Классификация физико-химических систем по степени дисперсности и агрегатному состоянию дисперсной фазы.

Важнейшей характеристикой гетерогенных систем является степень дисперсности D, которая определяется величиной, обратной размерам частиц дисперсной фазы

D = 1 / a, см^-1, (4.1)

 

где а – характерный размер частиц дисперсной фазы, см: диаметр (для сферических и волокнистых частиц), длина ребра (для частиц кубической формы), толщина пленки (для пластинчатых частиц).

Степень дисперсности численно равна числу частиц, которые можно плотно уложить в ряд длиной 1 см.

Мерой дисперсности (раздробленности) системы может служить и удельная поверхность дисперсной фазы, под которой понимают отношение площади всей поверхности частиц дисперсной фазы S к их массе m

 

S_уд = S / m, м²/г. (4.2)

 

По степени дисперсности гетерогенные системы делятся на две группы:

– высокодисперсные или коллоидные (а» 10^-5-10^-7 см, D» 10⁵-10⁷ см^-1);

– грубодисперсные (а > 10^-5 см, D < 10⁵ см^-1).

 

Триботехнические (смазочные) свойства БР. Принципиальные схемы существующих трибометров.

 

Триботехнические свойства характеризуют способность бурового раствора снижать силу трения между контактирующими в нем поверхностями.

В общем случае при бурении контактирующими в буровом растворе поверхностями являются следующие:

ü наружная поверхность бурильных труб и их соединений - стенка ствола скважины;

ü вооружение породоразрушающего инструмента - забой скважины;

ü внутренняя поверхность керноприемной трубы – керн;

ü поршень (плунжер) - цилиндр бурового насоса.

Снижение силы трения позволяет:

ü уменьшить крутящий момент при вращении колонны бурильных труб и снизить сопротивления при ее продольном перемещении в скважине, что в целом снижает энергоемкость процесса бурения;

ü снизить вероятность возникновения дифференциальных прихватов (затраты на их ликвидацию);

ü повысить ресурс работы бурильных труб и их соединений, породоразрушающего инструмента, гидравлических забойных двигателей, гидравлических частей буровых насосов;

ü увеличить выход керна в результате предупреждения его самоподклинок.

 

В качестве показателя триботехнических свойств бурового раствора чаще всего используют коэффициент триады трения «бурильные трубы – исследуемый буровой раствор - стенка ствола скважины».

В соответствии с законом Амонтона

F_тр = Р f, (4.2)

где Р - усилие прижатия трущихся поверхностей, Н;

f - коэффициент трения.

Для определения значений коэффициента трения (оценки качества смазочных добавок и нахождения их оптимальных концентраций в тех или иных буровых растворах) используют специальные приборы - трибометры.

Схема трибометра для оценки коэффициента трения с помощью моментомера

Техническая вода. Назначения и требования к качеству. Достоинства, недостатки и область применения воды как очистного агента.

Техническая вода

Техническая вода является наиболее доступным и дешевым очистным агентом, в связи с чем достаточно широко используется при бурении устойчивых пород в случае отсутствия флюидопроявлений.

Кроме того, техническая вода служит основой, т. е. дисперсионной средой, для получения абсолютного большинства других типов очистных агентов (буровых растворов на водной основе).

Качество техническая воды для целей бурения принято характеризовать:

ü степенью минерализации;

ü составом минерализации;

ü жесткостью.

технической воды в качестве самостоятельного очистного агента наиболее важным показателем её качества является состав минерализации.

С точки зрения использования технической воды как основы для приготовления буровых растворов наиболее важными показателями её качества являются жесткость и степень минерализации.

Кроме своей доступности и дешевизны вода, как очистной агент, обладает целым рядом и других преимуществ:

ü малой вязкостью (1 мПа×с при t = 20,5 ºС);

ü низкой плотностью (1000 кг/м³);

ü высокой охлаждающей способностью.

Совокупность этих свойств воды обеспечивает эффективную работу породоразрушающего инструмента (высокую механическую скорость бурения и проходку на долото), гидравлических забойных двигателей и буровых насосов.

Однако вода, как очистной агент, имеет и ряд недостатков:

ü вызывает интенсивную гидратацию, набухание и

диспергирование глинистых пород;

ü легко поглощается и размывает керн при бурении в трещиноватых, пористых и рыхлых породах;

ü растворяет соли;

ü замерзает при отрицательной температуре;

ü плохо удерживает частицы выбуренных пород при прекращении циркуляции.

Вывод:

Применение воды в качестве очистного агента целесообразно и эффективно лишь при бурении в устойчивых (не размываемых, не растворяемых и не набухающих) породах при отсутствии зон поглощений и флюидопроявлений.

Вода может успешно применяться для вскрытия водоносных горизонтов.