24.08.2019
Площадочный вибратор является приспособлением, аналогичным электродвигателю, применяемое в роли источника эффективных колебаний....


24.08.2019
На сегодняшний день во всём мире наблюдается максимально экономное использование энергоресурсов, а владельцы недвижимого...


24.08.2019
В процессе обустройства ванной комнаты приходится выбирать большое количество важнейших компонентов, начиная от ванных и унитаза,...


23.08.2019
На сегодняшний день циркониевые коронки считаются уникальной разработкой в сфере протезирования зубов, её пользуются стоматологи...


23.08.2019
Эксплуатационный период любого строения, сохранность всего имущества и создание в нём оптимального микроклимат определяется, в...


23.08.2019
Дабы постройка выглядела массивной и напоминала строения минувших веков, нередко мастера выполняют отделку с помощью руст. Это...


Использование ПАВ в бурении

15.07.2019

В настоящее время поверхностно-активные вещества в бурении применяют для следующих целей: уменьшения вредного влияния фильтратов промывочных жидкостей на проницаемость призабойной зоны продуктивных пластов; понижения прочности горных пород при бурении; гидрофобизации глинистых пород, слагающих стенки скважин; повышения смазочных свойств промывочных жидкостей; повышения термостойкости промывочных жидкостей; эмульгирования нефти в глинистых растворах; аэрирования промывочных жидкостей; дегазации промывочных жидкостей; предупреждения подземных взрывов при использовании воздуха для вскрытия продуктивных пластов.

Столь разнообразные задачи не могут быть выполнены с помощью ПАВ одного и того же вида. Поэтому в зависимости от поставленных целей производят выбор вида ПАВ, определяют с помощью лабораторных опытов дозировку и разрабатывают технологию применения ПАВ. Одним из наиболее важных требований при выборе ПАВ является их совместимость с применяемыми химическими реагентами.

При выборе ПАВ руководствуются теоретическими положениями, основанными на закономерностях, разработанных П. А. Ребиндером. Применительно к задачам бурения эти положения рассматриваются ниже.

Выбор ПАВ для добавок к промывочным жидкостям при вскрытии продуктивных пластов. Задача ПАВ, добавляемых к промывочным жидкостям на водной основе, при вскрытии горизонтов заключается в снижении поверхностного натяжения на границе с нефтью и уменьшении сил молекулярного взаимодействия поверхности порового пространства с фильтратами промывочных жидкостей. Благодаря снижению поверхностного натяжения вода, поступающая в продуктивные пласты в качестве фильтрата промывочной жидкости, диспергируется на мелкие капли, что приводит к более легкому ее вытеснению нефтью из призабойной зоны. Гидрофобизация гидрофильных участков порового пространства (особенно сложенных глинистыми минералами) способствует предупреждению взаимодействия этих участков с водой, образованию пленок воды и набуханию.

Поверхностно-активные вещества могут оказывать и отрицательное воздействие на продуктивные пласты в том случае, если они взаимодействуют с нефтью или солями, содержащимися в пластовой воде, с образованием нерастворимых осадков. Гидрофилизация порового пространства также приводит к уменьшению проницаемости призабойной зоны.

Таким образом, ПАВ, применяемые в качестве добавок к промывочным жидкостям при вскрытии продуктивных пластов, должны эффективно снижать поверхностное натяжение фильтрата, растворяться в пресной и пластовой воде, иметь сравнительно небольшую гидрофильную часть, а также не вызывать ухудшения свойств промывочных жидкостей.

Большинство анионоактивных ПАВ нерастворимы в нефти и нефтепродуктах и дают хлопьевидные осадки в пластовой воде. Поэтому их применение при вскрытии продуктивных пластов нецелесообразно. Анализ результатов применения сульфонола (одного из анионоактивных ПАВ) при вскрытии продуктивных пластов показал, что применение воды с добавками сульфонола при вскрытии приводит к значительному снижению продуктивности скважин. Об этом же свидетельствуют лабораторные исследования.

Больше всех соответствуют перечисленным выше требованиям неионогенные ПАВ. Оксиэтилированные алкилфенолы ОП-7 и ОП-10 хорошо растворимы в пресной и пластовой воде, эффективно снижают поверхностное натяжение и в небольших количествах совместимы с промывочными жидкостями на водной основе. Такими же свойствами обладают оксиэтилированные фенолы УФЭ8 и КАУФЭ14 и оксиэтилированные спирты C10Э8,3 и др.

Указанные ПАВ могут вызвать вспенивание промывочных жидкостей. Поэтому дозировка их должна быть небольшой, чтобы обеспечить предупреждение пенообразования в промывочной жидкости.

Промышленные испытания бурения с промывкой водой, в которую добавлены пеионогенные ПАВ типа ОП-10, показали, что они способствуют значительному уменьшению вредного влияния воды на продуктивность скважин. Попытка использования ПАВ УФЭ8 для обработки глинистых растворов при вскрытии продуктивных пластов на Туймазинской площади в Башкирии не увенчалась успехом из-за чрезмерно высокой дозировки ПАВ (1,5%), что привело к интенсивному вспениванию. Для предупреждения подобных случаев определяют в лабораторных условиях максимальную величину добавки ПАВ, которая не вызывает пенообразования. Для большинства ПАВ эта величина находится в пределах 0,2—0,5%, обычно не превышая 1%. В процессе бурения концентрация ПАВ в глинистом растворе уменьшается вследствие адсорбции на частицах выбуренной породы, фильтрации и других процессов, приводящих к уменьшению содержания ПАВ. Контроль за концентрацией ПАВ в промывочной жидкости осуществляют с помощью измерения поверхностного натяжения фильтрата о на границе с воздухом или керосином с помощью прибора Ребиндера.

Выбор ПАВ в качестве понизителей твердости горных пород. ПАВ, используемые в качестве понизителей твердости, должны достаточно быстро адсорбироваться на вновь образующихся поверхностях в зоне предразрушения под забоем в процессе развития этих поверхностей. Такими свойствами обладают ПАВ второй группы. Кроме того, ПАВ должны быть совместимы с применяемой промывочной жидкостью. Проще всего совместимость достигается при использовании в качестве промывочной жидкости воды. В этом случае необходимо выбирать такие ПАВ, которые не выпадают в осадок при взаимодействии с солями, присутствующими в промывочной жидкости. Исходя из изложенного можно сделать вывод, что в качестве понизителей твердости также можно рекомендовать неионогенные ПАВ типа ОП-10 или УФЭ8. Применение этих ПАВ в качестве добавок к воде в Башкирии способствовало повышению скорости бурения в среднем на 16% и проходки на долото на 30%. Однако этот эффект следует отнести также и за счет смазывающего действия ПАВ.

Использование окисленного петролатума для обработки промывочных жидкостей в Пермской области позволило увеличить проходку на долото на 28—37%, а механическую скорость бурения почти в 2 раза. На Арланском месторождении добавки ОП-10 к воде позволили увеличить проходку на долото на 18—60%. Авторы экспериментально показали, что прочность образцов, пропитанных водным раствором сульфонола, уменьшается на 3— 26%, а объем зоны разрушения — на 22—39%.

Применение ПАВ в качестве понизителей твердости в других типах промывочных жидкостей более сложно. Оно должно сочетаться с улучшением свойств промывочных жидкостей, эмульгированием, поддержанием термической стабильности и т. п.

Выбор ПАВ для гидрофобизации глинистых пород. Гидрофобизация глинистых пород достигается благодаря адсорбции ПАВ на породе. Адсорбировавшиеся молекулы ПАВ экранируют активные участки на поверхности глин, препятствуя их взаимодействию с водой. Так как поверхность глинистых частиц в основном электроотрицательна, то лучшими способностями к адсорбции на глине обладают катионоактивные ПАВ. Однако катионоактивные ПАВ вызывают резкую коагуляцию глинистых и естественных растворов и их применение в этих промывочных жидкостях сопряжено с большими трудностями. Поэтому катионоактивные ПАВ могут применяться в основном при бурении в неустойчивых глинистых породах с промывкой водой. В этом случае могут быть рекомендованы катионные ПАВ: катапин А, катамин А, выравниватель А, карбозалин О и др.

Анионоактивные ПАВ также способствуют гидрофобизации глинистых пород, но в меньшей мере, чем катионоактивные, вследствие того, что они адсорбируются в основном на положительно заряженных участках глинистых частиц, а таких участков на поверхности глины значительно меньше, чем отрицательно заряженных. Однако анионные ПАВ в определенных дозах способствуют снижению вязкости и водоотдачи глинистых растворов, и поэтому они более перспективны при использовании глинистых растворов.

Исследование влияния неионогенных ПАВ на набухаемость глинистых пород показало, что добавки ОП-10 в количестве до 0,05% способствуют снижению набухаемости, но при увеличении концентрации ПАВ этот эффект исчезает. Из этого следует, что неионогенные ПАВ менее других пригодны для гидрофобизации глинистых пород.

Выбор ПАВ для повышения смазочных свойств промывочных жидкостей. Действие ПАВ как смазывающей добавки зависит от их способности адсорбироваться на трущихся поверхностях металлов, удерживаться на этих поверхностях и снижать коэффициент трения стали по стали. По мере износа и обнажения новых поверхностей ПАВ должны снова адсорбироваться на них. Следовательно, в промывочной жидкости должно постоянно содержаться определенное количество ПАВ, обладающих смазочными свойствами. Задача осложняется тем, что ПАВ, добавляемые в качестве смазывающей добавки, адсорбируются и на частицах твердой фазы, присутствующей в промывочной жидкости, и на стенках скважин. Кроме того, многие ПАВ взаимодействуют с растворенными солями. Таким образом, ПАВ в качестве смазывающей добавки должны проявлять большую склонность к адсорбции на металле, чем на породе, не взаимодействовать с солями и хотя бы не ухудшать качества промывочной жидкости. Эта проблема еще находится в стадии разрешения.

Кроме добавок, понижающих коэффициент трения металла по металлу, что способствует увеличению работоспособности опор долот, большое значение имеет также снижение коэффициента трения между глинистой коркой и бурильными трубами. ПАВ, используемые с этой целью, должны преимущественно адсорбироваться на глинистых частицах и, как и в других случаях, быть совместимыми с данной промывочной жидкостью. Более других соответствуют этому анионоактивные ПАВ типа сульфонол, азолят А, азолят Б, ДС и др. По данным, добавки 6,01—0,03% сульфонола в виде 1 %-ного раствора способствуют уменьшению коэффициента трения между металлом и глинистой коркой примерно на 15%. Одновременно снижается вязкость и предельное статическое напряжение сдвига.

Выбор ПАВ для повышения термостойкости глинистых растворов. Для того чтобы предупредить высокотемпературное загустевание глинистых растворов, ПАВ должны адсорбироваться на электроположительных участках глинистых частиц и прочно удерживаться на них при повышении температуры. Так как коагуляция глинистых частиц происходит путем соединения электроотрицательных участков глинистых частиц с электроположительными, то экранирование хотя бы части электроположительных участков будет способствовать стабилизации системы.

Наиболее подходящими для этого являются анионоактивные и неионогенные ПАВ с небольшой длиной углеводородной части молекулы. В первую очередь эти ПАВ должны быть сами устойчивы к действию высокой температуры. Из числа известных ПАВ больше других способны повышать термостойкость глинистых растворов оксиэтилированные фенолы типа ОФ или УФЭ8.

Выбор ПАВ в качестве эмульгаторов нефти в глинистых растворах. Эмульгирующая способность ПAB зависит от двух факторов: снижения поверхностного натяжения на границе вода—нефть и способности образовывать структурированные защитные пленки на этой поверхности. Эмульгаторы должны быть устойчивыми к действию солей. Более других проявляют эмульгирующие свойства неионогенные ПАВ с большой длиной как гидрофильной, так и гидрофобной частей. В качестве эмульгаторов для эмульсий типа нефть в воде могут быть использованы ОП-7, ОЖК, КС-59 и другие неионогенные ПАВ, а для эмульсий типа вода в нефти — окисленные парафин и петролатум, стеарокс-6, ОП-4 и др.

Выбор ПАВ для аэрирования промывочных жидкостей. При аэрировании с помощью нагнетания воздуха в нагнетательную линию возникает необходимость более тонкого диспергирования пузырьков воздуха в промывочной жидкости, что достигается снижением поверхностного натяжения промывочной жидкости на границе с воздухом. В то же время пузырьки воздуха не должны быть прочными, чтобы не затруднять дегазацию промывочной жидкости на поверхности. Это достигается благодаря применению ПАВ первой группы, которые не образуют структурированных пленок ни на поверхности раздела фаз, ни в объеме. В качестве пенообразователей воды рекомендованы анионоактивные ПАВ типа ДС и ДС-РАС.

Промысловые данные показывают, что скорости бурения, термостойкость, реологические свойства и стоимость бурения улучшаются при обработке промывочных жидкостей ПАВ, понижающими поверхностное натяжение. Жидкости с меньшим поверхностным натяжением обладают лучшими смачивающими способностями, понижают твердость пород и способствуют лучшему отделению выбуренных частиц от забоя. Забой быстрее очищается от выбуренных частиц, освобождая неразрушенную поверхность для работы долота. Вследствие этого исключается повторное перемалывание частиц. Сокращается переход выбуренной породы в состав промывочной жидкости. Выбуренные частицы медленнее гидратируются и отделяются на виброситах. Некоторые ПАВ незначительно понижают водоотдачу, особенно если в промывочной жидкости содержится нефть.

Резкое снижение поверхностного натяжения, очевидно, вызывает многие положительные явления в бурении, возникающие при добавлении ПАВ, которые более эффективны при использовании в качестве промывочной жидкости чистой воды и растворов с малым содержанием твердой фазы.

Иногда ПАВ используют не для повышения скорости бурения, а для понижения и стабилизации вязкости и напряжения сдвига глинистых растворов. Обычно это осуществляется при разбуривании мощных пластов глин или глинистых сланцев, которые склонны к диспергированию в промывочной жидкости.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна