Буровые растворы

       Превращение находящегося в спокойном состоянии золя в гель и подвергнутого механическому воздействию геля в золь называется тиксотропией.

       Следовательно, тиксотропия представляет собой процесс, связанный с обратимыми созданием и разрушением пространственной структурной сетки-каркаса дисперсной системы.  
        Предельное статическое напряжение сдвига 
Предельное статическое напряжение сдвига (СНС) обозначается буквой «q» и измеряется в Па.  
       Физический смысл: условная характеристика прочности тиксотропной структуры, возникающей в промывочной жидкости после нахождения в покое в течение одной (СНС1) или десяти (СНС10) минут. Первая величина характеризует удерживающую способность промывочной жидкости. При выборе параметров промывочной жидкости принимается меньшее значение величины СНС1, при котором обеспечивается выполнение указанной функции. При еще меньших величинах частицы породы не будут удерживаться во взвешенном состоянии.  
       В связи с тиксотропностью промывочной жидкости прочность структуры при длительном нахождении в покое может достичь таких значений, при которых в момент восстановления циркуляции сопротивление структуры вызовет очень большое увеличение давления промывочной жидкости, что способствует разрыву пласта. Поэтому кроме величины СНС1 измеряют и СНС10, причем тиксотропность характеризуют частным от деления второй величины на первую.  
        В промысловых лабораториях распространены различные ротационные приборы для определения СНС. Общим принципом действия этих приборов является уравновешивание сопротивлений, возникающих при взаимном перемещении исследуемой жидкости и находящегося в ней подвешенного на проволоке цилиндра, и упругих сопротивлений этой проволоки закручиванию. В одних ротационных приборах внутренний цилиндр является неподвижным, а заполненный раствором внешний цилиндр-стакан вращается, в приборах другого типа вращается внутренний цилиндр, а исследуемая жидкость во внешнем цилиндре-стакане находится в неподвижном состоянии. Если, например, вращается внешний стакан, то сила взаимодействия между находящимся в стакане структурированным раствором и поверхностью внутреннего цилиндра заставит последний также вращаться, а проволоку, на которой цилиндр повешен, - закручиваться. Вращение внутреннего цилиндра будет происходить до тех пор, пока возрастающее сопротивление закручиваемой проволоки не сравняется с сопротивлениями сдвигу, возникающими при взаимном перемещении цилиндра и жидкости.  
     Сила сопротивления раствора вращению в нем внутреннего цилиндра f1 равна произведению боковой поверхности цилиндра на статическое напряжение сдвига. 
В отечественной практике применяются ротационные приборы с неподвижным внутренним цилиндром и вращающимся внешним цилиндром-стаканом. Получил распространение прибор СНС-2 (рис. 6.12.) завода КИП.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Реология как наука

 

       Реология - это  наука о деформации и течении  вещества. Когда это понятие применяется  к буровым растворам, то реология рассматривается как взаимоотношение между скоростью течения и давлением течения, и их совместное  влияния на характеристики течения бурового раствора.

       Существуют два  различных режима течения, описывающих  это взаимоотношение, которое  представляет интерес для инженеров по буровым растворам:  ламинарное течение и турбулентное течение.

       Были разработаны  несколько математических моделей  течения, которые связывают поведение  течения с его характеристиками  во время нахождения раствора  в ламинарном режиме течения. Большой интерес для инженеров по буровым растворам представляют следующие модели течения: Ньютоновская, Бингамовская Пластичная и Степенная. Каждая из этих моделей связывает скорость течения (скорость сдвига) с давлением течения  (напряжением сдвига), когда раствор имеет ламинарный режим течения.

      Данные, полученные  из этих моделей, дают ценную  информацию об очистке ствола  скважины и свойствах баритовой  суспензии и могут быть также  использованы как основа для  будущих расчетов для определения некоторых важных аспектов, связанных с показателями буровых растворов:

-      Расчет потерь давления в системе

-      Расчет давления пульсаций и эффекта поршневания

-      Гидравлические параметры для долота и промывочного сопла (на  садки  долота)

-      Относительная эффективность очистки скважины

-      Эквивалентная циркуляционная плотность

-      Оценка  относительной степени эрозии ствола скважины

      Должное понимание и применение реологических принципов являются ценной помощью в установлении наиболее оптимальных свойств для проявления эффективных показателей бурового раствора.

 

3 Тиксотропность

 

 

        Тиксотропия бурового раствора, т.е. его способность увеличивать вязкость в неподвижном состоянии и уменьшать этот показатель при механическом воздействии, позволяет с одной стороны транспортировать шлам за пределы скважины, а с другой стороны не дает частицам грунта оседать внутри бурового канала при прекращении циркуляции бентонита. 
Работа в смешанных и сложных грунтах иногда требует применение специальных полимерных добавок, предотвращающих прихват бурового инструмента, комкование глины, а также регулирующих фильтрацию на стенках скважины во избежание сужения канала бурения. 
Поставляемые нами бентонитовые смеси и полимеры соответствуют требованиям API (Американский Институт Нефти) по своим реологическим свойствам.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Реология как наука

 

      РЕОЛОГИЯ  – наука о деформациях и текучести сплошных сред, обнаруживающих упругие, пластические и вязкие свойства в различных сочетаниях. Упругие деформации возникают в теле при приложении нагрузки и исчезают, если нагрузки снять; пластические деформации появляются только в том случае, когда вызванные нагрузкой напряжения превышают известную величину – предел текучести; они сохраняются после снятия нагрузки; вязкое течение отличается тем, что оно возникает при любых сколь угодно малых напряжениях, с ростом напряжений увеличивается скорость течения, и при сохранении напряжений вязкое течение продолжается неограниченно. Еще одно свойство, которым могут обладать среды, изучаемые реологией, – это высокоэластичность, характерная, например, для резины, когда резиновая лента допускает десятикратное растяжение, а после снятия нагрузки практически мгновенно восстанавливает первоначальное состояние.

      Типичный реологический  процесс – это сравнительно  медленное течение вещества, в  котором обнаруживаются упругие,  пластические или высокоэластические  свойства. Само слово реология  происходит от греческого rew – течение; афоризм «все течет» по-гречески звучит panta rei – (па"нта ре"и). Реологические явления проявляются во многих природных процессах и в большом числе технологических. Очень многочисленны вещества, участвующие в таких процессах: это породы, составляющие земную кору, магма, вулканическая лава, это нефть и глинистые растворы, играющие важнейшую роль в добыче нефти; влажная глина, цементная паста, бетон и асфальтобетон (смесь асфальта и песка, которой покрывают тротуар), это масляные краски – смесь масла и частиц пигмента; это растворы и расплавы полимеров в процессе изготовления нитей, пленок, труб путем экструзии; наконец, это – хлебное тесто и тестообразные массы, из которых изготовляют конфеты, сосиски, кремы, мази, зубные пасты, это твердое топливо для ракет; это, наконец, белковые тела, например, мышечные ткани. В этот не полный перечень «реологических» сред входят как тела, которые естественно считать твердыми (бетон), так и жидкие – нефть. Еще один опыт можно провести с высокомолекулярным раствором полиэтиленоксида в воде. Если, наклонив стакан А, начать переливать из него раствор в нижний стакан Б (рис. 1), а потом аккуратно вернуть стакан А на место, то окажется, что тонкая струйка раствора продолжает перетекать из верхнего стакана в нижний: интересно, что эта струйка сначала поднимается вверх по вертикальной стенке стакана А, а затем, переливается через край и стекает вниз, в стакан Б – это своеобразный сифон, но без сифонной трубки.

Рис. 1

      Совсем простой опыт невольно ставит тот, кто испачкал пальцы смолой, резиновым клеем или густым сахарным сиропом: попытка разлепить пальцы приводит к образованию упругих нитей, которые вытягиваются из текучей среды. Именно так образуется паутина и шелковая нить.

     Реология позволяет понять, что при быстрых воздействиях все тела ведут себя как твердые, при медленных – текут. Но понятия «быстрый» и «медленный» для разных сред различны. Удар о воду на скорости 200 км/час мало чем отличается от удара об асфальт – вода ведет себя как твердое тело (ее текучесть не успевает проявиться). Железобетонный столб, косо прислоненный к стене, через месяц оказывается кривым – бетон течет; струны на гитаре, оставленные в натянутом состоянии, снижают тон – в результате медленного течения материала их длина чуть-чуть увеличилась, соответственно, уменьшилось натяжение – их приходится подтягивать. Горные породы за геологические периоды сминаются в складки – образуются горные системы. Без вычислений ясно, что диапазон времен в реологических явлениях простирается от долей секунды до миллионов лет.

    Итак, механические свойства разных реологических сред, во-первых, весьма разнообразны, и, во-вторых, оказываются существенно различными в зависимости от условий нагружения.

     Очень многие реологические среды являются дисперсными системами двух или трех фаз: это мелкие твердые частицы, распределенные в вязкой жидкости (суспензия или гель, если твердая фаза преобладает), или это мелкие капельки одной жидкости в другой – эмульсия, или пузырьки воздуха в жидкости (пена), и т.д. Но, тем не менее, реология рассматривает такую среду как однородную, но обнаруживающую такие же механические свойства, как и те, что установлены в опытах с реальным конкретным материалом. Этот подход, характерный для механики сплошных сред, позволяет избежать трудностей, связанных с изучением механизмов взаимодействия фаз, и сравнительно просто описать основные черты поведения реологических сред при воздействии на них заданных нагрузок. Такие теории называются феноменологическими.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение…………………………………………………….….…3

1 Основные сведения  о дисперсных системах ……….……….. 5

2 Структурные свойства буровых растворов (значение параметра СНС)…………………………………………………….………...6

3 Тиксотропночть………………………..……………………….8

4 Реология как наука……………………….…………………….9

Заключение………………………………………………………..

Список литературы………………………………………….…....

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы

 

1. Жуховицкий С.Ю. Промывочные жидкости в бурении - М. : Недра, 1976.

2. Городнов В.Д. Буровые растворы. - М. : Недра, 1985.

3. Булатов А.И., Данюшевский В.С. Тампонажные материалы. – М.: Недра, 1987.

4. Башлык С.М. и др. Лабораторный практикум по основам гидравлики и промывочным жидкостям. - М. : Недра, 1982.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тема: Основные показатели загрязняющих свойств отходов бурения для водных экосистем.

 

      Основными загрязнителями  сточных вод являются взвешенные вещества, нефть и нефтепродукты, органические соединения, растворимые минеральные соли, а также различные примеси. Количественное соотношение между минеральными и органическими загрязнителями БСВ может изменяться в широких пределах. Оно зависит от специфики обработки буровых растворов, системы водопотребления, продолжительности строительства скважин и др. Загрязняющие свойства отработанных буровых растворов определяются, как правило, применяемыми химреагентами и материалами, а также составом разбуриваемых пород. Указанные отходы сильно загрязнены нефтью и нефтепродуктами, содержат в своем составе значительное количество органики и минеральных солей, в том числе вредных и токсичных для водоемов, почвогрунтов и почвенно-растительного покрова. 
 
      Загрязняющие свойства бурового шлама обусловлены минералогическим составом выбуренной породы и остающимися в ней остатками бурового раствора. Анализ фа- 
зового, фракционного и компонентного состава шлама, а также его физико-химических свойств показывает, что за счет адсорбции на поверхности частиц шлама химреагентов, используемых для обработки буровых растворов, он проявляет ярко выраженные загрязняющие свойства. В его составе отмечается значительное содержание нефти и нефтепродуктов, растворимых минеральных солей, токсичных для почвенно-растительного покрова. Таким образом, отходы бурения представляют опасность для объектов природной среды, так как содержат широкую гамму загрязнителей. 
      Загрязняющий потенциал отходов бурения обусловлен главным образом используемыми материалами и химреагентами. Номенклатура и ассортимент материалов и химреагентов достаточно велик .Если учесть, что все они в конечном итоге уходят в отходы, то становятся понятными загрязняющие свойства таких отходов. При этом в среднем на 1 м³ отходов, как показывают расчеты, приходится до 68 кг загрязняющей органики, не считая нефти и нефтепродуктов и загрязнителей минеральной природы. Эти загрязнители и определяют характер и уровень загрязнения объектов природной среды в районах бурения и поэтому должны учитываться при разработке природоохранных мероприятий.