Руководство для обучения инженеров по буровым растворам - часть 37

 

 

Например, если водоотдача  Q

1

, через 7 1/2 минуты равна 5 см?,   то водоотдача  Q

2

 

через 30 минут будет равна: 

Q 

2

 



2

/

1

7

30

5

5 х 2 = 10 см?. 

 

Рис. 1.. Зависимость водоотдачи от времени. 
Можно  видеть,  что  объем  фильтрата  возрастёт  прямо  пропорционально    корню 

квадратному  времени.  Обычно  линия  графика  не  проходит  через  начало  координат  и 
может  иметь  положительный  отрезок,  как  в  настоящем  примере,  или,  или  же 
отрицательный.  Положительный  отрезок  обозначает,  что  мгновенная  водоотдача 
проходит через фильтровальную бумагу до того, как образуется глинистая корка и начнет 
ограничивать  прохождение  фильтрата.  Отрицательный  отрезок  обозначает,  что  для 
заключения дренажной линии необходимо некоторое количество фильтрата пере тем, как 
появится первая капля накапливаемого фильтрата. Если этот объём превышает начальную 
мгновенную фильтрацию, то отрезок будет отрицательным. Т.к. эта линия, как правило, не 
проходит через начало координат, для экстраполяции данных на более продолжительные 
периоды времени потребуется по крайней мере две точки. 

 

Давление. 

Давление  -  это  следующий  фактор,  оказывающий  влияние  на  давление.  Если 

фильтрационная  среда  постоянна,  объём  фильтрата  будет  изменяться  как  корень 
квадратный давления. В случае образования глинистой корки эта зависимость теряет силу, 
т.к.  глинистая  корка  повергается  сжатию  и  непрерывно  растёт  вследствие  осаждения  на 
неё  глинистых  частиц,  отсюда  и  изменения  пористости  и  проницаемости.  Если 
возрастающее  давление  приводит  к  деформации  частиц  глинистой  корки  или  же 
приближает их друг  к другу, то проницаемость следует  уменьшить. Если проницаемость 
уменьшилась, то влияние возросшего давления фильтрации на водоотдачу следует также 
уменьшить  на  такое  же  количество.  Иными  словами,  влияние  давления  водоотдачи 
является функцией сжимаемости глинистой корки. 

Очень  полезным  для  инженера  по  буровым  растворам  может  быть  проведение 

исследования  с  удвоенным  давлением.  Если  есть  подозрение,  что  ни  объём,  ни  тип 
коллоидной  фракции  бурового  раствора  не  отвечают  требованиям,  то  проведение 
исследований  при  100  и  200  фунт/кв.д.  может  подтвердить  необходимость  улучшения 
твёрдой фазы. 

 

 

 
 
 

Влияние проницаемости глинистой корки на водоотдачу 

Наиболее эффективным методом регулирования водоотдачи является регулирование 

проницаемости  глинистой  корки.  Размер,  форма  и  способность  частиц  деформироваться 
под  действием  давления  -  всё  это  важные  факторы,  влияющие  на  регулирование 
проницаемости  глинистой  корки.  Частицы  малого  размера  образуют  глинистую  корку 
меньшей 

проницаемости, 

чем 

частицы 

большего 

размера. 

Обычно, 

частицы 

коллоидального  размера  (менее  2  микрон)  обеспечивают  в  достаточной  степени 
регулирование 

водоотдачи. 

Оптимальный 

же 

контраго 

наилучшим 

образом 

обеспечивается  при  наличии  частиц  разного  гранулометрического  состава.  Частицы 
малого  размера  могут  вклиниваться  между  частицами  большего  размера  с  образованием 
глинистой корки с низкой проницаемостью. Плоские частицы образуют глинистую корку, 
напоминающую  дранку  на  потолке  дома.  Эффективность  плоских  частиц  выше 
эффективности круглых частиц или частиц неправильной формы, т.к. они образуют более 
плотную  глинистую  корку.  Если  частицы  могут  деформироваться  под  воздействием 
давления,  то  образовавшаяся  глинистая  корка  станет  ещё  более  плотной.  Всем  этим 
требованиям  вначале  отвечают  частицы  бентонита,  имеющие  небольшой  размер, многие 
менее  0,05  микрон.  Они  имеют  плоскую  форму  и  довольно  тонкие,  по  сравнению  с  их 
планарными  размерами.  Они  также  образуют  глинистую  корку,  легко  поддающуюся 
компрессии.  По  мере  увеличения  степени  гидратации  частиц  проницаемость 
образующейся глинистой корки понижается. Глинистые корки, образуемые пресноводным 
бентонитом, имеют проницаемость, приблизительно равную 1 микродарм. 

 

Температура. 

Повышение  температуры,  как  правило,  приводит  к  возрастанию  скоростей 

водоотдачи.  С  повышением  температуры  понижается  вязкость  жидкой  фазы,  что  в  свою 
очередь  приводит  к  повышению  водоотдачи  при  условии,  что  все  остальные  факторы 
остаются  неизменными.  В  таблице  1  приведены  значения  вязкости  воды  При  различных 
температурах,  что  даёт  возможность  использовать  формулу  изменения  водоотдачи  при 
повышенной температуре. 

 

Таблица 1. 

Вязкость воды при различной температуре 

Температура 

Температура 

°F 

°С 

Вязкость 

воды, 

сПз 

°F 

°С 

Вязкость 

воды, 

сПз 

68 

20 

1.005 

300 

148.9 

0.184 

86 

30 

0.801 

320 

160 

0.174 

104 

40 

0.656 

338 

170 

0.160 

122 

50 

0.549 

350 

176.6 

0.1535 

140 

60 

0.469 

356 

180 

0.150 

158 

70 

0.406 

374 

190 

0.142 

176 

80 

0.356 

392 

200 

0.134 

194 

90 

0.316 

410 

210 

0.127 

212 

100 

0.264 

428 

220 

0.121 

230 

110 

0.256 

446 

230 

0.116 

248 

120 

0.232 

450 

232.2 

0.1 136 

250 

121 

0.2316 

500 

260 

0.1004 

266 

130 

0.212 

550 

287.7 

0.0899 

284 

140 

0.196 

572 

300 

0.086 

 

 

В том случае, если все остальные факторы остаются неизменными, объём фильтрате 

будет  изменяться  как  корень  квадратный  из  значений  вязкости  жидкой  фазы.  Иными 
словами,  водоотдача  1  относится  к  водоотдаче  2,  как  корень  квадратный  вязкости 
жидкости 2 относится к корню квадратному вязкости жидкости 1. Или, если Q - это объём 
фильтрата, то 

Q 

2

 Q

2

1

1

Vis

Vis

 

 

где:            Q

2

 = неизвестный объем водоотдачи при Vis

2

 (см?)  

 Q

1

 =  известный объём водоотдачи при Vis

1

 (см?) 

Например,  если  водоотдача  Q

1

  равна  5  см?  при  температуре  68°F  ,  из  таблицы  1 

получаем: Vis

1

 =1,005. Если температура на забое равна 300°F , тогда из табл.1 получаем: 

Vis

2

 = 0,184. Подставив эти значения в формулу, получим: 

Q 

2

 5

7

,

11

46

,

5

5

184

,

0

005

,

1





 см? 

 
На рис.2 приведен график, с помощью которого можно преобразовывать водоотдачу 

АНИ  при  любой  температуре  бурового  раствора  в  теоретическую  водоотдачу  при 
температуре  300°F.  Например,  если  водоотдача  при  температуре  140°F  равна  33  см?,    то 
умножив  это  значение  на  коэффициент  1,6,  получим  теоретическое  значение,  равное  4,8 
см?. 

Повышение  температуры  может  привести  к  флокуляции  некоторых  глин  и 

повышению  скорости  водоотдачи.  Это  может  быть  вызвано  изменением  ионного 
окружения    глинистой  частицы,  изменением  растворимости  примесей,  а  также 
адсорбцией.  Более  высокие  температуры  или  же  более  длительные  периоды  при  менее 
критических  температурах  могут  привести  к  физико-химическим  изменениям  самих 
коллоидов или же составляющих бурового раствора. 

 

 

 

Рис.2. График преобразования водоотдачи АНИ при любой температуре в водоотдачу при 
300°F 

При  низких  температурах  повышение  температуры  может  вызвать  понижение 

водоотдачи за счёт гидратации и усиления дисперсии коллоидных частиц. 

 

Дефлокуляция 

Дефлокуляция  и  дисперсия  коллоидальных  глин  в  буровом  растворе  также  имеет 

большое  значение  для  регулирования  водоотдачи.  На  рис.3  показан  дефлокулированный 
буровой  раствор,  в  котором  наблюдается  плавное  течение  безо  всяких  признаков 
притягивания  глинистых  частиц  электрохимическими  зарядами.  При  дефлокуляции 
глинистых 

частиц 

происходит 

их 

соединение 

обеспечивающее 

оптимальное 

регулирование водоотдачи. 

На  рис.4  показан  флокулированный  буровой  раствор,  в  котором  не  наблюдается 

плавного  течения,  а  частицы  глины  притягиваются  друг  к  другу  электрохимическими 
зарядами, В таких случаях раствор легко проходит между хлопьями, увеличивая скорость 
водоотдачи,  Эту  проблему  можно  устранить  введением  химических  дефлокуляцией, 
нейтрализующих  электрохимические  заряды,  вызывающие  флокуляцию  глинистых 
частиц. Это приводит к диспергированию глинистых частиц и соединению друг с другом. 
В результате чего образуется более жёсткая глинистая корка. 

 

Рис.3. Дефлокулированный буровой раствор. 

 

Рис.4. Флоккулированный буровой раствор. 

Высокое  содержание  твёрдой  фазы  затрудняет  регулирование  водоотдачи.  При 

большой  концентрации  твёрдой  фазы  свободной  воды  недостаточно  для  солюбилизации 
химических  дефлокулянтов.  Следовательно,  химические  реагенты  выступают  в  роли 
дополнительной  твёрдой  фазы,  и  не  оказывают  дефлокулирующего  действия.  В 
результате получается частично флоккулированный буровой раствор. Добавление воды в