CC BY
1
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И СОСТАВА ГЛИНИСТОГО БУРОВОГО РАСТВОРА НА ЕГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Зинатдинов Жамшид Махмуд углы
магистрант
Каракалпакского государственного университета им. Бердаха,
Республика Каракалпакстан, г. Нукус E-mail: _ [email protected]
Базарбаев Нуратдин Зинатдин ули
магистрант
Каракалпакского государственного университета им. Бердаха,
Республика Каракалпакстан, г. Нукус E-mail: [email protected]
Санетуллаев Ерназар Есбосинович
д-р филос. тех. наук, доц. Каракалпакского государственного университета им. Бердаха,
Республика Каракалпакстан, г. Нукус E-mail: [email protected]
Адизов Бобиржон Замирович
д-р тех. наук, проф., зав. лаборатории «Нефтехимия» Института общей и неорганической химии АНРУз, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected]
INFLUENCE OF TEMPERATURE AND COMPOSITION OF CLAY DRILLING MUD ON ITS TECHNOLOGICAL CHARACTERISTICS
Jamshid Zinatdinov
Master
of Karakalpak State University named after Berdakh, Uzbekistan, Republic of Karakalpakstan, Nukus
Nuratdin Bazarbaev
Master
of Karakalpak State University named after Berdakh, Uzbekistan, Republic of Karakalpakstan, Nukus
Ernazar Sanetullaev
PhD, associate Professor of Karakalpak State University named after Berdakh, Uzbekistan, Republic of Karakalpakstan, Nukus
Bobirjon Adizov
Candidate of technical sciences, professor, head of the laboratory "Oil Chemistry" of the Institute of general and inorganic chemistry, Academy of sciences of Uzbekistan, Uzbekistan, Tashkent
Библиографическое описание: ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И СОСТАВА ГЛИНИСТОГО БУРОВОГО РАСТВОРА НА ЕГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Зинатдинов Ж.М. [и др.]. 2024. 12(129). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/19026
A UNIVERSUM:
№ 12 (129)_¿Л ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_декабрь. 2024 г.
АННОТАЦИЯ
В статье рассматривается влияние температуры и состава глинистых буровых растворов на их технологические характеристики. Повышение температуры уменьшает вязкость, что влияет на вынос шлама и устойчивость стенок скважины. Добавление вермикулитного реагента (ВОПР) улучшает вязкость, снижает плотность и водоотдачу, стабилизируя буровой раствор при различных условиях. Аэрация раствора, добавляя микропузырьки воздуха, дополнительно снижает плотность, что важно для уменьшения гидростатического давления на пласт. Исследование показывает, что управление температурой, концентрацией ВОПР и параметрами аэрации позволяет улучшить фильтрационные и реологические свойства растворов, повышая эффективность и безопасность бурения.
ABSTRACT
The article examines the influence of temperature and composition of clay-based drilling fluids on their technological properties. Increasing temperature reduces viscosity, which affects cuttings removal and wellbore stability. The addition of vermiculite reagent (VLPR) improves viscosity, reduces density and filtration loss, stabilizing the drilling fluid under various conditions. Aeration of the fluid, introducing microbubbles of air, further reduces density, which is important for decreasing hydrostatic pressure on the formation. The study shows that controlling temperature, VBDR concentration, and aeration parameters allows for improved filtration and rheological properties of the fluids, enhancing the efficiency and safety of drilling.
Ключевые слова: температура, плотность, вязкость, вермикулитовый реагент, аэрация, фильтрационные свойства, буровой раствор.
Keywords: temperature, density, viscosity, vermiculite reagent, aeration, filtration properties, drilling fluid.
Введение
Температура и состав бурового раствора играют критическую роль в его технологических характеристиках. Эти параметры влияют на эффективность бурения, износ оборудования и безопасность операций по освоению скважин. В данной статье анализируется, как температурные условия и изменения в составе буровых растворов влияют на их реологические и фильтрационные свойства, а также на устойчивость стенок скважины. Также рассматривается влияние добавок, таких как вермикулит, на свойства растворов, что помогает улучшить их стабильность и уменьшить плотность, обеспечивая более эффективный процесс бурения и снижение рисков.
Температура и химический состав бурового раствора являются критически важными факторами, оказывающими значительное влияние на его технологические характеристики. Оптимизация этих параметров способствует повышению эффективности бурения, уменьшению износа оборудования и обеспечению безопасности процессов, связанных с освоением скважин. В источнике [3] рассмотрено воздействие температурных условий и изменения компонентного состава буровых растворов на их реологические и фильтрационные свойства, а также на устойчивость стенок скважины и процессы переноса отходов бурения [3, с. 33-35].
Анализируя температурные эффекты, важно учитывать, что повышение температуры может привести к уменьшению вязкости и ускорению химических реакций в суспензии, что в некоторых случаях нежелательно. С другой стороны, композиционные изменения, включая добавление различных стабилизаторов, модификаторов и наполнителей, могут значительно улучшить свойства раствора, сделав его
более устойчивым к температурным колебаниям и геохимическому воздействию пластов [2, с. 44].
Цель последующего анализа - определить оптимальные температурные режимы и составляющие бурового раствора для различных условий бурения, что позволит улучшить технологические характеристики и повысить общую эффективность процесса бурения.
Методология исследования
Плотность промывочных жидкостей измеряется при помощи рычажных весов, имеющих точность измерений в пределах 0,01 г/см3. На практике плотность (р) означает вес на единицу объема и измеряется путем взвешивания раствора на рычажных весах [4, с. 27-29].
Выбор плотности бурового раствора зависит от типа пород и глубины скважины, приоритетом является минимизация плотности для эффективности работы долота. Однако, для предотвращения фонтанирования, осыпей и обрушений стенок скважины, важно поддерживать достаточное давление на стенки скважины, исходя из внутрипорового давления. Плотность раствора корректируется для управления давлением и обеспечения буровой безопасности. Истинная плотность уточняется с учетом содержания газа в возвращаемой жидкости [1, с. 405-406; 5, с. 45-46].
Были разработаны как глинистые, так и безглинистые буровые суспензии, модифицированные добавками гипана и стабелла (состав: 1000 г воды, 3 г NaOH, 3 г №2^3, 100 г бентонита, 10 г гипана, 10 г стабелла). В рамках исследования было проанализировано воздействие разнообразных компонентов синтезированного реагента ВОПР на их свойства.
Таблица 1.
Изменение плотности и основных показателей бурового раствора при различных температурах и концентрации ВОПР
№ ВОПР, г °С р, г/см3 Т, с В см3/30мин ТК, мм
1 - 30 1,06 31 8 0,95
2 - 60 1,04 26 10 1,02
3 30 30 1,01 42 7 0,91
4 30 60 1,00 33 6 1,01
5 40 30 0,98 45 4 0,65
6 40 60 0,96 40 6 0,78
7 50 30 0,93 58 3 0,65
8 50 60 0,91 52 5 0,71
Из приведенных данных видно, что плотность бурового раствора и его основные характеристики, такие как условная вязкость (Т, с), водоотдача (В, см3/30 мин) и толщина корки (ТК, мм), изменяются в зависимости от температуры и концентрации добавленного вермикулитного реагента (ВОПР).
При увеличении температуры с 30 до 60 °С для суспензий без ВОПР наблюдается снижение плотности с 1,06 г/см3 до 1,04 г/см3. Это может быть связано с тем, что при повышении температуры увеличивается тепловое движение молекул воды, что приводит к незначительному уменьшению плотности раствора.
Добавление ВОПР приводит к более заметному снижению плотности раствора. Например, при температуре 30 °С и увеличении концентрации ВОПР с 0 до 50 г, плотность снижается с 1,06 г/см3 до 0,93 г/см3. Это указывает на то, что ВОПР способствует уменьшению плотности за счет своей структуры и возможного водопоглощения.
Условная вязкость и водоотдача также изменяются в зависимости от концентрации ВОПР и температуры. При добавлении ВОПР наблюдается увеличение условной вязкости и уменьшение водоотдачи, что указывает на улучшение вязкостных свойств и снижение потерь флюида.
Толщина корки уменьшается с увеличением концентрации ВОПР, что может свидетельствовать о лучшем контроле над фильтрационными свойствами раствора.
В ходе дальнейших исследований было рассмотрено воздействие аэрации на свойства буровых растворов с целью создания легких аэрированных смесей. Аэрация, процесс введения воздуха или газа в жидкость, приводит к формированию микропузырьков, которые могут существенно изменить реологические и фильтрационные характеристики раствора. Для экспериментов использовался исходный буровой раствор объемом 1 литр.
Скорость и объем подачи воздуха были определены, исходя из необходимости достижения оптимальной степени аэрации, при которой наблюдаются улучшение реологических свойств и снижение плотности раствора без ухудшения его стабильности. В типичных условиях для достижения этого баланса подача воздуха может варьироваться от 0,1 до 0,5 л/мин на 1 литр бурового раствора. Такой подход позволяет контролировать процесс аэрации, обеспечивая равномерное распределение воздушных пузырьков в объеме раствора.
Использование аэрации позволяет снизить эффективную плотность раствора, что особенно важно при бурении в условиях, требующих минимизации гидростатического давления на пласт. Кроме того, аэрированные растворы способствуют улучшению удаления шлама из скважины и могут уменьшить вероятность заклинивания бурового инструмента.
На рисунке 1 представлено изменение плотности буровых растворов в зависимости от концентрации вермикулитового реагента (ВОПР) при температуре 30 °С.
без ВОПР -30 -50
100
1,1
1,05 1
0,95 0,9 0,85 0,8 0,75 0,7 0,65 0,6
6 8 10 12 14 16
Продолжительность подачи воздуха, мин
18
20
0
2
4
Рисунок 1. Изменение плотности буровых раствора в зависимости от концентрации ВОПР при 30 °С
Плотность бурового раствора без добавления ВОПР остаётся относительно стабильной, с небольшим постепенным снижением от 1,06 до 1,029 г/см3 с увеличением времени подачи воздуха до 20 минут.
Плотность начинается с 1,01 г/см3 и снижается более заметно, достигая 0,76 г/см3 после 20 минут подачи воздуха. Это указывает на то, что ВОПР эффективно уменьшает плотность раствора. Начальная плотность ещё ниже, 0,98 г/см3, и продолжает падать до 0,73 г/см3 через 20 минут подачи воздуха. Самое заметное снижение плотности с начальных 0,93 г/см3 до 0,69 г/см3 после 20 минут аэрации.
Результаты
С увеличением концентрации ВОПР плотность буровых растворов уменьшается, что свидетельствует о разбавляющем эффекте и легких наполнителях воздействии ВОПР на суспензию.
Аэрация дополнительно снижает плотность всех буровых растворов, что связано с введением воздушных пузырьков и уменьшением доли жидкой фазы. Эти результаты подчёркивают потенциал использования ВОПР для уменьшения плотности и улучшения других технологических характеристик буровых растворов, что может быть особенно полезным для бурения в условиях, где требуются легкие растворы для снижения гидростатического давления на пласт. Аэрация является эффективной техникой для управления плотностью и может быть оптимизирована для различных типов буровых растворов и конкретных условий бурения.
Введение воздуха в буровой раствор приводит к образованию микропузырьков воздуха, которые снижают общую плотность суспензии за счет замещения части жидкой фазы газообразной. Воздействие
подачи воздуха на буровые растворы с ВОПР может быть более выраженным, потому что вермикулит может удерживать воздушные пузырьки в своей структуре, способствуя созданию легких аэрированных растворов с улучшенными свойствами, включая снижение плотности и улучшение реологических характеристик.
Выводы
Исследование подчеркивает важность регулирования температуры и состава бурового раствора для оптимизации процесса бурения. Добавление верми-кулитового реагента (ВОПР) эффективно уменьшает плотность раствора, что снижает гидростатическое давление на пласт.
Добавление вермикулитного оптимизированного реагента (ВОПР) в различных концентрациях существенно влияет на плотность буровых растворов, уменьшая её до значений ниже плотности воды, что может быть критически важно для снижения гидростатического давления на пласт. Кроме того, использование ВОПР позволяет достичь синергети-ческих эффектов в улучшении как фильтрационных, так и реологических свойств суспензии.
Аэрация буровых растворов с ВОПР способствует дополнительному снижению плотности, облегчая процесс бурения и минимизируя риски для структурных особенностей пласта. Таким образом, результаты исследования указывают на возможность точной настройки характеристик буровых растворов через управление температурой, концентрацией ВОПР и параметрами аэрации, чтобы соответствовать специфическим требованиям каждой буровой операции.
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Список литературы:
1. Грей Д.Р., Дарли С.Г. Состав и свойства буровых агентов (промывочных жидкостей) / пер. с англ. - М.: Недра,
2. Немцева М.П., Филиппов Д.В., Федорова А.А. Реологические свойства коллоидных систем: учеб. пособие. -Иваново: ИГХТУ, 2016. - 80 с.
3. Санетуллаев Е.Е, Аноров Р.А., Усмонов С.Б., Адизов Б.З., Байраева Н.А, Burg'ilash eritmalari tayyorlashda qollaniladigan turli xil gillarning tarkibi va xususiyatlarini o'rganish // Analytical journal of education and development. - 2023. - Vol. 03. - Is. 08. - Pp. 33-35.
4. Умедов Ш.Х. Разработка составов промывочных жидкостей для бурения скважин сильноминерализованной пластовой воды: дис. канд. тех. наук. -Ташкент, 2010. - С. 112.
5. ANSI/API 131/ISO 10416 Recommended Practice for Laboratory Testing of Drilling Fluids / American petroleum institute. - 2004. - 137 p.
1985. - 509 с.
