Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Эмульсионные растворы, применяемые в колонковом бурении, представляют собой водные растворы ПАВ, в которых в виде дис­персной фазы распределено минеральное масло.

Эмульсионные растворы приготавливают на основе эмульсолов, вводимых в воду. В табл. 21 приведены составы эмульсионных растворов, наиболее широко применяющихся при алмазном буре­нии. Характеристика эмульсолов, нашедших наибольшее примене­ние при колонковом бурении, приведена в табл. 24.

Расчет необходимого количества эмульсола для приготовления эмульсии

р = 10СЭКР, (V. 19)

где Сэ — заданная концентрация эмульсии в растворе, %; Ур —

— объем приготавливаемого эмульсионного раствора, м3; Р — количество эмульсола, кг.

	4
	Оптимальная
Назначение	концентрация
	в растворе, %

Тип эыулъсола

Расход на 1 и бурения (Для нормаль* ных условий)* кг

Низкая минерализация промывочной жидкости Паста кожевен­ная эмульгирующая (эмульсол Б, кож — пасгол) Предназначается для приго­товления на мягкой воде эмуль­сий для алмазного бурения на объектах с мягкими, весьма слабоминерализованными вода­ми с содержанием ионов каль­ция, магния до 5-10“3 моль/л 0,5—2 * 2—5 Смеси гудронов со- апстока и техниче­ского жира Для приготовления эмульсий на основе ОСГ на мягкой и1 слабоминерализованной воде (содержание ионов кальция до 2М0“8 моль/л). Рекомендует­ся также как смазочная добав­ка к глинистым растворам 1,5—2,5 7—25 Мылонафт Для приготовления эмульсий на мягких водах при бурении на объектах с весьма мягкими пластовыми водами (содержа­ние ионов кальция до (2—5) X ХЮ"3 моль/л) 0,5-1 1—2 Эмульсол на тал- ловом масле — ЭТ-2 То же 1—2 2—5 Сульфонолы марок Б, Т, НП-1, НП-2 —»— 0,12—0,2 0,17 Сульфатное мыло * • Применяется для приготовле­ния смеси ЭМО-2, состоящей из сульфатного мыла — 50% и отработанных машинных, транс­миссионных масел — 50%, ис­пользующейся для приготовле­ния эмульсий 1,5—2 2—5 Высокая минерализация промывочной жидкости Эмульсол лесохи­мический — ЭЛ-4 Для приготовления на мяг­кой и слабожесткой — воде эмульсий, использующихся при алмазном бурении на объектах с водами повышенной жестко­сти и минерализации (содер­жание ионов кальция, магния до 45*1О-3 моль/л) 0,5—6

і

Тип эмульсола	Назначение	Оптимальная концентрация в растворе, %	Расход на 1 м бурения (для нормаль­ных условий), кг
Эмульсол нефтехи­мический— ЭН-4	Для приготовления эмульсий на воде любой жесткости, ис­пользующихся при алмазном бурении на объектах с жестки­ми и минерализованными вода­ми (содержание ионов каль­ция — до 3 моль/л, ионов маг­ния— до 1,350 моль/л, нат­рия— до 2 моль/л)	0,5—6
Эмульсолы на ос­нове нигрола и ПАВ (ОП-Ю)	Для приготовления эмульсий на жестких водах, использую­щихся при бурении в районах с высокой минерализацией под­земных вод	Нигрола — 1—4, ПАБ —0,4—0,5

При приготовлении эмульсионного раствора на основе поверх- ностно-активного вещества ОП-Ю и нигрола потребное количество этих составляющих эмульсола может быть рассчитано по формуле

(У.20)

Рх = ЯОр/ЮО,

где Р— количество нигрола или эмульгатора (ПАВ), необходи­мое для приготовления эмульсии, кг; <2Р — масса приготавливае­мой эмульсии, кг; К — заданная концентрация нигрола или эмуль­гатора, %.

При приготовлении эмульсионного раствора на основе смеси гудронов (СГ) производят предварительное омыление СГ и обра­ботку раствора эмульсией ОСГ. В этом случае необходимо рассчи­тать количество едкого натра, расходуемого для омыления СГ.

Расчет количества едкого натра для омыления СГ

^шон =л. 0,713, (У.21)

м

т =

кон

где А — кислотное число данной партии СГ, которое указывается при поставке, мг; Л1Маон — относительная молекулярная масса едкого натра (Мкаон = 40,0); Мкон — относительная молекуляр­ная масса едкого калия (Л1^;ои = 56,11).

В промывочную жидкость вводят 1,5—2,5 % эмульсии в пере­счете на неомыленную СГ.

Технология приготовления эмульсионных растворов рассмотре­на в работе [38].

Полимерные растворы, применяемые в колонковом бурении, приготавливаются на основе полимеров — полиакриламида (ПАА),

гидролнзованного полиакриламида (ГПАА) и гидролизованного сополимера М-14. Полимерные растворы представляют собой вод­ные растворы указанных полимеров с концентрацией от 0,1 до 0,5 %.

Рецептура полимерных растворов, разработанная ВИТР [42], приведена в табл. 25. Краткая характеристика полимеров, исполь-

Таблица 25 Основной компонент полимерного раствора Наименование добавляемого реагента Содержание, % Назначение реагента Полиакриламид (ПАА) Кальцинированная сода КазСОз . 0,2—0,5 Для уменьшения кор­розионной активности полимера Каустическая сода N8011 0,2-0,5 Для повышения услов­ной вязкости раствора Триполифосфат натрия ^гРзОю 0,05—0,15 Для уменьшения ус­ловной вязкости раство­ра при обогащении его шламом Кальцинированная сода, жидкое стекло ЫагСОз,- ЫагЭЮз о ! О О! Для усиления недис­пергирующих свойств ра­створа Гидролизован­ ный полиакриламид (ГПАА) Кальцинированная еода ^ЗгСОз 0,2—0,5 При повышенной ми­нерализации вод, исполь­зуемых при приготовле­нии раствора Полифосфаты натрия №п+2РлОзп + 1 » 0,05—0,1 Для уменьшения вяз­кости раствора при обо­гащении его шламом Жидкое стекло №г8Юа 0,1—0,5 Для улучшения струк- турно-механических свойств

Примечание. Указанные реагенты вводятся избирательно.

дуемых для приготовления полимерных растворов, приведена в прил. 10.

Полимерные растворы на основе ПАА могут утяжеляться до плотности 1,4 т/м3 введением мела, при этом концентрация мела в растворе не должна превышать 7 %, особенно при бурении сна­рядами ССК-46 и др.

Полимерные растворы на основе ГПАА могут быть использова­ны и без указанных в табл. 25 добавок химических реагентов. По­лимерный раствор на основе водного раствора гидролизованного сополимера М-14 приготавливается аналогично раствору на основе ПАА.

Приготовление всех полимерных растворов должно произво­диться на мягкой воде; при использовании жесткой воды долж­но производиться ее смягчение. В практике геологоразведочных работ смягчение воды производится, в основном, обработкой ее ЫаОН, N32003 или Ыа3Р04.

Количество указанных реагентов (в г/м3), необходимое для смягчения воды, может быть рассчитано по следующим формулам:

Рыаон = 40Л;

Ртгсог = 53 А; Ршлрол = 127 А, {У.22)

где Р — количество реагента, необходимое для обработки 1 м3 во­ды, г; А — жесткость воды, моль/л.

Приготовление полимерных растворов производится как из то­варных полимеров, поступающих непосредственно с завода, так и из заранее приготовленных концентрированных полимерных растворов. Концентрированным полимерным раствором называет­ся раствор с концентрацией полимера в пределах 0,7—3 %.

Концентрированный раствор с заданной концентрацией приго­тавливается из товарного полиакриламида, при этом необходимое количество товарного полиакриламида рассчитывается по формуле

Р паа = С$Х1СЪ (У.23)

где С — концентрация полимера в концентрированном растворе, %; С2 — концентрация чистого полимера в товарном продукте, %;

(— количество приготавливаемого концентрированного полимер­ного раствора, кг.

Количество концентрированного полимерного раствора, необхо­димое для приготовления полимерного раствора, рассчитывается по формуле

. ‘ 0^.24)

С1

где (^1 — требуемое количество концентрированного полимерного раствора, кг; С3 — требуемая концентрация полимера в приготав­ливаемом полимерном растворе, %; <2 — количество приготавли­ваемого полимерного раствора, кг.

Полимерные растворы на основе ГПАА приготавливаются, как правило, на основе концентрированного раствора ГПАА с кон­центрацией С 1 = 1 %, который берется в количестве, рассчитанном по формуле (У.24).

Гидролиз ПАА производится едким натром, необходимое коли­чество которого рассчитывается по формуле

= — С (У.25)

п

где — общее количество гидролизуемого концентрированного полимерного раствора, кг; к — отношение количества едкого натра к количеству чистого ПАА; для желеобразного ПАА 6=1,0, для

гранулированного ПАА к— 1,2; п — процентное содержание едкого натра в техническом продукте (прил. 9).

Гидролиз сополимера М-14 производится также едким натром, необходимое количество которого определяется по формуле

(V. 26)

Яыаон = 5- Ю-’С, А. ()1.

п

(У.27)

Необходимое количество сополимера М-14 для приготовления раствора гидролизованного М-14 заданной концентрации

^м*14 — 0,01&2С1ф1,

где — количество метакриловой кислоты (МАК) в сополимере М-14, % (берется из технического паспорта используемого сопо­лимера М-14, обычно &1 = 75“80%); /е2 — коэффициент, учитыва­ющий избыточную влажность сополимера (берется из технического паспорта сополимера, &2= 1,14-1,5).

При приготовлении водного раствора гидролизованного сополи­мера М-14 потребное количество концентрированного раствора рассчитывается по формуле (У.24). При этом концентрация приго­тавливаемого раствора определяется в зависимости от требуемой условной вязкости (при концентрации сополимера в растворе

0, 05% условная вязкость составляет 16 с, при С3=0,1 % — 18,1 с; при С3 = 0,2 % —23 с и при С3=0,4 % —31,5 с [42]).

Полимербентонитовые растворы приготавливаются путем сме­шивания порошка глины или бентонита с водным раствором. ПАА или ГПАА или смешиванием глинистого и полимерного раствора с добавлением воды.

Полимербентонитовые растворы содержат: полимера 0,1—

0, 5%, бентонита или глины 2—5% и химических реагентов, вво­димых избирательно в соответствии с рекомендациями, приведен­ными в табл. 25.

(V. 28)

Количество порошка глины или бентонита (в т) необходимое для приготовления полимербентонитового раствора, рассчитыва­ется по формуле

ЯГ = 0,01СД

где С4 — задаваемая концентрация бентонита или глины в раство­ре, %; <?— количество приготавливаемого ПБР, т.

При использовании для приготовления ПБР глинистого раст­вора плотность р потребный объем глинистого раствора рассчиты­вают по формуле

(У.29)

где Vпбр — необходимый объем ПБР, м3; Уг. р — потребный объем

глинистого раствора плотностью р, м3; рпвр—плотность ПБР, т/м3.

Технология изготовления ПР и ПБР подробно описывается в ра­
боте [42], там же рассмотрены вопросы применения этих растворов при колонковом бурении.

Пены получают в основном дисперсионным способом путем пе­ремешивания раствора пенообразователя и воздуха в специальных пеногенераторах. Растворы пенообразователей приготавливают введением в воду ПАВ с концентрацией 0,1—0,5 % по активному веществу; концентрация ПАВ уточняется опытным путем в зави­симости от минерализации пластовых вод, размеров водопритоков, количества шлама и т. п. В табл. 26 приведены основные ПАВ,

Таблица 26 ПАВ Содержание активного вещества, % Оптимальная концентрация, % ОП-Ю 99 0,11 0,22 Сульфонат 90 0,1 0,2 Сульфонол НП-1 84 0,23 НП-5 40 г 0.38 Сульфонат БТ 90 0,16 Прогресс 20 или 30 0,1—0,5

Примечание. В числителе показана оптимальная концентрация для применения в прес­ных и слабомияерализоваыиых водах, в знаменателе — в водах со средней и высокой минерализа­цией [27, 36].

используемые для приготовления пен при бурении геологоразве­дочных скважин, и оптимальные концентрации их в растворе пе­нообразователя.

Расчет количества ПАВ (в кг) для приготовления раствора

Рпаъ = <?ж, (У. ЗО)

^а. в

где Ст — требуемая концентрация ПАВ в растворе пенообразова­теля по активному веществу, %; Са. в — концентрация активного вещества в товарном продукте ПАВ, %; (Зж — суммарное коли­чество жидкой фазы пены (с учетом водопритока в скважине), л.

Количество подаваемого воздуха определяется степенью аэра­ции, которая должна быть в пределах а = 504-300, отсюда <2В = = (504-300) <2Ж.

Для предотвращения замерзания пен при бурении скважин в многолетнемерзлых породах используются добавки СаС12 в пено­образующий раствор с концентрацией от 2 до 15%. Кроме этого, могут быть использованы пенообразующие растворы следующего состава: сульфонол— 0,5%, КМЦ — 0,25 %; сульфонол—1,0—

1,5%, КМЦ — 0,5% и №С1 — 7—10%. При бурении в много­летнемерзлых породах также рекомендуется увеличивать степень аэрации до 150—300.

Пример 9. Рассчитать потребное количество нигрола и ОГТ-Ю для приго — тозления эмульсола, необходимого для получения эмульсионного раствора в объеме 8 мэ. Содержание нигрола в эмульсионном растворе должно быть. 4 %, ОП-10—0,5 %* Плотность эмульсионного раствора принимаем равной 1 т/м*.

Решение. Количество нигрола рассчитывается по формуле (У.20):

Р1 = 4-8000/100 = 320 кг.

Количество ОП-Ю рассчитывается также по формуле (У.20):

Р2 = 0,5-8000/100= 40 кг.

Пример 10. Определить потребный расход эмульсола ЭЛ-4 в растворе

2 %-ной концентрации при бурении скважины на глубину 800 м диаметром 76 мм.

Решение. Потребный объем эмульсионного раствора

Ур = 2Ус + л21’с~2Ус(1+п),

где 2УС — объем раствора на заполнение всей циркуляционной системы, м3; п2Ус— потери раствора, связанные с заменой раствора, м3; п — количество за­мен раствора (принимаем нз опыта буровых работ п=2) [38, 47].

Получим

Ур = 6К0 = 6*0,785-0,076*.800 = 21,7 м*.

Тогда потребное количество эмульсола, рассчитанное по формуле (У.19),

Я= 10*2*21,7 = 43,4 кг.

Пример 11. Скважина бурится в интервале 400—700 м алмазными корон­ками диаметром 59 мм с применением полимерного раствора на основе ПАА с концентрацией 0,2%, обработанного с целью уменьшения коррозионной актив­ности кальцинированной содой с концентрацией в растворе 0,3 %. Рассчитать потребное количество полимера и кальцинированной соды. Полимерный растЪор приготавливается на основе концентрированного полимерного раствора с кон­центрацией Су =1,5%, для приготовления которого использован полиакриламид, выпускаемый по ТУ 6-01-1049—76.

Решение. Потребный объем полимерного раствора составит при л— 1

Кр = 4КС = 4• 0,785• 0,059*.660 = 7,25 м*.

Принимая плотность полимерного раствора равной 1 т/м3, получим потреб­ное количество полимерного раствора (2=7250 кг.

По формуле (У.24) определяет необходимое количество концентрированного полимерного, раствора для приготовления потребного количества полимерного бурового раствора

0,2

= 7250- — гт — « 970 кг.

1,5

Количество полимера ПАА для приготовления необходимого количества концентрированного раствора рассчитывается по формуле (У.23), из прил. 10 на­ходим С2=8%, получим

РПАА= 1,5*970/8 = 183 кг.

Необходимое количество №2СОз составит

РМа1С01 = 0.3*7250/100 = 21»8 кг-

Пример 12. Рассчитать необходимое количество едкого натра для гидролиза 970 кг концентрированного полимерного раствора с С^—1,5 /о* приготавливаемого из желеобразного ПАА.

Решение. Из прил. 9 находим процентное содержание едкого натра в тех­ническом продукте п=97 % и по формуле (У.25)

^аОН= 1>970/97= 15 кг.

При использовании для гидролиза раствора едкого натра с плотностью 1,308 т/м3 и л =27,65 % (прил. 8) получим потребное количество раствора едко­го натра

1.5

ЫаОН = ~27"б5 ’970 = 52,6кгили~43 л.

Пример 13. Рассчитать потребное количество глины, полимера ГПАА и каль­цинированной соды при концентрации в растворе 0,2 % для приготовления ПБР в объеме 7 м3 с плотностью Рпбр = 1>°5 т/м3 и С3=0,4 %. Приготовление ПБР

производится путем разбавления глинистого раствора плотностью р=1,2 т/м3 и рг=2,3 т/м3.

Решение. По формуле (У.29) находим объем глинистого раствора, необхо­димый для приготовления ПБР,

Уг. р=7-; —— гг1 = 1,53 м».

1,05(1,05 — 1)

1,2(1,2-1)

По формуле (У.2) рассчитываем количество глины для приготовления 1 м3 глинистого раствора с заданной плотностью

<?г= ~2’Уз-Т1)-== 0)354 т/м<>

и всего потребуется глины £?г=0,354-1,53=0,541 т.

Количество полимерного раствора составит УГпаа=7—1,53=5,47 м3, и для его приготовления потребуется концентрированного раствора ГПАА с С(= = 1 % в количестве, рассчитанном по формуле (У.24),

• 5470 = 2188 кг.

Тогда товарного полиакриламида ПАА потребуется по формуле (У.23)

/>Паа = 1-2188/8 = 273,5 кг

и для его гидролиза (формула -(У.25) и приложение 9) едким натром марки РХ-1

ЯМа0н =■"77“ •1*273,5 = 6,07 кг.

45

Для обработки раствора потребуется кальцинированной соды

рм..со. = — т|—7000 = 14 кг*

Таким образом, для приготовления ПБР в объеме 7 м3 потребуется: глины — 541 кг, полимера ПАА — 273,5 кг, едкого натра марки РХ-1—6 кг и кальцини­рованной соды— 14 кг.

Пример 14. При бурении скважины на глубину 1000 м диаметром 76 мм в трещиноватых водонасыщенных породах с ожидаемым водопритоком 10 л/мин пластовых вод с малой минерализацией предполагается использовать пены. Для осуществления бурения с пенами на буровой установлены компрессор НВ-10 с подачей 10 м3/мин и давлением 0,7 МПа; буровой насос ПГр, оборудованный устройством для нагнетания газожидкостных смесей, с подачей 300 л/мин при давлении до 5,0 МПа. Определить расход ПАВ.

Решение 1. Выбор ПАВ. Учитывая низкую минерализацию пластовых вод и среднюю величину водопритока, выбираем в качестве пенообразующего ПАВ анионактивное вещество — сульфонол НП-1. По табл. 26 находим, что содер­жание активного вещества в сульфоноле НП-1 составляет 84 %, а требуемая оптимальная концентрация в растворе должна быть не менее 0,23 %.

2. Определение расхода раствора пенообразователя. Расход раствора ПАВ для получения газожидкостной смеси в устройстве для его нагнетания может составлять 5—30 л/мин. Учитывая, что в скважине ожидается — водоприток плас­товых вод, величину расхода раствора ПАВ принимаем 5 л/мин.

3. Определение расхода воздуха. Расход воздуха для получения пены может быть определен по известной производительности нагнетательного устройства, избыточному давлению воздуха на входе в нагнетательное устройство и расхо­ду жидкой фазы пены:

Qв — Qn — Ср *

• г

где фп — подача нагнетательного устройства, л/мин (фп=300 л/мин); Ср = расход раствора пенообразователя, л/мин (0Р=5 л/мнн). Тогда расход воздуха составит 0в = 300-5=295 л/мин при давлении Як = 0,7 МПа, а приведенный к нормальным условиям расход воздуха составит в

0,8

Св. в = 295 = 2360 л/мин.

и *1

4. Определение степени аэрации в восходящем потоке газожидкостной сме­си (пене). Объем жидкой фазы в пене с учетом водопритока фж=5+10= = 15 л/мин. Степень аэрации в восходящем потоке пены составит

а = 2360/15 = 157.

5. Определение количества ПАВ производится расчетом по формуле (У. ЗО)г

0,23

РПАВ = ~ 84 *15 = °»041 кг/мин.

6. Определение расхода ПАВ для бурения скважины. Принимаем, что буре­ние происходит со средней механической скоростью 2 см/мин, т. е. 1 м прохо­дится за 50 мин. Тогда расход ПАВ на 1 м бурения составит 0,041×50=2,05 кг и общий — 2,05×1000=2050 кг. Расчет произведен с учетом, что-пенообразую — щий раствор повторно не используется. При повторном использовании, хотя бы части пенообразующего раствора расход ПАВ может быть сокращен.

Комментарии запрещены.