автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.14, диссертация на тему:Исследование свойств и разработка рецептур газожидкостных смесей для бурения на месторождении Хонгай (Вьетнам)

- О к! ч>]

Министерство науки, высаей яколи и технической политики Российской Федерации

Московский ордена "Трудового Красного Знамени" геолог оразведочни.й нпетитут имени Серго Орджоникидзе

На правах рукописи

Нгуеп Суая Хоа

Исследование свойств и разработка рецептур газохидкостных смесей для бурення на месторождении Хоигай (Вьетнам)

Специальность 05.15.14 - Техника н технология геологоразведочных работ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических паук

Москва, 1992 г.

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени геологоразведочном институте имени Серго Орджоникидзе.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Калинин А. Г.

Научный консультант - кандидат технических наук,

доцент Соловьев 11.В.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Алексеев В.В. - кандидат технических наук Володченко В.К.

Ведущее предприятие - Производственное геологическое объединение Цеитргеология".

Защита состоится " " 1993 г. в час,

в ауд.№ 415 на заседании специализированного совета Д.063.55.01 при Московском ордена Трудового Красного Знамени геологоразведочном институте имени Серго Ордьоникндэе (г.Москва, ул.Миклухо-Мак-лая, 23).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГРИ-Автореферат разослан " ^ЯКйЯрА 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических наук,

желпичеикпл ии.ук, у ^^

профессор ^А.М.Лимитовский

г_

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы; В "Основных направлениях экономичес ого и социального развития СРВ на I9S6-I990 годы на период до 2000 года", утвержденных У1 съездом Коммунистической партии Вьетнама (ХП.1986 г.), перед геологоразведочной отраслью поставлена задача дальнейшего укрепления и расширения минерально-сырьевой 5азы страны, решение которой требует повышения эффективности всех видов геологоразведочных работ, и прежде всего ускоренного внедрения научно-технических достижений в практику буровых работ.

Рекомендации по технологии бурения геологоразведочных скважин, выбору способа бурения, типа оборудования и породоразрушаю-цего инструмента и, особенно, по выбору типов и рецептур промывочного агента разработаны еще недостаточно полно, что сдерживает освоение техники и технологии бурения геологоразведочных скважин в специфических условиях Вьетнама.

Центральной проблемой в расширении области алмазного бурения является разработка специальных промывочных агентов для сложных геологических условий. К тому же во многих регионах страны осложненные геологические условия являются преобладающими. Промывочные агенты должны но только способствовать получению качественного керна, но и обеспечивать устойчивость стволов скважин к предотвратить поглощение жидкости, что позволило бы сократить металлоемкость скважин, снизить непроизводительные затраты времени, повысить производительность буровых работ.

В настоящее время подачей газожидкостных смесей (ПС) пробурено более 100 тыс.м скважин в различных геологических условиях. Способ бурения с пеной не требует разработки нового бурового оборудования, но организация работ и технология вносят дополнительные затраты. Однако, увеличение производительности и получаемый экономический эффект от применения ПС компенсируют затраты на освоение нового способа бурения скважин. Газожидкостные смеси находят все большее распространение при бурении в сложных геологических условиях. Однако, изучение свойств Г1С еще остается недостаточным, особенно, отсутствуют исследования, посвященные ии-гибирующей и смазочной способностям Г1С, которые обусловливают

превосходство ГКС над другими видами промывочных жидкостей пу Луренин в сложных условиях.

В настоящей время широко изучена пенообразуюцая способно наиболее часто применяемых поверхностно-активных веществ (ПАВ пенообразове елей. Однако, отсутствуют работы, посвященные со местному действию ПАВ и полимеров при образовании ГХС. Недост точная изученность реологических свойств ГЖС затрудняет выпол нйе гидравлических расчетов в практике геологоразведочного бу ния. Кроме того, отсутствие критерия выбора рациояального сос ва ГХС ..атрудняет разработку рациональных рецептур Г1С для ко ретных условий.

Таким образом, исслс ;ования свойств и разработка рецепту Г1С для бурения в сложных геологических условиях представляют актуальными и имеют важное практическое значение.

Цель работы: Целью диссертационной работы являются иссле, вание свойств и разработка репептур газокидкостных смесей для бурения геологоразведочных скважин в сложных геологических ус. виях на каменноугольном месторождении Хонгай (СРВ).

Основные задачи исследований: Для достижения поставленно/ цели были решены следующие задачи:

1. Анализ горно-технических условий, технологии и тохник( экономических показателей бурения на месторождении Хонгай и т* нологии бурения в сложных геологических условиях с примеиение» газояидкостных смесей.

2. Исследование кинетики образования и разрушения,Г1С ра: личных композиционных составов.

3. Исследование реологических свойств Г1С различных компо ЭИЦИОННЫХ СОСТвБОЕ

4. Исследование взаимодействия Г1С с глинистыми породами.

5. Исследование триботехнических свойств ГХС.

6. Аналитические исследования по выбору рациональной реце туры ГХС.

7. Разработка г^цептур ГХС для бурения в интервалах ослож нешшх горных пород.

•8. Разработка рекомендаци(1 ло применению Г1С в условиях !Торождений СРВ.

Методика исследований. Решение перечисленных задач осуще-1лял0сь путем анализа и обобщения литературных данных прове-[ теоретических и экспериментальных в лабораторных и производящих условиях исследований с использованием методов мат^ма-1еской статистики.

Научная новизна. Работы заключаются в том, что автором' впервые

- проведены широкие исследования свойств многокомпонентных ! на основе поверхностно-активных веществ (ПАВ), полимерных и :окомолекулярных соединений с добавлением минеральных веществ, (воливяиа научно обоснованно подойти к выбору рациональных ре-1тур Г/С С для осложненных геологических условий;

- теоретически обоснованна и экспериментально подтверждена годика оценки совместимости различных видов ПАВ с многокомпо-1Тными полимерно-высокомолекулярными и минеральными комплекса-в состава ГЖС с использованием кривых, отражающих кинетику их

)ложения по характеру этих кривых и интенсивности их разложе-

- предложен и аналитически обоснован критерий выбора рационного состава Г1С, полученный по кривим разложения,' ГЖС, поз-1Янз1Дий оценить совместимость различных веществ многокомпозицион-с ГХС и выбрать рациональные рецептуры Г*С для бурения в различ-[ условиях;

- теоретически обоснован и экспериментально подтвержден ме-|изм ингибирования глиносодержащих горных пород в присутствии !имерных и высокомолекулярных компонентов ГЯС, заключающийся :овместном воздействии на горные породы многокомпонентных сос-юв Г1С и незначительном содержании жидкости в Г1С.

Достоверность научных положений и выводов обоснована теоре-1ески и подтверждена достаточным объемом экспериментальных и >иэводственных исследований, а также положительными результат/полученными при внедрении опытного образца пе'огенерат р-1 установки.

Практическая ценность. В результате теоретических, экспери-)тальных и производственных исследований:

- б —

- разработаны рецептуры ГЖС для буренил в различных уело-.

виях;

- разработана методика оценки взаимодействия ПС на горные породы разреза;

- создана пеногенераторная установка для бурения неглубоких скважин (до 200 м).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались на научных семинарах кафедры "Разведочного бурения" МГРИ 1990-1992 гг.), на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов МГРИ п 1990-1992 гг., а также на совещании принятия окончательного отчета по теме: "Совершенствование технологии алмазного бурения в пределах рудника "Южный" ПГО "Уралгео-логия".

Публикации. По теме диссертационной работы опубликована I статья.

Объем и структура диссертации. Работа содержит 130 страниц машинописного текста, 26 рисунков, 18 таблиц, список использованной литературы из 61 наименования; она состоит из введения, шести глав, общих выводов и рекомендаций, приложений.

". J введении обоснована актуальность и практическая ценность проведенных исследований, дана краткая характеристика выполненной работы и полученных результатов.

В первой главе проанализованы горно-геологические условия, состояние техники и технологии и технико-экономические показатели бурения на месторождении Хонгай; выведены основные виды осложнения и требования к промывочным агентам для повышения эффективности геологоразведочных работ.

Во второй главе проанализованы условия применения и опыт бурения скважин с использованием Г1С в сложных геологических условиях; приведены результаты технико-экономических исследований процесса бурения с использованием Г1С; на основе проведенного анализа обоснована целесообразность применения Г1С в качестве очистного агента на месторождении Хонгай; поставлены задачи исследований.

В третьей главе проведено обобщение состояния и методик ис-

- г —

следований кинетики образования и разрупения ГНС, реологических свойств, ингнбирующей способности и триботехнических свойств буровых растворов; ка основе анализа предложена новая методика исследования кинетики образования и разрушения ГЖС; изложена методика исследования ингибиругащей способности ГЖС; описаны опытная установка для исследования кинетики образования и разрушения ГЖС, прибор для определения ингибирующей способности ГЖС, материалы и химические реагенты для создания Г^С.

В четвертой главе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований некоторых свойств ГЖС различных композиций; выявлен характер влияния пенообразователей и различных цобавок'на пенообразующую способность раствора и устойчивость получаемой ГЖС; выявлены реологическое поведение Г5С и влияние пе-■юобраэователей и различных добавок на реологические свойства ГЖ; определена ингибирующая способность ГЖС на основе чего объяснена гуцность взаимодействия ГЖС с глинистыми породами; приведены результаты сравнительной оценки смазочной способности ГЖС.

В пятой глазе на основе результатов проведенных экспериментов предложен критерий выбора рациональной рецептуры ГЖС; разра-¡отаны рецептуры Г5С для бурения в устойчивых породах, поглощающих горизонтах и в глинистиых породах; даны технические и техно-югические рекомендации для бурения в условиях месторождения ти-1а Хонгай с использованием ГЖС.

В аестой главе приведены результаты производственных испыта-шГ| пеногенераторной установки и прогнозирование экономической |ффекгивности внедрения ГЛС в условиях меторождения Хонгай Вьет-|ама.

В заключении сформулированы основные выводы по работе.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю ,.т.н. профессору А.Г.Калинину и научному консультанту, к.т.н., ,оцелту Н.В.Соловьеву за руководство научными исследованиями и аучио-методическую помощь при выполнении диссертационной работы.

В процессе работы над диссертацией и в период написания автор ольэовался ценными советами и методической помощью д.т.н., про-ессора Д.Н.Башкатова и д.т.н. Сутягина В.В., а также сотрудников афедры "Разведочного бурения" МГРИи заведующего лабораторией"Про-ывочных жидкостей и осложнений при бурении скважин" ВИТР ВПО

"Геотехника" Рудометова Ю.Г., за что выражает сердечную благодарность. Автор также признателен работникам ГН1 ОГО "Урал-геология", особенно главному инженеру ГРП рудника "Южный" Хренову А.Ф., за содействие в проведении производственных испытаний и вьетнамским коллегам за советы и помощь в сборе материалов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТ

Исследованию, разработке и рациональному применению газоаид-костных смесей для бурения геологоразведочных скважин в сложны« геологических условиях посвящены многочисленные работы специалистов в области техники и технологии бурения: А. И.Кирсанова ,Б.Б.Куд-ряшова, А.М.Яковлева. В.И.Коваленко, Л.К.Горшкова, Ю.Д.Мураева, В.И.Васильева, А.Е.Козловского, Н.И.Слюсарева, Р.Митчелла,М.В.Казакова, А.Б.Амияна, В.К.Тихомирова и др.

Отечественный и зарубежный опыт применения ГХС в сложных гео логических условиях свидетельствует о перспективности и эффективности применения Г1С на основе ПАВ и полимеров, а также о назревшей необходимости систематизировать и развивать исследования в этой области.

Анализ горно-геологических условий, технологии бурения и тех нико-экономических показателей бурения на месторождении Хонгай показал, что для повышения эффективности буровых работ необходимо разработать новый более эффективный промывочный агент, который должен обладать ингибирующим действием, позволяющим безопасно про водить скважины через глинистые толщи; иметь низкую плотность для предупреждения утечек в поглощающих горизонта-: обладать высокой выносной способностью при невысокой скорости восходящего потока, предотвращающей размыв керна и стенки скважины; обладать хорошей смазочной способностью, позволяющей бурить на высоких частотах вращения бурильной колонны и снизить расход истирающих материалов

Опыт бурения в сложных геологических условиях с применением ГЕС в Советском Союзе и зарубежом показывает, что применение ГЖС позволяет не только безопасно проводить бурение, но и увеличить механическую скорость бурения, уменьшить расход алмазов, повысить выход керна, исключить необходимость применения антивибрационных

¡мазок, улучшить санитарные условия работы на буровой, а также увеличить производительность и эффективность бурения.

Для эффективного использования ГХС необходимо разработать эациональные рецептуры на основе всестороннего исследования свойств ^ХС. Б работах А.И.Булатова, Е.А.Козловского, В.В.Федорова и др. )азработаны рецептуры ГХС и указаны условия их применения. Однако, ! этих исследованиях не было обоснований основного критерия вывоза рационального состава ГНС. Кроме того, существующие методики щенки пенообразующей способности и устойчивости ГХС пригодны толь (О для оценки свойств ПАВ, при этом способ получения пены далеко юсходны со способом получения пен в практике геологоразведочно-•о бурения. Малая изученность реологических свойств ГХС эатрудня-¡г проводить практические гидравлические раеч«ты. И наконец инги-(ирующая способность ГХС полностью не исследована, однако, позво-шет расширять область применения ГХС в сложных геологических ус-ювиях.

Это обусловило задачи исследований, сформулированные выше, ювение которых позволило в конечном итого повысить эффективность ¡урения в сложных гоолого-технических условиях.

Основные защищаемые положения. Проведенные исследования поз-юлили сформулировать следующие защищаемые положения.

I. Предложена методика исследования кинетики образования и изложения ГХС сложного композиционного состава (в порядке обсуж-ения).

Для оценки пенообразующих растворов и приготовленных из них 'ХС исследователи пользуются разнообразными критериями: Объемом ли высотой столба ГХС, полученными в определенных условиях про-едення эксперимента; отноиением объема или высоты столба Г1С к ремени ее полного разрушения; изменением объема (высоты столба) 1С во времени, представленным в виде графиков, и т.д.

В лабораторных условиях Г1С получают различными способами: стряхиванием, взбиванием, продуванием воздуха, перемешиванием, ыливанием, трением. Метод Росса-Майлса, которым пользуются во ногих странах для оценки пенообразующей способности реагентов и стойчивости получаемой ГХС наиболее распространен. Но способ поучения ГХС по этому методу (выливание) далеко не сходен со спо-

собом получения ГЖС в практике геологоразведочного бурения.

Данная методика, разработанная на основе анализа кривых разложения ГЖС, позволяет оценивать пенообразуюцую способность композиций, устойчивость получаемой ГЖС и совместимость различных видо! ПАВ с многокомпонентными полимерно-высокомолекулярными и минеральными комплексами в составе ГКС, которые необходимо учесть при разработке рациональных рецептур ГЖС.

Суть подхода заключается в анализе характера кривых разложени ГЖС, полученных в результате измерения объема образуемой ГЕС на специально разработанной установке и наблюдения за изменением объема ГЖС во времени.

Для исследования кинетики образования и разложения ГЖС получа ли на специально разработанной установке, принцип работы которой заключается в следующем: воздух от компрессора с производительностью 0,05 м3/мин и рабочем давлением 3 кГс/смг поступает з емкость для пенообразующего раствора' и пеиогенератор (смеситель) сетчатого типа с размером ячейки I мм. Пенообразующий раствор под давлением воздуха поступает в смеситель, где он смешивается с воздухом и образуемая ГЖС выбрасывается в мерный цилиндр.

Кинетику пенообраэования оценивали кратностью К0 в первоначальный момент образования, которая представляет собой отношение объема ЖС Уо к объему жидкости Уж , содержащей пенообразователь, т.е. К « / Уж

Кинетику разложения оценивали изменением объема образованной ГЖС (в см3) через заданные промежутки времени: 30 секунд, I; 5; 10; 15; 20; 25; и 30 минут, описываемым в виде кривых разложения.

На основе анализа кривых разложения ГЖС выделяются три участка. Объем получаемой ГЖС почти не изменяется в начале до момента времени а с промежутке от до Ь 2 объем ГЖС уменьшает-

ся с одинаковой скоростью, характеризующейся крутизной кривой 3. :

а = ~ Уо^к

Ч-к ~ Ъ-и (1)

где ~ объем ГЖС, соответствующие моментам ^ и t2» см3.

В какое-то время 1 объем Г1С будет определяться вираже-

ем:

- II -v:-Vo-a(t-t,)

, см3

(2)

Кратность ГЗС в момент времени t определяется формулой:

ли

Kf =K0[l-ÜP(t-ti)]

(4)

- скорость разрушения ГЖС, характеризующаяся-изменением единицы объема образованной ГЖС в минуту,мин-*.

С использованием формулы (4) можно определять состояние сис-^мы э любой момент времени.

Скорость разложения ГАС разная для различных ПАВ и компози-

:польэованы для оценки устойчивости ГЖС.

Таким образом, предлагаемая методика позволяет:

- определять пенообраэуюцуга способность раствора ПАВ и ком-зиций;

- оценивать устойчивость ГЖС не в какой-то отдельно взятый мент времени, а но всему времени существования системы;

- прогнозировать состояние ГЖС в любой момент времени.

С использованием отой методики нами было исследовано 30 сос-зов пенообразующего раствора и результаты опре; юния показа-iert приведены в диссертации.

Результаты исследования кинетики образования и разложения 1 показали, что повышение содержания пенообразователя увеличи-¡т кратность ГЖС и уменьшает ее устойчивость; повышение кон-трации реагентов-стабилизаторов незначительно уменьшает крат-ть Г1С и значительно увеличивает ее устойчивость; рациональ-содержаниэ пенообразователя 0,5-1%, Кмц-0,20-0э25%, гипан-0,5-и KCL - до 3%.

П. Реологическое поведение ГЖС композиционного состава опи-ается уравнением Шведопа-Бингама. С ростов содержания пенооб-

!И. Этот показатель ( Up ) вместе с показателем "t^ могут быть

- 1Z —

разог 1теля и полимеров-стабилизаторов усиливаются структурные свойства ГЖС.

Стабильную пену можно рассматривать как гомогенную систему поэтому можно использовать методику исследования реологических свойств однородных жидкостей.

Статическое напряжение сдвига Г1С в предыдущих исследован» определились с помощью прибора СНС-2, которое во многих работах использовали для оценки выносной и удерживающей способности ГЖС Для определения обобщенного критерия Рейнольдса а« значения з фективн^й вязкости Слюсарьев H.H. находил по графику, построенному на основании замеров реологических свойств пены различного газосодержания на вискозиметре ВСН-3. Автором настоящей работы проведены реометрические исследования ГНС различных композиций с помощью серийно выпускаемого ротационного вискозиметра ВСН-3 четырьмя скоростями вращения цилиндра. Полученные результаты не дают полную кривую течения но позволяют судить о характере крив н определить реологические араметры ГЯС.

Г1С имеют динамическое напряжение сдвига; графики их коней стенции не проходят через начало координат. Эти графики иногда нелинейны, но при высоких скоростях сдвига приближаются к прямо Наличие динамического напряжения сдвига подтвердило, что Г1С об ладают пространстг-мшой структурой. Поэтому для описания поведе ния ГЕС целесообразно использовать уравнение Иведова-Бингама.

Результаты выполненных реометрических исследований показал что изменение реологических свойств связано с типом " концентра .,ией пенообразователей и стабилизирующих добавок.

С повышением концентрации сульфонола от 0,3% до 3% напряже ние сдвига возрастает; кривые течения смещаются направо в сторо повышения концентр.-ции сульфонола Такая же картина наблюдалась для Г2С с другими пенообразователями п#нолом и АЛВА (болгарский реагент).

Присутствие стабилизаторов Гипана и КИЦ существенно влияет на стругтурные свойства.Г1С. С ростом концентрации этих реагент напряжение сдвига возрастает заметно. Совсем обратная закономер ность получилась при введении в пенообразующий раствор электрол та KCl . Присутствие KCl снижает напряжение сдвига ГЖС. Это мо объясиятьгт тем, что присутствие полимеров повииает вязкость, в

|«ктролит выступает как понизитель вязкости жидкой фазы ГДС, ко-|ряя определяет вязкость и структурные свойства всей системы.

Реологические параметры ГХС: эффективная вязкость , плас-1ческая вязкость и динамическое напряжение сдвига5>тоже зави-iT от типа и концентрации пенообразователей и стабилизирующих >бавок. Увеличение содержания пенообразователей и полимерен прй-гдит к повышению динамического напряжения сдвига и вязкости ГХС. |ектролит может служить понизителем вязкости и одновременно окатает стабилизирующее действие на газожидкосгную систему.

И. ГХС обладает ингнбирукпцей способностью, которая обуслов-|вается малым содержанием жидкости в ГХС и присутствием в ней агентов, обладающих ингибирующим действием к глинистым породам.

Главным фактором, влияющим на устойчивость глинистых пород ляется их физико-механическое воздействие с фильтратом жидкости, держащейся в ГХС.

Исследованию ингибирующей способности промывочных жидкостей священы многие работы В.Д.Городпова, А.И.Пенкова, А.А.Пенжояна, С.Сулакшин;!, U.C. Чубика, А.Н.Яковлева, Б.Б.Кудряшова и др<

При исследовании взаимодействия ГХС с глинистыми породами ществующие методики имеют следующие недостатки: Время наблюдв-я слишком велико для обеспечения полного набухания образца, а емя существования ГЖС невелико (30 мин); время набухания образ-зависит от площади контакта с жидкостью, что требуется стандар-зация приборов; образец не прямо контактируется с жидкостью, о затрудняет проникновение фильтрата от ГХС в о ^азец.

Для исследования ингибнрующей способности ГХС предложена сле-ющая методика: образцы-кубики размером 2x2x2 см из бентонитовой ины, кроме одной грани, покрывают эпоксидной смолой. Образцы мещают в исследуемые ратворы и ГХС и измеряют толщину набухше-ся слоя образца во времени с помощью простого разработанного тором прибора, состоящего из мессури (индикатор деформации ча-вого типа), ванны для исследуемой ГХС и держателя. Принцип paru прибора заключается в следующем: глина при вза>. юдейств».и с (костью набухается, изменяя при этом свое свойство. По мере про-сновенип фильтрата в образец набухшийся слой становится мягким мконечник мессуры под действием пружины погружается в образец.

Толщина лабухшегося слоя определяется по шкале мессуры с ценой деления 0,01 мм. Предлагается оценивать ингибирующую способность Г1С .олщиной набухшего слоя образца S (мм) за 30 минут и скоростью проникновения фильтра в образец (мм/мин)., рассчитываемой по формуле:

_ ' 5

U — ^ мм/мин (5)

где t - время наблюдения, мин.

Полученные результаты исследования взаимодействия ГЖС с бентонитовой глиной показали, что со времением толщина набухшегося слоя образца возрастает с постоянной скоростью для воды и раствора, а для ГЖС эта скорость постепенно уменьшается. Это объясняется уменьшением содержания жидкости в ГЖС по мере разрушения.

Анализ полученных результатов позволяет оценивать ингибирующую способность TSC по сравнению с раствором и водой. Так, ингиби-ругащая способность ПС выше, чаи у пенообразующего раствора в 1,8 раза и выше, чем-у воды в 3 раза.

Таким образом, применение ГЕС в качестве очистного агента позволяет намного снизить набухание глинистых пород, слагающих стенки скважины и вполне может обеспечить безопасную проводку скважин через глинистые толщи, если добавить к Г1С некоторые реагенты (КМЦ, KCl ), обладающие ингийирующим действием.

1У. Предложен критерий выбора рациональной рецептуры ГЖС, пре,п ставляющий собой рациональное время существования ГЖС, требуемое дл под/Юржания се технологических свойств в скважине. На его основе разработаны рецептуры ГЖС для бурения в различных условиях.

Во многих справочниках и работах (И.А.Булатова, А.И.Пенькова, A.E.Koi .овского,. В.В.Федорова, Ю.Д.МурЗева и др.) рекомендованы ре-■дептуры ГКС в соответствии с ее технологическими функциями для конкретных условий, однако, отсутствует основного критерия рационального состава при выборе рецептуры.

При выборе рационального состава пенообразующего раствора,, основой может служить требование, что Г1С должна быть достаточно неустойчива, чтобы легко разрушаться на поверхности и настолько стабильной в скважине, чтобы обеспечить надежное удаление с забоя раз-

пенной породы и поддержание заданной плотности и других техноло-чоских свойств ГЖС. Многочисленными исследованиями подтверждает- ' , что при объемном содержании жидкости 2-10% (К = 10*50) стаби-ная пена однородна и ее выносная способность на 5-10% выше, чем жидкости; при содержании жидкости менее 2% (К>50) в пене обреется воздушные пачки и ее свойства становятся близкими к зойст-и туманя и воздуха; при содержании жидкостл более 10% (К<10) пе-терлет однородность и ее свойства приближаются к свойствам -жид-сти,

В соответствии с вышеизложенными выбираем кратность Kt = 10. ■ »образуя формулу (4) получаем выражение для определения времени , в течение которого ГЖС сохраняет хорошую выносную способность

Т » —í— (I - —) + tT , мин (6)

-v, ко i

Этот показатель является наиболее общим для характеристики :тояния Г1С, так как он включает в себя и пенообразующуй способ-:ть (К ) и устойчивость ( \)ри ti ) ГЖС.

Результаты определения времени Т приведены в диссертации.

Если принимаем Т за время пребывания Г1С в скважине, то пока-гель времени Т может служить критерием выбора рационального cocía ГЖС.

Полученные результаты исследований показали, что наибольшие (чения показателя Т наблюдаются при следующем скавв пенообразо-елей и стабилизаторов:

- пенообразователи: сульфонол - 1%, пенол - 0,5%, AJIBA - 1%;

- стабилизаторы: гипан-0,5-1%; КМЦ-0,5%; КС1 -3%.

В соответствии с требованием к Г1С для повыаения механической фости бурения, борьбы с поглощением и набуханием глинистных по-I и с использованием критерия выбора рационального состава размотаны рецептуры Г1С для бурения в различных условиях, которые ;ведены в табл.1.

Таблица I.

РАЦИОНАЛЬНЫЕ РЕЦЕПТУРЫ ПС ДЛЯ БУРЕНИЯ В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ

Состав пенообра- BvDeHHe в усхой_ Бурение d погло- Бу_вниа . глини_ эую«(его раствора ьУРение в Устои- _аицих ropM3on- ьурение в глини-" £ н чивых породах стых породах

Сульфонол НП-3 0,5-1 I I

КМЦ - 0,20-0,25 0,20-0,25

KCl - - 0,5-1

Вода остальное остальное остальное

В случае вода обладает высокой жесткостью рекомендуется вводить кальцинированную соду в количестве 0,5-1% для.смягчения воды.

Опытно-производственные испытания пеногенераторного устройства к разработанных рецептур ГЛС были проведены в ГРП рудника "Южный" ПГО "Уральгеология". В разрезе всех буримых скважинах на территории рудника наблюдаются осложнения в поглощающих горизонтах, сложенных раздробленными альбититами и диоритами и в глинистых породах, вызывающих обрушение стенок скважины. Для предупреждения возможности возникновения аварии было принято применение ПС в качестве промывочного агента с помощью разработанной пеногенератор-ной установки, смонтированной на прицепе для удобного передвижения. Основные результаты испытания сводятся к следующему: применение Г1С увеличивало механическую скорость бурения на 30-50%; ПС с разработанной рецептурой обеспечивала стабилизацию стенок скважин, сложенных глинистыми сланцами; изготовленное пеноген~раторное устройство хорошо работало и может работать до глубины скважины 200 м.

Объем бурения на месторождении Хонгай составляет 16900 м.

Ожидаемый экономический эффект составит 377.772.000 донг.

- п —

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. На основе анализа горно-геологических условий, техно гии и технико-экономических показателей бурения на месторождении Хон-гай и условий применения, технологии бурения, результатов технико-экономических исследований процесса бурения с использованием ГХС предложено применение ГХС, внедрение которых позволит повысить технико-экономическую эффективность бурения скэажин, особенно в сложных геологических условиях (поглощение, нарушение устойчивости стенок сквааин...) как на месторождении Хонгай, за счет повышения механической скорости бурения, снижения расходов алмазов и сокращения времени на тампонирование зон осложнений в скиажинах.

2. Разработана и апробирована методика оценки совместимости ГХС на основе многокомпонентных составов, определяемой по кривым раэловения ГХС, обработка которых позволяет исследовать кинетику образования и разложения ГХС яри получении ГХС предложенным ними методом, идентичным со способом получения ГХС в производственных условиях геологоразведочного бурения.

3. В результате проведенного экспериментального исследования кинетики образования и разложения ГХС установлено, что тип и содержание ПАВ-пенообразователей и реагентов-стабилизаторов существенно влияют на пенообразующую способность раствора и устойчивость юлучаемой ГХС. Повышение содержания ПАВ (до ККМ) вызывает увеличение кратности и уменьшение устойчивости ГХС. Наоборот, при повы-аении концентрации реагентов-стабилизаторов кратность ГХСмзначи-гельно уменьшается при заметном возрастании ее устойчивости.

4. Реометрические исследования и расчеты реологических параметров. позволили получить новые сведения о поведении реологических ;войств ГХС в условиях комбинации высокомолекулярных, полимерно-минеральных компонентов, которые необходимо оценивать при практи-1еских гидравлических расчетах. Установлено, что увеличение содер-кания пенообразователей и полимеров-стабилизаторов приводит к почтению напряжения сдвига и вязкости ГХС, а добавка электролитом ?ызывает снижение пязкости и напряжения сдвига ГХС.

5. Разработана методика оценки ингибируюцей способности ГК по толщине набухаегося слоя образца из бентонитовой глины и скорости проникновения фильтрата в образец. С использованием данной методики выявлено, что ингибирунщая способность ПС выше, чем у пенообразующе'го раствора в 1,8 раза и выше, чем у воды в 3 раза, которая' обусло' ивается малым содержанием жидкости в ПС и при-

утствием в ней реагентов, обладающих ингибирующим действием к глинистым породам.

6. В результате исследования смазочной способности ПС по коэффициенту трения и затратам мощности на бурение, установлено, что Г1С занимает промежуточное место между водой и эмульсионным раствором по смазочной способности, и применение ПС позволяет снизить затраты мощности на 11-50% по сравнению с промывкой водо

7. Обоснован и предложен критерий выбора рациональной рецеп туры ПС, представляющий собой рациональное время существования ПС в скважине, требуемое для поддержания ее технологических cboi ств.

8. На основе использования предложенного критерия разработа) рецептуры ПС для бурения в различных условиях. Для бурения в ус'. чивых крепких породах с целью повышения механической скорости бу) ния предложена рецептура: сульфонол НП-3-0,5-1%, вода - остальное

Для бурения в пт-лоцающих горизонтах с целью повышения стру» турно-механических свойств ПС предложена рецептура: сульфонол НП-3-1%; КМЦ-0,20-0,259о; вода - остальное".

Для бурения в глинистых породах с целью повышения 1нгибирую-ще* способности НС предложена рецептура: сульфонол НП-З-ГХ, КМЦ--0.20-0,25»; KCl -0,5-1%; вода - остальное.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих рзбо

тах:

I. Нгуен Суан Хоа, Соловьев Н.В. Критерий рационального сост ва гаэожидкостных смесей. Известия ВУЗов. Геология и разведка IP 4 М. МГРИ. 1992.

подписано к печати 23.11.92 г. Тираж 100, зак. 983 Типография ГЖ.РФ