WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Анализ отечественных научных работ в разработке смазочных реагентов и технологий их применения позволяет с некоторой долей условности выделить два основных направления – «уфимское» и «краснодарское». Их объединяет то, что основным объектом исследований представителей этих «школ» является сам буровой раствор и процессы, происходящие в его структуре на границе контакта с твердыми поверхностями. Изучению механизма образования фильтрационных корок бурового раствора с учетом управления их смазочными свойствами не уделялось должного внимания. Следует выделить особую научную значимость исследований, выполненных под руководством Мавлютова М.Р. с использованием прибора ФСК конструкции Уфимского нефтяного института. На основе анализа результатов, предшествующих исследований, установлено, что одним из перспективных направлений в повышении смазочных свойств бурового раствора может быть дальнейшее изучение механизма формирования фильтрационных корок в условиях кольматации, гидратации, адсорбции и адгезии. Следует отметить, что процессы кольматации пористых сред, снижающие вероятность дифференциальных прихватов недостаточно изучены. Требует дальнейших исследований взаимодействие смазок с глинистыми частицами выбуренной породы при формировании фильтрационного слоя, определяющего проницаемость глинистой корки.

Второй раздел посвящён экспериментальным исследованиям смазок на основе растительных масел и метрологическому обоснованию погрешности измерений их фрикционных свойств.

Анализ показывает, что научные работы велись в основном в направлении улучшения фрикционных свойств бурового раствора путём управления коэффициентом трения и скоростью износа на контакте «сталь-сталь». Сравнение результатов научных исследований предшественников в большинстве случаев становится невозможным из-за отсутствия метрологически обоснованных нормативов и единой методики выполнения измерений смазочных свойств буровых растворов и фильтрационных корок. Метрологические нормативы включают следующие показатели: показатель повторяемости ( ), показатель воспроиз водимости ( ) и показатель точности (± ). Последний является основным и Rx x определяет границы допускаемой относительной погрешности измерений. При метрологических исследованиях были применены методы математической статистики с использованием критерия Кохрена. Экспериментально установлено, что с увеличением контактного давления на металлический стержень машины трения МТ-2 с (4 до 12) МПа погрешность измерения коэффициента трения «стержень–кольцо» резко уменьшается с (53 до 16) % (рисунок 1). Доказано, что с увеличением коэффициента трения между стальными образцами «призма-кольцо» погрешность его измерения на машине трения OFITE уменьшается. В пределах диапазона коэффициента трения, характерного для практики буровых работ (0,1–0,3) погрешность составляет от 6,8 - 8,7 % (рисунок 2).

Установлено, что с увеличением коэффициента трения на контакте «фильтрационная корка–цилиндр» от 0,1-0,15 до 0,5-0,6, погрешность его измерения на ФСК линейно уменьшается с (23 до 16,5) %.

Имея сложное пространственно-молекулярное строение, смазочные реагенты могут выполнять другие функции, в том числе ингибитора. Исследования влияния смазочных реагентов на динамику гидратации глинистого материала проводились на приборе Ярова–Жигача. В качестве глинистого материала использовалась порошкообразная «богандинская» глина – аналог глинистого 0 4 8 12 16 20 0 0,2 0,4 0,Контактное давление, МПа Коэффициент трения Рисунок 1 - Результаты метрологиче- Рисунок 2 - Результаты метрологиских исследований показателя точно- ческих исследований показателя сти выполнения измерений коэффици- точности выполнения измерений коента трения на контакте – «стержень– эффициента трения на контакте – кольцо» (МТ–2) «призма–кольцо» (OFITE) шлама выбуренной горной породы. Суть экспериментов заключалась в измерении динамики набухания в водных средах образца глинистого материала, содержащего монтмориллонит. Минералогический состав образцов глинистого материала оставался постоянным. Установлено, что гидратация глины интенсивно происходит в течении первых 10–15 минут. Через 2-3 часа набухание замедляется, а затем скорость гидратации стабилизируется и мало изменяется в течении длительного времени (7 суток). Для сравнительной оценки свойств смазочных реагентов в исследованиях были использованы дистиллированная вода и реагент KLA-CURE (смесь полиаминокислот и поверхностно-активных веществ). Этот реагент широко применяется в практике работ сервисной компании M-I SWACO в качестве ингибитора глин. Результатами исследований выявлено, что по характеру влияния на гидратацию глин смазки условно разделяПогрешность, % Погрешность, % ются на три группы. Установлено, что представители I группы (BW SSL-5, E.P.

LUBE, BW BIOLUBE) провоцируют гидратацию. Даже в сравнении с дистиллированной водой эти смазки увеличивают набухание глины. Основная масса (II группа) исследованных смазок (в том числе ЛТМ, ТМ, Брин, Кемфор МСМ, Экос, СМАД и др.) обладает ингибирующим эффектом. По динамике гидратации эти смазки занимают промежуточное место между водой и KLACURE. Выявлена высокая ингибирующая способность смазок (III группа) отечественного производства (Спринт, Жирма-1, Кемфор ЕДТ), которые оказались более эффективными в сравнении с KLA-CURE (ингибитором глин). Полученные результаты, имея практическое значение для выбора смазочного компонента бурового раствора, использованы в дальнейших исследованиях по разработке составов смазочных реагентов.

На основе проведённых нами исследований определена перспективность использования концентрата «отработанного» соевого масла (ОСМ). Этот продукт имеет следующие характеристики: плотность от 1027 до 1092 кг/м3; кислотное число от 4,61 до 5,90 мг КОН/г. Установлено, что ОСМ эффективно снижает коэффициенты трения как на контакте «сталь–сталь» так и «фильтрационная корка–сталь» (рисунок 3).

Экспериментальными исследованиями восьми рецептур смазочного реагента с различной концентрацией компонентов, выявлен оптимальный состав включающий: концентрат ОСМ 47–48 % вес.; эмульгатор (диссолван) 9–10 % вес.; антифриз – диэтиленгликоль (ДЭГ) 15–19 % вес., а также триполифосфат натрия (ТПФН) или оксидат натрия до 2 %, остальное вода. Температура загустевания смазки минус 11 оС. При более низких температурах (до минус 30 оС) смазка превращается в пасту, которая быстро разогревается до текучего состояния. Экспериментально установлено, что при добавке 1,0–1,5 % смазки к малоглинистой суспензии коэффициент трения «сталь–сталь» уменьшается почти в 10 раз и имеет уникально низкие значения (0,07) в отличие от аналогов ФК– 2000 плюс (0,104-0,130), E.P. LUBE (0,170-0,190) (рисунок 3а). При изготовлении смазки важно соблюдать последовательность ввода компонентов.

0,6 0,0,5 0,0,4 0,0,3 0,0,2 0,0,1 0,0 0 0,1 0,3 0,5 1 1,5 0 0,1 0,3 0,5 1 1,Концентрация смазки, % Концентрация ОСМ, % смазка на основе ОСМ "Сталь-сталь" ФК 2000 плюс "Фильтрационная корка-сталь" E.P. LUBE Рисунок 3 – Влияние концентрации Рисунок 3а – Влияние концентрации ОСМ на коэффициент трения на кон- ОСМ и его аналогов на коэффициент такте «сталь-сталь» и «фильтрацион- трения на контакте «сталь-сталь» ная корка-сталь» При перемешивании к соевому маслу добавляется водный раствор ТПФН (или оксидат натрия), затем дисолван, а после этого ДЭГ.

Экспериментально выявлен нелинейный эффект взаимодействия основных компонентов смазочного реагента (ОСМ и ДЭГ). Исследования проводились с использованием 10 % глинистой суспензии, приготовленной из глинопорошка с выходом 6,2 м3/т. Глинистая суспензия была разделена на три части, которые имели одинаковые технологические параметры: плотность 1060 кг/м3, коэффициент трения фильтрационной корки 0,5; показатель фильтрации 18,см3/30мин; коэффициент трения на контакте «сталь-сталь» 0,55. Установлено, что добавка ДЭГ к глинистой суспензии снижает коэффициент трения «стальсталь» на 25 % (с 0,55 до 0,45). Обработка этой же суспензии ОСМ снижает коэффициент трения на 40 % (с 0,55 до 0,39). Одновременное (совместное) приКоэффициент трения Коэффициент трения менение ОСМ и ДЭГ в соотношении 2,5 : 1 снижает коэффициент трения «сталь-сталь» в 3,7 раза (с 0,55 до 0,15). Для коэффициента трения фильтрационной корки нелинейный эффект проявляется в меньшей степени. Снижение коэффициента трения «фильтрационная корка-сталь» составило 57 %, а показатель статической фильтрации уменьшился с 18,7 до 14 см3/30 мин. Экспериментально доказано, что смазка на основе ОСМ обладает ингибирующим эффектом. Исследования проведены на приборе Ярова-Жигача с использованием глины содержащей монтмориллонит. Экспериментально доказано, что % раствор смазки на основе ОСМ в сравнении с дистиллированной водой 1 2 3 4 1 5 10 15 сутки минуты Продолжительность гидратации глинистого образца 1 % раствор смазочного реагента на основе ОСМ РядДистиллированная вода РядРисунок 4 – Влияние смазки на основе ОСМ на гидратацию глинистого образца -Объём набухания, см *снижает скорость гидратации глинистых частиц на 15-20 %. Этот эффект особенно проявляется в первые 20 минут гидратации (рисунок 4). Низкая скорость гидратации глины в растворе ОСМ сохраняется длительное время, более 5 суток (рисунок 4).

В третьем разделе изложены результаты экспериментальных исследований по разработке порошкообразных слюдосодержащих смазок для подготовки ствола к спуску обсадных колонн. Одной из причин прихватов обсадных колонн при их спуске в наклонно направленных скважинах с горизонтальным окончанием является механическое разрушение фильтрационной корки, сформировавшейся в процессе бурения. Предупреждение этого вида прихватов может быть обеспечено применением слюдосодержащих смазок, которые способны кольматировать проницаемые породы и восстанавливать фильтрационную корку и ее смазочные свойства. В связи с этим проведены исследования и разработана порошкообразная смазочная композиция «Микан-40С». Смазка содержит жирные кислоты отработанного соевого масла, которые нанесены на тонкоизмельчённый сорбент – мусковит. Мусковит имеет следующую характеристику: массовая доля слюды не менее 98 %;

массовая доля минеральных примесей не менее 0,5%; массовая доля водорастворимых солей не более 0,3; концентрация водородных ионов в 10 %-ой водной суспензии в пределах 7,0-9,0; массовая доля остатка на сите № 0045К не более 5,0 %. В лабораторных условиях исследовано влияние смазочной композиции на технологические показатели буровых растворов. Результаты испытаний показали, что применение этой смазки снижает коэффициент трения («липкости») корки на 40-70 % и происходит уменьшение проницаемости глинистой корки до 23 %. При этом коэффициент трения «сталь-сталь» уменьшается на 28-62 %. Это позволяет сократить фильтрационные потери бурового раствора в условиях разбуривания высокопроницаемых пород.

В разработанной смазочной композиции происходит нелинейное усиление эффективности смазочного и противоприхватного действия отдельных компонентов смеси. Мусковит в качестве сорбента концентрирует жирные кислоты соевого масла на стенках скважины, уменьшает «липкость» фильтрационной корки и снижает тем самым опасность прихватов бурильных труб, способствует образованию более прочной пленки, служащей буфером между трущимися поверхностями. При этом ОСМ, являясь носителем жирных кислот, обеспечивает смазочный эффект и дополнительно ослабляет связь между пластинками мусковита, что позволяют им свободно перемещаться относительно друг друга при формировании фильтрационной корки.

Производство смазочной добавки «Микан-40С» организовано ЗАО «НПК Спецбурматериалы» по ТУ 5725-005-56864391-2005. Технологическая схема производства включает следующие операции: диспергирования слюды мусковит; дозирования слюды; разогрев и дозирования ОСМ; смешение компонентов; выгрузку и упаковку. Диспергирование слюды осуществляется на высокоскоростной роторно-струйной мельнице, оборудованной аспирационной системой. Затем слюда засыпается в бункер-дозатор, а ОСМ из тарированной однокубовой ёмкости с электроподогревом подается непосредственно в смеситель. Смешение осуществляется на лопастном смесителе «Вселуг» Торнадо-650К. Упаковка производится на фасовочной машине «Вселуг» НМК2-Ш в «биг-бэги» по 800 кг или на машине НМ-КВ в полипропиленовые мешки по 25 кг.

Проведены исследования и экспериментально обоснована замена слюды – мусковит на его аналог – флогопит. В качестве «модельных» растворов использовались пресный малоглинистый раствор (К ) и утяжелённый баритом полимер-глинистый раствор (К ). Для приготовления растворов применялся глинопорошок с выходом 15 м3/т. Состав смазок: 70 % твёрдого материала (флогопит или мусковит); 30 % соевого масла. Лабораторный шифр смазок:

смазка «А» – на основе флогопита; смазка «Б» – на основе мусковита. Исследования проводились при концентрациях смазок 1 %, 2 % и 3 %. Установлено, что смазка «А» (флогопит) в отличии от смазки «Б» (мусковит) при одинаковой концентрации (1 % вес.) снижает показатель нелинейности реологической модели малоглинистой суспензии более чем в два раза (с 0,76 до 0,30). Экспериментально установлено, что смазка «А» в составе необработанной глинистой суспензии (К ) в сравнении со смазкой «Б» улучшает противоприхватные свойства глинистой корки. Так коэффициент трения снизился с 0,65 до 0,30, толщина глинистой корки уменьшилась на 25 % и составила 1,2 мм, а показатели статической и динамической фильтрации снизились на 16 % и % соответственно. С использованием тестера проницаемости OFITE проведено исследование фильтрационных процессов в каналах диаметром 60 микрон при температуре 70 оС с репрессией 3,5 МПа. Установлено, что применение смазки «А» уменьшает проникновение жидкой фазы раствора в поровое пространство на 10-20 % в сравнении со смазкой «Б». Смазка «А» более эффективно снижает проницаемость фильтрационной корки на 15-25 % при концентрации смазки в растворе до 2 %. Результаты экспериментальных исследований по совершенствованию компонентного состава смазки «Микан-40С» использованы при корректировке технологии её производства в ЗАО «НПК Спецбурматериалы».

В четвёртом разделе приведены результаты промысловой апробации и разработки нормативных документов по технологии применения смазочных реагентов и контроля их качества.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»