Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Под влиянием прижимающих нагрузок (механических и от дей­ствия перепада давления) при страгивании или движении ко­лонны труб вдоль оси скважины на контакте металл—корка возникают силы сопротивления, связанные как с механическим трением, так и с адгезионным взаимодействием поверхностей. Силы трения проявляются только в присутствии нагрузки на трубы, нормально направленной к стенке скважины, и в про­стейшем случае выражаются известным законом Амонтона:

Q = iN, (15>

где р. — коэффициент трения; N — нормальная нагрузка.

Силы адгезии, под которыми понимают сцепление между двумя приведенными в состояние контакта поверхностями раз­личных по своей природе материалов, остаются и после снятия нормальной нагрузки. Согласно адсорбционной теории, адгезия возникает под действием сил сориентированного взаимодействия (Ван-дер-Ваальсовы силы), обусловленного наличием у молекул постоянной асимметрии в распределении электрических зарядов или постоянного дипольного момента, т. е. вектора, направлен­ного от отрицательного заряженного конца молекулы к поло­жительно заряженному и численно равного произведению за­ряда е на расстояние между зарядами I:

Р = е1. (16)

Адгезионные силы проявляются в тех случаях, когда толщина адсорбционного слоя пленки жидкости, находящейся в месте контакта металла с коркой, не превышает определен­ного значения, так как чем дальше от поверхности твердого тела находится молекулярный адсорбционный слой, тем меньше энергия адсорбции, т. е. та энергия, которую нужно приложить для разрушения адгезионной связи.

Как показывают лабораторные исследования [85], адгезион­ные силы могут составлять 40—60% от суммарных сил /‘’общ взаимодействия металла с коркой (табл. 13), поэтому даже после полного снятия действия перепада давления Ар (с целью ликвидации прихвата) к колонне бурильных труб необходимо приложить дополнительную силу сверх ее веса, чтобы преодо­леть действие адгезионных сил.

При изучении изменения адгезионных Fapx и механических Амех сил [85] установили, что при перепаде давления до 50 кгс/см2 более интенсивно возрастают Fадг, а затем — FMex (см. табл. 13).

Для исследования сил взаимодействия металла с фильтра­ционной коркой изготовили прибор ПС-ГК [10]. Фильтрационная корка формировалась в специальных камерах при перепаде

Таблица 13 А р, кгс/см2 %бщ F адг F мех ^мех^адг при времени контакта металла с коркой, мин 5 20 5 20 5 20 5 20 10 6 23 4 15 2 8 0,5 0,5 50 38 146 18 59 20 87 1Д 1,5 100 77 324 28 94 49 230 1,7 2,4 160 139 541 32 100 107 431 3,3 4,3

Рис. 4. Схема прибора ПС-ГК-:

1 — лимб; 2 — глинистая корка; 3— пуансон

а

В этом случае

давления до 30 кгс/см2 и пе­реносилась на столик прибора (рис. 4), после чего стальной плоский пуансон диаметром 30 мм выдерживался на кор­ке в течение определенного времени под нагрузкой Р. По­сле замера величины внедре­ния в корку пуансон сдвигали вращением лимба, жестко свя­занного с ним, причем момент, необходимый для страгивания пуансона, определялся силой Q, приложенной к лимбу.

(17)

где F — общая сила сопротивления, кгс; Q — сила, приложен­ная к лимбу для сдвига пуансона, кгс; г — радиус пуансона, см; R— радиус лимба, см. Но

F = /яг2, тогда

QR=Y rfnr*

и

/ = 0,477-^., г3

где f—сила удельного сопротивления сдвигу металла по филь­трационной корке, кгс/см2.

Как было отмечено, общая сила сопротивления слагается из сил трения и адгезии, причем первая из них проявляется при наличии нагрузки на пуансон, а вторая — при отсутствии нагрузки. Поэтому для раздельного определения сил адгезии и трения замеры проводили как под нагрузкой, так и без нее. И в том, и в другом случаях пуансон выдерживали под опре­деленной нагрузкой в течение одного и того же времени.

Перепад давления, при котором формируется корка, суще­ственно не влияет на силу сопротивления сдвигу, хотя и опре­деляет ее плотность. Так, глубина погружения пуансона в корку, сформированную при 30 кгс/см2, на 30% ниже, чем при/пере­паде давления 10 кгс/см2.

сл	4*	„.СО	to	—	о	СО	00	•о
Исх.+0,5% ОП-Ю	Исх. +20% нефти	Исх.+0,5% ГКЖ-94	Исх.+0,5% дизельного масла	Исх.+0,5% сульфонола	Исх.+0,5% Г1ФМС	£ о X + 0 Сл *3 X СО 01	S о X + о сл ь? £ СЛ	Исх.+0,5% сульфирола
4^ 4*. 00	48,6	33,0	67,8	1 35,6	СО СО 00	45,0	19,3	26,8
165/201	21/93	Ю 4*. СЛ 4^	87/111	| 21/60	1 24/54	105/129	0/6	60/96
СО 00	1,125	1,194	1,162	| 1,182	1,193	1,182	1,115	1,156
			05		■^1	СО	to	Г"*
СЛ	О	О	О	сл	СЛ	о	о	О
		to	to	to	to	СО	to	to
СП	сл	о	о	о	о	Сл	о	о
26	26	28	СО	32	33	38	40	4^

СЛ х + о ! * > > I ^ IB з X ’+ о Сл

да

СЛ X + о

+

+ О сл

я я н о НтЧ И СЛ сг Хк«

х со СЛ

напряжение сдвига снс1/10- мгс/см2

О) оо

Показатели раствора

плотность, г/см3

водоотдача, см3/30 мин

о

толщина корки, мм

СО о

со Vj

ьо о

СО Vi

			Показатели	раствора
№ раствора	Состав раствора	условная вязкость Т, с	напряжение сдвига снс1/10> мгс/см2	j ПЛОТНОСТЬ, г/см3	водоотдача, сма/30 мин	толщина корки, мм	удельное сопротивление f, гс/см2
16	Исх.-)-15% нефти	48,8	39/90	1,150	5,5	2.0	25
17	Исх.-+10% моторного топлива	58,0	24/63	1,164	7,0	2,0	25
18	Исх.+10% дизельного масла	35,4	39/90	1,167	6,0	2,0	23,5
19	Исх.-)-10% нефти	39,5	24/60	1,153	6,5	2,0	23
20	Исх.-)-15% моторного топлива	36,4	33/84	1,158	6,0	2,0	20
21	Исх.+20% дизельного масла	66,3	102/150	1,128	6,0	2,5	18
22	Исх. +20 % моторного топлива	38,9	30/81	1,145	5,0	2,0	16,5

В табл. 14 приведены результаты исследований по изучению влияния различных смазывающих и поверхностно-активных до­бавок на величину сил сопротивления при сдвиге пуансона по корке. Установлено, что в растворах малой плотности содер­жание нефти в качестве смазывающей добавки выше 10% нера­ционально, силы сопротивления значительно снижаются (на 40— 45%) при обработке раствора кремнеорганическими жидкостями ГКЖ-94, ПФМС и водорастворимым неионогенным ПАВ ОП-Ю в количестве 0,5%, что, видимо, связано с образованием на границе металл — корка гидрофобной адсорбционной пленки.

Комментарии запрещены.