьшает образование структур. Биополимер XANTHAN GUM представляет собой высокодипергируемый порошок с высокими характеристиками. Упаковка биополимер XANTHAN GUM: многослойные бумажные мешки по 25 кг нетто.

СMC (карбоксометилцеллюлоза) - карбоксиметилцеллюлоза натрия, обладает высокой гигроскопичностью, хорошо растворима в воде, образуя при этом густую жидкость. Применяется для понижения фильтрации буровых растворов на пресной, морской и насыщенной солью воде. Обеспечивает высокую термоустойчивость и солестойкость.

Приборы, используемые для проведения опытов

Ротационный визкозиметр Rheotest RN4.1 - вискозиметр работает под управлением персонального компьютера. Позволяет проводить измерения вязкости при различных скоростях сдвига, температурах, получать результаты анализа в виде графиков, таблиц, вычислять значения вязкости и погрешность измерения, проводить исследования поведения образцов в различных условиях. Имеется возможность измерения эластичности с помощью осцилляции ротора. Универсальные вискозиметры марки «Реотест» позволяют изучать свойства текучести исследуемого вещества с выдерживанием физически точно определяемых условий течения, осуществляемого при помощи цилиндрических измерительных устройств типа «Seart» или «Searl-Couette» или же измерительного устройства типа «Конус-Плита».

В цилиндрических измерительных устройствах исследуемое вещество подвергается сдвигу в кольцевом зазоре между вращающимся внутренним цилиндром и неподвижным наружным цилиндром.

В измерительных устройства «Конус-Плита» исследуемое вещество подвергается сдвигу в клиновом зазоре между неподвижной плитой и вращающимся конусом.

Угловая скорость вращающихся цилиндра или конуса может варьироваться в широких пределах. Вращающий момент в измерительной системе, пропорциональный тангенциальному напряжению в кольцевом или клиновом зазоре, измеряется и преобразуется в электрический сигнал.

Фильтр-пресс низкого давления «FANN» - один из самых эффективных методов для определения фильтрационных свойств буровых растворов и цементных смесей. Все сборки фильтр-прессов Fann АНИ содержат сосуд с буровым раствором, установленный на раме, источник давления, фильтрующую среду и градуированный цилиндр для сбора и измерения фильтрата. Установки фильтр-пресса изготовлены из нержавеющей стали, анодированного алюминия и хромированной латуни, и включают все необходимые сита и уплотнения. Рабочее давление - 100 фунтов/кв.дюйм, и площадь фильтрации 7.1- кв. дюйма.

Устройство одноплоскостного среза Direct Shear and Vane Tests - предназначено для испытания образцов грунта методом одноплоскостного среза с заданной скоростью деформаций среза по ГОСТ 12248-96. Состав: Цифровая установка одноплоскостного среза. Тензометрический датчик силы, S-типа, 5 кН. Индуктивный датчик линейных перемещений для измерения вертикальных деформаций на срезных коробках (10 мм). Набор гирь со специальным креплением. Индуктивный датчик линейных перемещений для измерения горизонтальных деформаций на срезным коробках (10 мм). Срезная коробка для цилиндрических образцов с диаметром 63,5 мм. Рычаг с соотношением плеч 10:1.

Проведённые опыты и анализ полученных результатов

Изначально было разработано и изготовлено кольцо для насыпной модели горной породы (в нашем случае использовался песок диаметром частиц 0,6-1,2 мм, влажностью 20%). Кольцо изображено на рисунке 2.10.1. В кольцо насыпается песок, создаются скважинные условия: порода уплотняется. Далее песок в кольце помещается в фильтр-пресс. Затем готовятся четыре раствора максимальной концентрации: глинистый раствор - 5% бентонита «Tunnel Gel Plus», раствор на основе кстантановой смолы - 0,5% полимера, полимерглинистый расвтор 5%- бентонита «Tunnel Gel Plus» и 0,5% кстантановой смолы, полимерглинистый раствор 5% отечественного бентонита и 0,3% КМЦ. Ниже приведена рецептура приготовления бурового раствора.

Рис. 2.11 Кольцо для насыпной модели горной породы

Рецептура приготовления бурового раствора для проведения исследований:

Глинистый раствор:

На 950 мл пресной воды добавляется 50 г бентонита «Tunnel-Gel Plus».

Раствор на основе кстантановой смолы:

На 995мл пресной воды добавляется 5 г кстантановой смолы.

Полимерглинистый раствор:

На 945 мл пресной воды добавляется 50 г бентонита «Tunnel-Gel Plus» и 5 г кстантановой солы.

Полимерглинистый раствор:

На 947 мл пресной воды добавляется 50 г отечественного бентонита и 3 г КМЦ.

Глинистый раствор (бентонит «Tunnel-Gel Plus») переливается в цилиндрическую ёмкость фильтр-пресса, ёмкость герметично закрывается, далее раствор фильтруется под давлением через кольцо с породой. Измеряется объём фильтрата за определённые промежутки времени. По полученным данным строится график скорости фильтрации.

Рис. 2.12 График скорости фильтрации глинистого раствора на основе бентонита «Tunnel-Gel Plus».

Далее порода из кольца помещается в устройство одноплоскостного среза, где на образец горной породы создаётся давление и сдвиговая нагрузка. По измеренным в процессе испытания значениям касательной и нормальной нагрузок вычисляются касательные и нормальные напряжения τ и σ, кПа, по формулам:

 (2.119)

(2.120)

где Q и F - соответственно касательная и нормальная силы к плоскости среза, кН, А - площадь среза, .

Определение  необходимо проводить не менее чем при трех различных значениях . Поэтому с помощью фильтр-пресса и того же бурового раствора готовится ещё два образца породы. Угол внутреннего трения  и удельное сцепление с, кПа, вычисляется по формулам:

 (2.121)

; (2.122)

где - опытные значения сопротивления срезу, определенные при различных значениях  и относящиеся к одному инженерно-геологическому элементу (при n = 3); n - число испытаний. Для оценки разброса экспериментальных данных и выявления ошибок испытаний перед вычислением tg φ и строится график зависимости τ = f(σ):

Рис. 2.13. График зависимости касательного напряжения от нормального для трёх образцов песка, через которые был отфильтрован глинистый раствор на основе бентонита «Tunnel-Gel Plus»

Аналогично проделаем описанные опыты с каждым типом бурового раствора, произведём анализ полученных результатов и построим графики.

Рис. 2.14 График скорости фильтрации полимерного раствора на основе кстантановой смолы

Рис. 2.15 График зависимости касательного напряжения от нормального для трёх образцов песка, через которые был отфильтрован полимерный раствор на основе кстантановой смолы

Рис. 2.16 График скорости фильтрации полимерглинистого раствора (бентонит «Tunnel Gel Plus» и кстантановая смола)

Рис. 2.17 График зависимости касательного напряжения от нормального для трёх образцов песка, через которые был отфильтрован полимерглинистый раствор на основе кстантановой смолы и импортного бентонита

Рис 2.18 Динамическая вязкость полимерглинистого раствора (отечественный бентонит и КМЦ)

Рис. 2.19 График зависимости касательного напряжения от нормального для трёх образцов песка, через которые был отфильтрован полимерглинистый раствор на основе кстантановой смолы

Для сравнения обычный увлажнённый песок помещается из кольца в устройство одноплоскостного среза. По полученным данным из трёх образцов построим график.

Для каждого песка, испытанного с разными типами бурового раствора, определяется значения угла внутреннего трения  и удельного сцепления с, кПа. Все значения угла внутреннего трения и удельного сцепления указаны в таблице 2.11.1.

Рис. 2.20 График зависимости касательного напряжения от нормального для трёх образцов песка влажностью 20%

Таблица 2.11.1

Угол внутреннего трения и сцепление образцов песка

Изменение вязкости бурового раствора

Измерим зависимость вязкости от концентрации компонента. Разбавим каждый из растворов пресной водой для разной концентрации и измерим вязкость каждого раствора с помощью ротационного вискозиметра Rheotest RN4.1. Зависимость вязкости каждого бурового раствора от процентного содержания изображена на рисунках 2.11.11-2.11.14.

Рис. 2.11.11 Динамическая вязкость глинистого раствора (бентонит «Tunnel Gel Plus»)

Рис. 2.11.12 Динамическая вязкость полимерного раствора на основе кстантановой смолы

Рис. 2.11.13 Динамическая вязкость полимерглинистого раствора (бентонит «Tunnel Gel Plus» и кстантановая смола)

Рис 2.11.14 Динамическая вязкость полимерглинистого раствора (отечественный бентонит и КМЦ)

Адсорбция буровых растворов

По полученным данным проверим адсорбцию бурового раствора с песком.

Адсорбция - это явление самопроизвольного повышения концентрации растворённого вещества на поверхности твёрдого тела или жидкости в гетерогенных системах. При данном явлении понижается концентрация вещества в самом буровом растворе, и, следовательно, изменяются его свойства.

Для исследования данного процесса приготовим четыре резервуара по 100 г песка (диаметр частиц песка от 0,6-1,2 мм). В каждый резервуар добавим по 200 мл разного раствора. Тщательно перемешаем каждый резервуар и оставим на 5 мин. Отфильтруем раствор и проверим, как изменилась его вязкость после взаимодействия с твердой фазой.

Для проведения эксперимента мы использовали 4 вида растворов:

·  Глинистый раствор на основе бентонита «Tunnel-Gel Plus»:

·        Раствор на основе кстантановой смолы:

·        Полимерглинистый раствор на основе бентонита «Tunnel-Gel Plus» и кстантановой смолы:

·        Полимерглинистый раствор на основе отечественного бентонита и КМЦ:

Подробно рассмотрим на примере глинистого раствора.

1) Глинистый раствор на основе бентонита «Tunnel-Gel Plus:

Исходя из полученных результатов можно заметить, как изменилась концентрация реагентов в растворе после адсорбции. Для этого спроецируем полученную вязкость на рис 2.11.11. и найдем концентрацию раствора соответствующую полученному показателю вязкости.

Получим n=3.05%, следовательно, адсорбент поглотил 39% растворенного вещества. Полученные данные запишем в таблицу 2.10.1.

Таблица 2.11.2

Аналогично найдем концентрацию других растворов, подвергнутых адсорбции.

2) Раствор на основе кстантановой смолы:

Таблица 2.11.3

3) Полимерглинистый раствор на основе кстантановой смолы и бентонита «Tunnel Gel plus»:

Таблица 2.11.4

4) Полимерглинистый раствор на основе КМЦ и отеч. бентонита:

Таблица 2.11.5

После опыта на фильтр-прессе, проводившегося в 3 этапа, используем получившийся фильтрат для измерения вязкости и определения изменения концентрации реагента. Полученные результаты указаны в таблицах 2.11.6-2.11.8.

Таблица 2.11.6

Фильтрат глинистого раствора на основе бентонита «Tunnel Gel Plus»