Удосконалення фізико-хімічних методів збереження стійкості стінок свердловин в процесі буріння

Abstract

Розроблено ентропоосмотичну модель руйнування стінок свердловин, яка полягає у тому, що вода у системі буровий розчин - привибійна зона свердловини внаслідок самодовільного руху проти градієнту своєї структурної організованості надходить у пори і тріщини гірських порід, утворює високоорганізовані структури в яких нагромаджується механічна енергія. Коли напруження перевищують дорівнюють межі міцності гірських порід, відбувається руйнування стінок свердловин. Запропоновано використовувати параметр діелектричної проникності для оцінки інгібуючих (осмотичних) властивостей бурових розчинів під час їх розробки та застосування. Розроблені і успішно застосовуються рецептури високоінгібуючих бурових розчинів - вапняного і гуматноакрилово-калієвого.

Диссертация посвящена вопросам совершенствования физико -химических методов предупреждения нарушения устойчивости стенок скважин. В диссертации разработана и обоснована гипотеза об энтропоосмосе, которая состоит в следующем: жидкость (растворитель) самопроизвольно движется против градиента своей структурной организованности (СО). На основе гипотезы об энтропоосмосе предложена физико --химическая модель разрушения стенок скважины, которая состоит из следующих положений: - вода в системе БР-ПЗС самопроизвольно движется в поры и трещины горных пород, где уровень СО более высокий; в соответствии с синергетическим принципом в призабойной зоне скважины происходит самоорганизация вещества и энергии, что обусловливает накопление напряжений; когда напряжения в массиве горных пород достигают предела прочности, просходит разрушение стенок. Для предупреждения разрушения стенок скважин необходимо: - понизить уровень СО воды в буровом растворе (использование коллоидов, полимеров); - повысить уровень СО воды в порах и трещинах горных пород (использование неорганических электролитов); - разорвать гидродинамическую связь между водой в буровом растворе и горных породах (известкование, гидрофобизация стенок скважины). Предложено использовать параметр диэлектрической проницаемости для оценки уровня ингибирующих (осмотических) свойств буровых растворов. Показано, что параметр диэлектрической проницаемости хорошо коррелирует с величинами осмотических давлений растворов солей. Диэлектрическая проницаемость не является аддитивной величиной в случае многокомпонентных буровых растворов. Если органические гидрофильные вещества и коллоидные глинистые частицы увеличивают структурную организованность воды, то добавление неорганических электролитов приводит к общему увеличению диэлектрической проницаемости вследствие разрушающего действия на гидратные слои вокруг коллоидных частиц. При разработке рецептур ингибированных буровых растворов параметр диэлектрической проницаемости можно использовать для подбора оптимальных соотношений органических и неорганичеких веществ. Предложены непротиворечивые объяснения механизмов ингибирующего действия гидроксида кальция и хлористого калия: молекулы и коллоидные частицы гидроксида кальция образует с алюминатами и силикатами горных пород вяжущее вещество, которое заполняет поры и трещины и закрепляет стенки скважины; ионы калия благодаря тому, что в гидратированной форме имеют меньший чем другие ионы размер, проникают в самые тонкие поры и трещины горных пород, разрушают там высокоорганизованную структуру воды, замедляя тем самым энтропооосмотический поток. Разработаны рецептуры буровых растворов - известкового и гуматноакрилокалиевого. Известковый буровой раствор на основе органической коллоидной фазы предназначен для бурения в условиях, когда в одном разрезе встречаются несовместимые пласты - терригенные, хемогенные, с аномально низкими пластовыми давлениями и чувствительные к водной среде. В экологически безопасном исполнении известковый буровой раствор может использоваться в морском бурении. При разработке рецептуры гуматноакрилокалиевого бурового раствора учитывался параметр диэлектрической проницаемости.Гуматноакрилокалиевый буровой раствор имеет высокие ингибирующие свойства, а также термо- и солестойкость. Промышленное применение известкового бурового раствора на основе органической коллоидной фазы и гуматноакрилокалиевого бурового раствора при бурении скважин в сложных горно - геологических условиях показало высокую их эффективность.

There has been worked out the entropoosmotic model of borehole wall instability which consist in the following statements: 1) water spontaneously moves in the opposite direction to the gradient of water structural organization from drilling fluids into pores and fractures of rocks and causes increase of pressure; 2) well walls break down when entropoosmotic pressure goes over a limit of rock strength. There is proposed the parameter of dielectric permeability for evaluation of inhibitive (osmotic) property of drilling fluids. There has been designed the systems of lime - based and lignite - acryl -potassium - based drilling fluids and introduced in gas industry.