Menu

Водні рідини глушіння з твердою фазою

До рідин глушіння на водній основі з твердими частинками відносяться глинисті розчини невисокої густини та обважнені (з додаванням обважнювачів), розчини мінеральних солей з додатками твердих частинок – кольматантів та обважнювачів, а також безглинисті розчини з конденсованою твердою фазою (гідрогелеві розчини).

Глинисті розчини. Не зважаючи на відносну дешевизну і доступність глинистих розчинів, вони найменше відповідні як рідини глушіння при ремонті свердловин. Це зумовлено їх негативним впливом на колекторські властивості привибійної зони через проникання в пори і тріщини фільтрату (води) і твердої фази (глинистих частинок). Глинисті частинки виконують роль обважнювача (збільшення густини) і кольматанта для прісної води як рідини глушіння, але глину – кольматант трудно видалити із привибійної зони після закінчення ремонту. Застосування глинистих розчинів для глушіння свердловин допустиме тільки за умови, що попереднє хімічне оброблення їх унеможливить кольматацію порід-колекторів. Але поки-що це забезпечити повною мірою не можливо.

Обважнені розчини. Одночасне підвищення густини розсолів (розчинів мінеральних солей) зі зниженням їх проникної здатності (у привибійну зону) може бути досягнуто введенням твердих обважнювачів, видалення яких із пор пласта відбувається під дією пластових флюїдів або внаслідок кислотного оброблення. Найчастіше використовують такі обважнювачі: хлорид натрію NaCl (густина 2170 кг/м3), карбонат кальцію СаСО3 (2710 кг/м3), карбонат заліза – сидерит FeCO3 (3800 кг/м3), сульфат барію – барит ВаSО4 (4300 кг/м3), окис заліза – гематит Fe2O3 (5000 кг/м3 і залізистий кварцит – ітабірит (4000 кг/м3).

Характеристика мінералу бариту (сульфату барія) ВаSO4

Молекулярна маса

Густина, кг/м3

Зовнішній вигляд

Твердість за шкалою Мооса

Тип кристалічної гратки

Температура плавлення, °С

Абразивність

Молярна теплоємкість при 25 °С і 101,3 кПа, Дж/(моль·К)

Розчинність у воді, г/100г, при температурі, °С:

18

100

233,4

4480

Безбарвна кристалічна речовина

3-3,5

Ромбічний

1580

Невисока

 

101,8

 

0,00022

0,00041

 

Показники промислового реагенту за ТУ 39-126-76, який регламентує якість флотаційного баритового концентрату, наведено в табл. 2.13.

В якості рідини (дисперсійного середовища) для приготування використовують глинистий розчин або звичайну воду. У табл. 2.14 наведено значини необхідної кількості сухого обважнювача (кг) різних сортів для приготування 1 м3 рідини глушіння заданої густини в залежності від густини рідини-носія.

 

Таблиця 2.13 – Показники промислового реагенту за ТУ 39-126-76, який регламентує якість флотаційного баритового концентрату

Показники

Сорт реагенту

І

ІІ

ІІІ

Вміст сульфату барію, %

Густина, кг/м3

Вміст, %:

вологи

водорозчинних солей

³ 92

³ 4250

 

£ 1,5

£ 0,3

³ 87

³ 4150

 

£ 1,5

£ 0,35

³ 80

³ 4050

 

£ 1,5

£ 0,35

 

Таблиця 2.14 – Значини необхідної кількості сухого обважнювача (кг) різних сортів для приготування 1 м3 рідини глушіння заданої густини

Необхідна густина обважненої рідини, кг/м3

Сорт баритового концентрату (реагент сухий)

І

ІІ

ІІІ

І

ІІ

ІІІ

І

ІІ

ІІІ

Густина рідини-носія, кг/м3

1000

1100

1200

1500

1600

1700

1800

1900

2000

768

955

1158

1376

1612

1870

777

977

1172

1400

1643

1909

790

984

1195

1426

1677

1950

614

796

992

1204

1433

1682

619

807

1008

1225

1460

1718

630

820

1025

1243

1490

1757

460

637

827

1032

1254

1495

466

646

840

1050

1278

1527

473

656

854

1069

1304

1561

 

Гематит – залізна руда – може використовуватися як реагент-обважнювач, але в промисловій практиці це робиться рідко.

Хімічна формула

Молекулярна маса

Густина (без домішок), кг/м3

Стан

Тип кристалічної гратки

Fe2O3

159.69

До 5250

Кристалічна речовина

Тригональний

Твердість за шкалою Мооса

Абразивність

Температура розкладання, °С

Молярна теплоємкість за 25 °С і 101,3 кПа, Дж/(моль·К)

Розчинність у воді

5,5-6,0

Висока

1565

103,8

Не розчиняється

 

Сидерит – біла кристалічна речовина з кристалами тригонального типу.

Хімічна формула

Молекулярна маса

Густина, кг/м3

Температура розкладання, °С

Молярна теплоємкість за 25 °С і 101,3 кПа, Дж/(моль·К)

Розчинність у воді

FeCO3

115,86

3800–3900

490

83,3

Малорозчинний

 

Застосування обважнених рідин глушіння, як правило, пов’язане з інфільтрацією їх в пласт і зниженням проникності. Це необхідно враховувати під час проведення підземного ремонту свердловин.

Гематит значно погіршує фільтраційні властивості колекторів, чинить ерозійне і корозійне діяння на устаткування, тому його намагаються не застосовувати. Найбільш широко у світовій практиці застосовують барити, хоч з екологічних міркувань забороняється скидати розчини, оброблені баритом, у земляні амбари. Альтернативним у цьому аспекті є доломіт Са.Mg(CO3)2. За потреби незначного збільшення густини розчину (в межах 1200-1300 кг/м3) як обважнювач можна застосовувати крейду CaCO3. Барит використовують у глинистому, хлормагнієвому і хлоркалієвому розчинах з густиною понад 1300-1500 кг/м3, у водному розчині бентоніту з густиною 1800-2000 кг/м3. Доломіт використовують у хлоркалієвому і хлормагнієвому розчинах з густиною до 1300-1500 кг/м3.

Необхідна кількість обважнювача для збільшення густини розчину розраховується за формулою:

[image], (2.25)

а збільшення об’єму розчину за рахунок додавання обважнювача за формулою:

[image], (2.26)

де [image] – кількість обважнювача в кг на 1 м3 розчину; [image] – необхідна густина обважненого розчину, кг/м3; [image] – вхідна густина розчину, кг/м3; [image] – густина обважнювача, кг/м3; [image] – збільшення об’єму обважненого розчину, м3; [image] – об’єм вхідного розчину, м3; [image] – коефіцієнт, значина якого залежить від типу обважнювача; для бариту [image]=4350; для доломіту [image]=2870.

Необхідно відмітити, що тверді обважнювачі використовують тільки у складі тиксотропних полімерних розчинів. Полімерні розсоли низької густини (насичені розчини хлориду натрію і кальцію), які обважені хлоридом натрію і карбонатом кальцію, можуть мати густину, яка не перевищує 1740 кг/м3, в той час як використання гематиту й ітабіриту може забезпечити густину рідини до 2280 кг/м3. Молотий вапняк CaCO3 високої чистоти дає змогу підвищити густину розсолів до 1800 кг/м3.

Розчини з кольматантами. Ефективним способом регулювання фільтраційних властивостей рідин глушіння, які являють собою чисті розсоли, є введення до їх складу твердих наповнювачів-кольматантів. Гранулометричний склад їх повинен мати широкий діапазон за розмірами, охоплюючи великі частинки для закупорювання пор і дрібні – для створення малопроникної кірки. Розмір найбільших частинок повинен бути не меншим 1/3 середнього діаметра пор пласта, а кількість їх у розсолі повинна складати не менше 5% від загального об’єму наповнювача. Загальна концентрація кольматантів у розсолі знаходиться в межах 2-10% від об’єму рідини. Нагадаємо, що середній діаметр пор dп пов’язаний із коефіцієнтом проникності пласта k формулою:

[image], (2.27)

де m – коефіцієнт пористості пласта.

Для попередження утворення пробок на вибої свердловини розміри частинок і структурно-реологічні властивості рідини глушіння повинні забезпечувати незначні швидкості їх седиментації. Додаткове зниження швидкості осідання кольматантів досягається додаванням диспергатора (наприклад, гексаметафосфату натрію).

Основною функцією цих наповнювачів є утворення на поверхні фільтрації у свердловині малопроникної кірки, яка пізніше може бути видалена. Відповідно до цього кольматанти підрозділяються на кислото-, нафто- і водорозчинні.

До кислоторозчинних наповнювачів відносяться гранульовані карбонати кальцію, магнію, заліза. Частинкам кислоторозчинних матеріалів типу азбесту, сідериту, мармуру, вапняку, крейди тощо легко можна надати форму і розмір, які сприяють тимчасовій кольматації пор пласта. Крім того, швидкість розчинення карбонату кальцію СаСО3 в соляній кислоті в 30 разів вища, ніж сидерита FeCО3. Як кислорозчинний додаток, який забезпечує додаткове зниження проникності фільтраційної кірки, використовують лігносульфонат кальцію.

Проте під час солянокислотного оброблення у привибійній зоні залишаються об’єми, в яких кислота не вступає в контакт з прониклими туди твердими частинками кольматанту; кислотне оброблення не однакове в усьому інтервалі оброблюваного стовбура свердловини за об’ємом і тривалістю контактування, необхідного для завершення реакції; вона може спричинити часткове руйнування матриці пласта з вивільненням нерозчинних твердих частинок.

Тому кращими і безпечнішими вважаються розчинні у воді наповнювачі-кольматанти, тобто підібрані за розміром тверді частинки мінеральних солей, які не розчиняються в рідині глушіння внаслідок близького до граничного насичення сольового розчину, або, інакше, молоті солі як водорозчинні наповнювачі перенасичених сольових розсолів. Такі наповнювачі легко розчиняються пластовою водою, що є запорукою повного відновлення проникності. Після закінчення ремонтних робіт видалення фільтраційної кірки із такого матеріалу здійснюється промиванням свердловини прісною водою або вимиванням водою, що міститься в продукції свердловини. Солі для приготування рідини глушіння і водорозчинна сіль-кольматант вибираються із групи: хлориди натрію і калію, хлорид кальцію, сульфат натрію, карбонат натрію, бікарбонат натрію, бромід кальцію, карбонат калію і їх суміші. Останнім часом як кольматант використовують хлорид натрію.

Як нафторозчинні наповнювачі-кольматанти використовують розчинні в нафті гуми і смоли. Утворена ними у привибійній зоні фільтраційна кірка видаляється промиванням вибою вуглеводневими розчинниками або нафтою.

Необхідно відзначити, що практично всі кольматанти використовуються в сукупності з полімерними регуляторами в’язкості і фільтраційних властивостей розсолів. У той же час як основа таких систем може бути застосована тільки тиксотропна рідина, отримання якої за умови повної відсутності глинистого компоненту є складною проблемою. Найчастіше використовується комбінація гідроксиетилцелюлози (ГЕЦ) і карбонату кальцію СаСО3, яка утворює полімерний розчин нетиксотропного типу. Полімерні розчини, що містять ксантанову смолу, відносяться до структурованих систем.

Гідрогелеві розчини. Серед рідин глушіння на водній основі виділяють групу безглинистих розчинів з конденсованою твердою фазою (гідрогелеві розчини). Конденсація на відміну від диспергування полягає у виділенні із розчину труднорозчинних сполук. Тиксотропна структура цих розчинів створюється високоактивною (колоїдною) дисперсною фазою, яка конденсується безпосередньо в рідині. Як основу гідрогелевого розчину використовують водний розчин хлориду магнію MgCl2 (пластову воду хлормагнієвого типу), а також азбест (марки М-6) як затравку, каустичну соду NaOH, азбестову крихту (або крохмальний реагент), ПАР з піногасником. Оброблення лугом (каустичною содою NaOH чи їдким калієм КОН) водного розчину хлориду магнію MgCI2 супроводжується утворенням нерозчинної основи – гідроксиду магнію Mg(OH)2, який має добре розвинену активну поверхню. Як затравку можна використати також негашене вапно (3-10 % мас.). Процес структуроутворення залежить від інтенсивності перемішування і наявності інертних частинок (азбест, негашене і гашене вапно). В’язкість гелю підвищується введенням каустичної соди, азбестової крихти, крейди, крохмального реагенту. Нейоногенну ПАР з піногасником вводять з метою зниження забруднення продуктивного пласта. Структурні властивості системи забезпечують додатково введені дрібнодисперсні наповнювачі будь-якого хімічного складу. Стабілізувати такі розчини можна модифікованим чи харчовим крохмалем (до 3 %) або його сумішшю з КМЦ (до 0,2 %) і ССБ (до 5 %).

Последние материалы

Заключение (Грунты)

При построении курса учитывалась необходимость его использования для различных гидротехнических специальностей и специализаций. В качестве основной части для студентов всех гидротехнических специальностей следует считать обязательным прочтение гл. 1—7. В гл. 8...

25-08-2013 Просмотров:4891 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Представления о решении задач нелинейной механики грунтов

На современном этапе развития нелинейного направления механики грунтов оформились два основных подхода к решению практических задач расчета грунтовых оснований и сооружений: нелинейно-упругий и упругопластический (А. К. Бугров, С. С. Вялов...

25-08-2013 Просмотров:8080 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Прочность грунтов при сложном напряженном состоянии

Для сред и материалов, обладающих сплошностью, предложено много различных условий прочности. Для оценки прочности грунтов наиболее широкое распространение получило условие Мора—Кулона (2.38), не содержащее промежуточного главного напряжения а2 и тем...

25-08-2013 Просмотров:4927 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Еще материалы

Глава 11. Текстурно-структурный анализ р…

ГЛАВА 11. ТЕКСТУРНО-СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ РУД В ПРОЦЕССЕ ИЗУЧЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ. ПРИЗНАКИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ВЫДЕЛЕНИЯ МИНЕРАЛОВ И МИНЕРАЛЬНЫХ АССОЦИАЦИЙ. ПРИЗНАКИ ПОСТРУДНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ. ОЦЕНКА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ОТЛОЖЕНИЯ. ПОСТРОЕНИЕ СХЕМ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ВЫДЕЛЕНИЯ МИНЕРАЛОВ   Структуры и текстуры...

03-03-2011 Просмотров:9294 Рудная минераграфия

Анализ речных систем и излучин долин.

Помимо указанных выше морфометрических методов выявления связи рельефа с тектоникой следует пользоваться также и морфографией речных систем, которая хорошо обнаруживается на топографических картах. Классифицировать долинные системы следует на основании порядков долин...

18-08-2010 Просмотров:8831 Морфометрический метод.

Физические аспекты проницаемости материа…

Динамические процессы в кристаллических структурах обусловлены положением атомов гелия и водорода в них и их концентрацией. Растворимость водорода и гелия в равновесных условиях мала. Это касается и горных материалов. В...

15-11-2010 Просмотров:4729 Сейсмический процесс