Сущность гидропневматического способа удаления продуктов разрушения. Способы аэрации. Разновидности газожидкостных смесей и их отличительные признаки.

Удаление продуктов разрушения (УПР) при бурении скважин может осуществляться несколькими способами, основными из которых являются следующие:

– механический;

– гидравлический;

– пневматический;

–комбинированный (гидропневматический или пневмогидравлический).

При комбинированном способе продукты разрушения удаляются из скважины потоком газожидкостной смеси (ГЖС) при одновременной работе бурового насоса и компрессора.

Типы ГЖС:

– аэрированные буровые растворы (впервые были использованы в мае 1953 г. в штате Юта США);

– пены (впервые были применены в 1962 г. в штате Невада при бурении скважины диаметром 1630 мм на испытательном полигоне по атомной энергии США).

Совокупность промывочных жидкостей, газообразных агентов и газожидкостных смесей называют очистными агентами.

Из всей совокупности очистных агентов наибольшим распространением пользуются промывочные жидкости (соответственно гидравлический способ удаления продуктов разрушения), поэтому им и уделена основная часть данного раздела.

Главные отличительные признаки глин и их химический состав. Основные глинистые минералы. Структурные элементы кристаллической решетки основных глинистых минералов.

Главными признаками глин являются высокодисперсное состояние, характеризующееся коллоидными и близкими к ним размерами частиц, гидрофильность (активное взаимодействие с водой), способность к адсорбции, ионному обмену, набуханию и проявлению упруго-вязко-пластичных и тиксотропных свойств в концентрированных и разбавленных суспензиях.

Перечисленные признаки глин определяются химическим составом, типом кристаллической решетки, её несовершенством и дефектами, а также размерами и формой частиц глинистых минералов.

Глинистые минералы по химическому составу представляют собой водные (содержащие кристаллизационную воду) алюмосиликаты. Суммарное содержание оксида алюминия (Al₂O₃), оксида кремния (SiO₂) и воды достигает в глинах 75–90 %. Остальное приходится на долю других элементов периодической системы, среди которых явно преобладают Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ и Fe²⁺.

На основании различий в химическом составе, строении кристаллической решетки и свойствах глинистые минералы объединяют в четыре основные группы, получившие название по ведущему минералу:

– группа монтмориллонита (монтмориллонит, бейделлит, сапонит, гекторит, соконит, нонтронит и др.);

– группа гидрослюды (гидромусковит, гидробиотит);

– группа каолинита (каолинит, диккит, накрит, галлуазит);

– группа палыгорскита.

Содержание твердой фазы и посторонних твердых примесей (песка). Сущность методики и устройство приборов для их определения.

В то же время промывочные жидкости с одной и той же плотностью могут содержать разное количество твердой фазы

Концентрация в промывочной жидкости той или иной твердой фазы и других компонентов может быть определена с помощью установки ТФН-1.

Установка TФH-1 состоит из следующих основных узлов: нагревательного устройства, конденсатора, испарителя и измерительного цилиндра. Все основные узлы и детали установки расположены внутри металлического корпуса, имеющего откидную крышку.

Нагревательное устройство (pиc. 4.30) включает в себя электронагреватель 1 и термостат 2. Конденсатор представляет собой цилиндр 3, наполненный теплопоглощающим материалом 4. Внутри цилиндра расположена трубка 5, на верхнем конце которой приварена крышка 6, к которой крепится испаритель.

Испаритель (рис. 4.31) состоит из нижней камеры 1, верхней камеры 2, калибровочной крышки 3 и фильтра 4.

Измерительный цилиндр объемом 10 см³ имеет шкалу с ценой деления 0,2 см³.

Нагрев пробы промывочной жидкости в нижней камере испарителя пpoизводится теплом корпуса термостата, который в свою очередь нагревается от электронагревателя. Пары жидкой фазы промывочной жидкости через верхнюю камеру испарителя и фильтр попадают в дренажную трубку, проходят конденсатор и в виде капель стекают в измерительный цилиндр. Разделение конденсата в измерительном цилиндре на составные части (вода и углеводородная жидкость) происходит за счет различных значений их плотности.

Рис. 4.30. Схема установки ТФН-1 Рис. 4.31. Испаритель установки ТФН-1

 

Техническая характеристика ТФH-1

Объем выпариваемой пробы промывочной жидкости, см³ ... 10;

Температура нагрева промывочной жидкости, °C.... 450 ± 50;

Продолжительность анализа, мин.......... не более 60;

Основная приведенная погрешность определения концентрации
твердой и жидкой фаз, %.................. не более 4;

Электрическое питание установки........ переменный ток
напряжением 220 ± 45 В.

 

Твердые примеси. К твердым примесям, загрязняющим промывочную жидкость, относят все содержащиеся в ней грубодисперсные частицы, независимо от их происхождения. Присутствие в промывочной жидкости этих частиц, условно называемых «песком», существенно снижает ресурс работы гидравлических частей буровых насосов, вертлюга, гидравлических забойных двигателей, бурильных труб и их соединений. По этой причине концентрация «песка» в промывочной жидкости не должна превышать 2–3 %.

Для измерения концентрации «песка» используется металлический отстойник ОМ-2. Концентрация песка (С_п, %) – это объем осадка, который образуется при отстаивании в течение 1 мин разбавленной водой промывочной жидкости, отнесенный к объему исходной промывочной жидкости.

Отстойник ОМ-2 (рис. 4.32) состоит из цилиндра 1, крышки 2, пробирки 3, винта 4, опоры 5, основания 6 и резиновой прокладки 7.

Техническая характеристика ОМ-2

Объем отстойника до сливного отверстия, см³........................ 100;

Объем крышки, см³........ 50;

Объем пробирки, см³....... 10;

Цена деления шкалы пробирки, см³............................. 0,1.

В ы п о л н е н и е о п ы т а. Промыть отстойник, залить в него сначала 200-300 см³ воды, а затем полную крышку (50 см³) испытуемой промывочной жидкости, которую предварительно необходимо тщательно перемешать.

Рис. 4.32. Отстойник ОМ-2

Остатки промывочной жидкости на внутренних стенках крышки аккуратно смыть водой и вместе с нею вылить в отстойник. Затем, держа отстойник вертикально, долить воду до уровня отверстия на его боковой поверхности. После этого плотно закрыть отстойник крышкой, повернуть его в горизонтальное положение отверстием вверх и интенсивно взболтать содержимое отстойника, прижимая крышку и закрыв боковое отверстие пальцем.

Установить отстойник в вертикальное положение, встряхнуть его несколько раз с целью удаления воздуха из пробирки и оставить в покое на 1 мин. По истечении этого времени определить по делениям на шкале пробирки объем осадка в см³ и, умножив его на два, получить содержание песка в промывочной жидкости, выраженное в процентах.

Содержимое отстойника вылить, промыть его водой и насухо вытереть.

Для чистки или замены пробирки следует вывернуть винт, а затем последовательно извлечь опору, основание и пробирку. Перед сборкой, проводимой в обратном порядке, следует проверить исправность резиновой прокладки и при необходимости сменить ее.