автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Регулирование реологических свойств вязко-упругих композитных систем, применяющихся при бурении скважин, на основе синергетических принципов

ВСЕРОССИЙСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАШШ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ БУРОЕОЯ ТЕХНИКИ " ЕНИИБТ

На правах рукописи

КЯЗИШВ ЭЛЬЧИН АРИФ СГЛЫ

УДК 622.244.442

РЕГУЛИРОВАНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЯЗКО-УПРУГИХ КОМПОЗИТНЫХ СИСТЕМ, ПРИМЕШЮДСЯ ПРИ БУРЕЕШ СКВАШ1, НА ОСНСЕЗ ШЗРГЕТКЧЕС1ШХ ПРШЩШОВ.

Специальность 05.li5.10 - Бурение скиатлц.

Автореферат диссертации на соиасаито ученей стзпзпи

Г-андидата техннчес-;«1:* лзук

1,'ссгаа - 1993 г.

Работа.выполнена во Всероссийском нефтегазовом научно-исследовательской институте имен» академика А.П.Крылова и Всероссийском ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте буровой техники.

Научный руководитель - академик АН Азербайджанской Республики, заслуженный деятель науки и техники Азербайджанской Республики, догаор технических наук, профессор Шфзаджанваде А.Х. Официальше оппоненты: доктор технических наук, профессор Крылов В.И.

доктор техничесшге паук Свалов A.M.

Ведущее предприятие: Котурдепинскоо УБР концерна Балканнефть (г.Небитдаг, Туркменистан)

Защита состоится "'М " МЛА^Л 1S93 г. в Л0Счасов на заседании специализированного Совета Д.104.03.01 Всероссийского ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательского института Суровой техники по адресу: 117957, г.Поста, В-49, Явлинский проспект, б.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНШШГ.

Автореферат разослан " t " 1993 г.

Совета,

УчекиЛ секретарь специализированного Совета, кандидат технических наук Литвинов АЛ1.

Общая характеристика работы.

Актуальность теш. В области бурения скважин приоритетным остаются проблемы повышения качества подготовки стволов, вскрытия продуктивных пластов, освоения их с одновременным обеспечением надежного раэобг^нкя.

В процессе решения указанных проблем особое внимание уделяют применен«» вязко-упругих, облегченно-вязко-упругих, вязко-упруго-сыпучих композитных систем, представляющих растворы полимеров, ПАВ, наполнителей и специальных химических добавок. Этим реологически сложт-1- средам присущ неравновесный характер течения в различных каналах.

Процессы упорядочения, самоорганизации в явлениях различной природы в последнее время привлекают внимание многих ученых и исследователей. Возникшая па стыке наук новая дисциплина - синергетика - существенно распиряет пути анализа сложных систем, где процессы самоорганизации и саморегулирозания идут с участием больсого числа объектов и, следовательно, определяются совокупными, кооперативными действиями.

Использование синергетического подхода при разработке рецептур вязко-упругих композитных систем .на основе химических реагентов и физических полей может дать возможность создания более гибких, эффективных, а также знерго и ресурсосберегающих технологий, актуальность которых на сегоднппний день очень высока.

Пельи диссертационной работы является разработка научных и практических основ регулирования реологических свойств вязко-упругих композитных систем, применяюргеся при бурении скважин, на базе модельных представлений и зксперкчентп.-ьта исследований.

В р&боте решены следующие задачи:

1. Экспериментально показана возможность разработки рецептуры вя8ко-упругой композитной системы на основе синергетических принт;-

поз.

2. Экспериментально исследовало влияние физических полей, в частности, поля акустических колебаний, барообработки, постоянного магнитного поля на реологические свойства вязко-упругих композитных систем. ,

3. Экспериментально исследовано влияние комбинированных физических полей на реологические свойства вязко-упругих композитных

систем. • ,

4. Экспериментально исследованы динамические особенности дви- : жения вязко-упруго-сыпучих композитных систем при различных соотношениях 1/с1 (где Ь- длина пробки композиции, с1 - внутренний диаметр трубы) и угла наклона ос .

■ 5. Экспериментально исследованы вытесняюадае способности разработанных вязко-упругих композитных систем лри очистке й разделении потоков разноплотностных жидкостей. 1

Методы исследований. Поставленные в диссертационной работе задачи решались путем проведения комплекса исследований на моделях промысловых систем,лабораторных установках.. позволивших 'экспресс-методами оценить возможность регулирования реологических свойств вязко-упругих композитных систем. Результаты обработаны с 1ЮМО1ЦЫ0 ЭЕЫ.

Научная новиана заключается в следующей: .

1. Разработаны научные и практические основы регулирования реологически свойств вязко-упругих композитных систем, применяющихся при бурении скважин. ' .

2. Разработана новая рецептура вязко-упругой композитной системы на основе синергетических принципов.

3. Предложены способы регулирования реологических свойств вяз-, ко-упругих комлоситтк систем воздействием физических полей прп различных принципах их приложения. ■

•1. Разработан способ регулирования рецептуры вязко-упругой

композитной системы на основе использования комбинированных физических полей.

5. Установлена зависимость движения вязко-упруго-сыпучих композитна систем при рззличных соотношения}: Ь/й и угла наклона л .

6. Показана возможность применения разработанных на-основе си-пергетических принципов вязко-упрутих композитных систем при очист-;:? и разделении потоков разноплотностних ищкостей з трубопроводах слогяюи конфигурации и стголэ горизонтальной скваташ.

Практическая ценность' ¡1 реализация результатов работы.

На основшпш спспериментальных исследований разработаны новые рецептури и технологии применения вязко-упругих композитных систем, которые рекомендуются использовать:

- в качестве буферных кщкостей для разделения потоков разно-плотностпих шакостей;

- для очистки стволоз нагаонных и горизонтальных сква-кин о? плама;

- для изоляции поглопдящих интервалов пласта.

Апробация работа. Основные результата диссертационной работы догадывались на:

- V научно-технической конференции молодых ученых и специалистов по проблемам освоения нефтегазовых месторождений. Вшу, 1939 г.;

- V научно-технической конференции' молодых ученых и специалистов по развитии научных основ разработки мгстсро:*.дений нефти и газа. Еаку,1Б90г.;

- па гаут.но-теоретической конференции колодах учены:: и аспирантов по проблемам освоения недр земли (на немецком кс-1;ке). !'оскза,15Э! г.;

- :-а нзучг.о-техт.ческой конференции аспирантов ВУЗов. Нсск-

- :;а научно-техшмеском семинаре ЕККИТ57. !'сс:сза, 1993г.

Публикации. Содержание диссертационной работы отражено ь 7

ь

публикациях.

Структура работы. Диссертационная работа состоит иэ введения, четырех глав, выводов и рзкомендаций, списка использованной литературы, насчитывавшего 121 наименований. Работа изложена на ^страницах, включая 27 рисунков и 9 таблиц.

Содержание работы.

Во введении обоснована актуальность исследований, сфорыулнро-вакы цель и решаете аадачи, научная новизна и практическая ценность диссертационной работы.

Первая глава посвящена реологическим моделям вявгл-упругих систе;.' и катодам экспресс-оценок определения их реологических . характеристик, исследований в области применения вязко-упругих коипо-аитных систем в технологических операциях бурения скважин', разработка новых рецептур на основе использования сшюргегичесшгх принципов.

В последние два десятилетия для цементирования обсадных колонн при низких скоростях восходящего потстса находят применение буферные жидкости с вязко-упругая: свойствами. ?ти жидкости на водной основа с добавками высокомолекулярных .соединений обладает способность» к сохранении эластичной (упругой) поверхности раздела, поддаются регулирование плотности в пределах 200-2160 кг/ы5. Исследования, связанные с применением влага-упругих оисем при бурогаш скважин, показали их высокую эффективность; они обеспечивая? глк более полное замещение бурового раствора цементным, так и лучлий контакт его со стенками колонны и скважины вследствие очистки указанных поверхностей от слоя раствора г. рыхлой частк фильтрационной корки. Эти свойства вязко-упругого разделителя делают его применение особенно необходимым при цементировании скважин со сложным профилем и значительной каверзностью ствола.

В диссертационной работе реализуется современный подход к разработке и примененюо вязко-упругих композитных систем, основанных

на использовании синергетических принципов.

Получена новая рецептура Еязко-упругой композитной системы, включающая: полишсриламид, моноакриловий эфир полиэтилеигликоля на основе полимердистиллята с длиной алкильной цепи от 10 до 12 углеродных атомов, морскую соль, хромкзлиевые квасцы и воду. Эта система обеспечивает высокую степень разделения потоков разноплотностных .гедкостей при одновременном снидении расхода химических добавок.

Вторая глава посвякена экспериментальному исследсзанш слияния поля акустических колебаний, барооСработки, постоянного магнитного поля на изменения реологических характеристик вязко-упругих ксмпо-зитных систем и разработке рецептур указанных систем па ссновэ си-нергетического подхода применения физических полей.

Благодаря исследованиям ©.С.Абдулина, И.М. Аметова,Э. A. АхметЕИ-на, О.Т. Еагпрова, А.И.БашафОва.А.О.Богопольского.И.П.Бреднса, Д.Е.Валиуллина, Ф.Г. Велиева, A.B. Глазуновой, Г.И.Григсраг.енко, В.И.Гусева, Р.М.Еннкеева, С.А.Ефимовой, Ю.П.Еелтова, 3.Т.Измайлова.

B, И.Классена, О.Л. Кузнецова, Л.Li. Мамедзаде, В. И. Ииненко, Л.Х.Шфзадманзаде, P.X.Беликова, Н.А.Рустаызаде, Т.П. Оалаватова,

C.К.' Сарыэва, М. Л. Сургучева, А.И. Си.;арскогс, Э.Н. Сиккина.Е.Ф. ТеОенихшта, A.B. Уголевой, И.А. Швецова, II.Ы. Перстчева и др. разработали теоретические и пршшгческие основы применения Физических полей в различных технологических процессах нефтяного производства.

Е!.',есте с тем ресепиэ задач noncica путей расширения и углубления области внедрения физических полей в прутике бурения скватан остается весьма актуальным. Это связано с тем, что воздействием физических полей на сланные вязко-упругие композитные системы представляется возможным создание высокоэффективных энергоресурсосбеое-гахвдх технологий бурения.

В первом разделе главы экспериментально исследовано влияние-поля акустических колебаний (ультразвукового воздействия) на реоло I ические свойства вязко-упругих ксшыытшх систем, предетавляющх

растворы полимеров, ПАВ, наполнителей и специальных химических до бавок, которым присущ неравновесный характер течения в трубах и пористых средах.

Известно, что ультразвуковая волна - это распространение упругих колебаний в сплошной среда. Их получают д помощью генераторов, питаяцих ультразвуковые преобразователи, генерирующие электрические колебания тока соответствующей частоты в механические колебания ультразвукового диапазона. Генерирование низких колебаний ультразвуковых частот в - большинстве случаев осуществляется магнитострик-ционшди преобразователями, изготавливаемыми на частоты 18-20, 4045 кГц.

• Ралее проведенными исследованиями установлено,, что ультразвуковое воздействие мокет быть нспольеовано не только как средство изучения процессов формирования структуры, но и как средство воздействия на вецзство. Ультразвуковым воздействием возможно разругать весьма' прочные коагуляционпые структуры с понижением вязкости. На фоне коагуляционной структуры в период упрочнения происходит образование крисгаллизационно-коагуляцшшой струетуры. Прочность этой структура определяется пловдцками контактов частиц. Ультразвуковое воздействие повыпаэг прочность дисперсной системы, так как диспергирование увеличивает число коптшстоз частиц струютуры,- кото-роо оказывает больсоз шшянио на характер кристалличности той кэ системы. На основа проведенного анализа установлено, что:

- число центров кристаллизации при воадействш! ультразвукового поля значительно прзвьсаат число цэптроа в опытах боэ облучения, причем скорость кристаллизации увеличивался в десятки раз;

- температура появления первого центра кристаллизации возрастает с увеличенном интенсивности ультразвуковых колобапий;

- кристашшад-л в ультразвуковой поло способствует образования Е^сокодкспзрской пошфистадлнчеасой структуры;

- с гсохкоикгм шзюсти ультразвукового пода зффэкт ого дей-

. ствия увеличивается.

Неиболее важным эффектом, возникающим при ультразвуковом диспергировании гетерогенных систем, является кавитация, сущность которой основана на тон, что среды легко "переносят" очень Солызую величину всестороннего сжатия, но чрезвычайно чувствительны к рас-тягквсвдм усилиям. При прохождении фазы волны, создающей разряжение в жидкости, образуются, разрывы в форме мельчайших пузырьков, появляющееся обычно в местах с ослабленной прочностью. Такими местами являются пузырьки газа, . твердые частицы и пр.. Кавитационные полости, заполненные газом и парами жидкости, согерзают пульсирую-щи© колебания и вокруг них образуются сильные микропотоки, что приводит к активной местной турбулизации среды. После кратковременного существования часть пузырьков захлопывается, результате чего развиваются местные мгновенные давления, а также повышается температура и возникают электрические разряды в кавитацнонных полостях. Процесс кавитации зависит от параметров звукового поля (частоты и интенсивности), внвиних воздействий (температуры,статического давления н свойств жидкости: плотности, вязкости, поверхностного натяже-ш*я, упругости и др.).'

Экспериментальные исследования влияния поля акустических коле-бан1}й на различные вязко-упругие композитные системы i, вводились на ультразвуковом генераторе УЭГ-3 при резонансных частотах 16,8 -10,4 кГц, напряжении 220 В, с дальнейшим определением реологических характеристик упомянутых систем на, лабораторной установке, основными частями которой являлись емкость высокого давления и трубка диаметром 5,02 мм, обсей длиной 2.37 м.

В начала композитные' системы исследовались.без обработки полем , акустических колебаний, снимались кривые течения Ф-тф (где -касательное напряжение на шюдадкэ сдвига, f - скорость сдвига).

Затеи композиция подвергались воздействия ультразвукового поля в течение 20,40,60,90 и 120 минут и снимались аналогичные криьыз

течения.

Обработка исходных данных методом кашиишрных струй позволила оценить изменение вязко-упругих характеристик,- в частности, уменьшение эффективной вязкости на БО-бО %.

ьто моуло объяснить тем, что в акустическом поле происходит частичный нагрев среды за счет поглощения упругой анергии и разрыва.

связен у отдельных макромолекул при кавитации. В зависимости от

(

действующей упругой энергии изменяется соотношение скоростей от-. делышх стадий цепного процесса (роста и обрыва реакционной цепи), а от соотношения скоростей этих стадий зависят общая скорость и конечный результат реакция.

• Изменения структурно-механических свойств в полимерных композитных системах могут быть лиоь" отчасти объяснены упорядочением надмолекулярной структуры. При повышенных концентрациях полимера (> 0,2%) в раствора формируются роевые образования, по форме приближающиеся ' к кару. В результате межмолекуляркого взшшодействия происходит деформация отдельных макромолекул, формируется структура с плотной упаковкой по типу системы с двойной пористостью, где часть растворителя находится в межмолекулярном пространства, часть - внутри молекулярного клубка. Под воздействием поля акустических колебаний макромолекулярпые клубки частично упруго деформируются и со временем растворитель проникает внутрь глобул, упругие глгменты стремятся к восстановлении своих первоначальных,форм, что проявляется в повызении значения модуля упругости. -'

Зщпериментагыго установлено, что кшлозицни, обработанные в течение 20 , 40, 60 «»¡нут соответственно ва 10, 10 и 32 суток, полностью восстанавливают свои структурно-механические свойства. Увеличение ■ времени обработки до 90 минут приводит к полной диструкции композитных систец..

Выло сделано предположение о том, что, изменяя условия дист-ру;эд:и,возможно полностью подавить процесс образования новых связей

с изменением структуры полимера, либо сделать эго превалирую.'];™, в первом случае реакция приводит.!« уменьшению молекулярной массы, во втором - к изменению всех его физико-химичесювс свойств.

. В результате исслэдований был предлагал новый метод приготовления вязко-упругих композитных систем, при г.омоян которого стало возмокгам сократить расход хромкалиевых ¡свасцов на 18-20% и при этом увеличить эффеюттнув вязкость на 19-23%.

Этот метод предлагается осуществить в такой последовательности:

- для вязко-упругих композитных систем: обработка полем акустических колебаний раствора полимера в оптимальном временном регате (15-20 мин), а затем введение в систему ссивателя;

-для облегченно-вязко-упругих композита« систем: обработка полем акустических колебаний раствора полимера с ПАВ (15-20 мин), а затем введение сшивателя;

-для вязко-упруго-сыпучих композитных систем: обработка полем акустических колебаний раствора полимера с наполнителем (15-20 мин), а затем введение ссивателя.

• Зо втором разделе главы экспериментально исследовало влияние циклической барообработки на вязко-упругую композитную систему.

■ Известно, что после мгновенного скатия гетерогенной, системы до некоторого значения избыточного давления в закрытом контейнере наблюдается медленное падение давления на определенную величину, обусловленное изменением структурных характеристик, а такке процессом выравнивания температуры системы с первоначальной температурой. Повторное нагругение системы сопровождается падением давления на заметно меньший уровень.

Полная öapooCpaßQTKa системы достигается после нескольких циклов нагруяения с последующей длительной стабилизацией давления. В результате барообработки происходит изменение реологических характеристик неньютоновских систем, о чем свидетельствуют кривые тече-

iiim до и после Оарообработки.

Результаты многочисленных исследований свидетельствуют о том, что характер структурных изменений в результате циклической Оарообработки сложных реофизических систем существенно зависит не только от амплитуды изменения давления, но также и от частоты.

С целью исследования влияния циклической барообработки на вяэ-ко-упругую композитную систему бшш проведены серии экспериментальных ис^ледовавний lía лабораторной установке, включающей газовый баллон высокого давления, редуктор газового баллона, герметически закрытый сосуд, образцовый манометр и термостат.

В качестве вязко-упругой композитной системы пользовались 1.БХ-ным водным раствором ПАА с 0,lZ-mm водным раствором хромкали-евых квасцов.

Циклическую барообработку указанной композитной система осуществляли при перепадах давления 0,2 и 0,8 Ш1а в различных частотных интервалах при температуре 22°С.

До и после циклической барообработки строились кривые зависимости и методом капиллярных струй определялись вязко-упругие характеристики.

Анализ полученных результатов показал, что изменение реологических свойств вязко-упругой композитной системы после циклической Оарообработки мокно объяснить частично! разрусением ео структуры. Поскольку вязко-упругая композитная система обладает ярко, выралигн-кыми структурно-механическими свойствам;!, то происходило снижение эффективной вязкости в результате циклической барообработки. Деформация сдвига приводила к содьсому раярусенк» структуры композиции .н сн;с.йи,э ео вязкости, что подтверждается образованием петли гистерезиса, а также опытши, проведенными при ее течении в капиллярной .трубке.

Известно, что с увеличением молекулярной массы полимерных растворов, подвижность их молекул уыенызается и при различных физи-

ческих воздействиях происходят реакции диструкции, протекающие с разрывом связей основной молекулярной цепи, приводящие к понижению молекулярной массы полимера бэз изменения его химического состава. Знание механизма и основных закономерностей процессов диструюии полимеров дает военсстостъ интексифицировать технологические процессы.

. Учитывая сказанное вьпге, была проведена барообработка 1,БХ-но-го водного" раствора ПАА в оптимальной реггаые амплитуды и частоты с дальнейшим- сшиванием" 0,1%-кым водным раствором хромкалиепих квасцов. Предложенная последовательность приготовления вязко-упругой композитной системы позволила ка 12-15 X улучзить ее реолопгческие характеристики. Следует отметить, что приаР- 0,2 Ша, оптимальная частота барсобработки составила 27 цикл/ч, а при д Р - 0,8 кпа - 12 цикл/ч.

Третий раздел главы посвяцэн экспериментальному исследованию влияния ксмбгапфованных физических полей, в частности, постоянного магнитного полл напряженностью Н - 1,6х105А/м и поля гностических колебаний в диапазоне частот 16,8-19,4 кГц на реологические свойства вязко-упругих композитных систем и разработке рецептуры указанных сред с использованием малых добавок химических реагентов и воздействия физических полей. .'

Нз основе (зроведогашх исследований предлгаеш новый способ приготовления и рецептура Епзко-упругсй композитной спсте)!ч.

Перед введением подиакриламнда в воду дсбкытат сернокислое окисноз г.олезо, зате!1 обрабатывая';1 еэ постоя г.алл магнитным полем и • обрабатывают раствор пслт.:эра па'он акусигческих колэбшпш п оптимальном временном репамэ и вводят еод!шй растгор хроикалновух гсвас-цов.

Предлояенныэ способ и рецептура вязко-упругой коыяо&итнаТ системы позволяют суоственно удугаить ее реологические свойства, повысить ее разделяющие способности разноплотностных надкоетей в га-

нала:: сложной геометрии.

Третья глава диссертационной работы посвящена экспериментальному исследованию динамических особенностей движения вяэко-упруго-сыпучих композитных систем.

В первом разделе главы сделан краткий обзор рглЗот, посвященных исследованию и изучению вязко-сыпучих свойств многокомпонентных систем.

К реологически слсяшым система!.! относятся вязко-упруто-сыпучие композитные системы, характерными особенностями которых являются ' наличие в иих угла внутреннего трения 1|> и коэффициента сцепления К. В частности, в состоянии предельного равновесия ?ага:е системы описываются моделью Сен-Венана:

где нормальное напряжение на площадке сдвига.

Наличием параметров ^ и.К обусловлена способность гязко-сыпу-чих систем преобразовывать часть продольных напряжений в поперечные, т.е. мажет произойти процесс "запирания", который является отличительной особенностью указанных систем.

Во втором разделе главы с целью исследования динамических особенностей движения вязко-упруго-сылучих композитных систем приводится схема разработанной специальной экспериментальной установки, позволяющей провести исследования в различных соотношениях Ь/й, статических уролшх погружений (¡ю), перепадах давления (лЮ, а также разных углах расположения трубки с пробкой композиции («<•) и результаты опытов.

Предварительно были проведены эксперименты с буровым раствором, приготовленным из бентонитовой глины плотностью 1200 кг/м4 и было обнаружено, что движение раствора не зависит от направления его нагружения.

В качестве вязко-упруго-сыпучих композитных систем исследовали 1,5Х-ный водный раствор ПАЛ с добавлением кварцевого песка от 2 до

10% и 0,1Х-ного водного раствора хромкалиеЕЫх квасцов.

В начале эксперимента композиция в течение 20-25 минут находилась под статическим нагру.т.ением, созданным водяными столбами в пьезометрических трубах. Затем создавали перепад урознл водяного столба в левой пьезометрической трубе. Созданный перепад давления способствовал фиксирования момента движения композиционной системы. Затем исследуемую систему возвращали в исходное положение и 20-25 минут выдерживали на том з® статическом уровне нагру;.:ен:т.- Далее создавали • перепад уровня водяного столба в правой пьезометрической трубе и фиксировали момент движения системы в противоположную сторону. Таким образом в первом случае система нагружалась "снизу-вверх", во втором она претерпевала погружение "сверху-вниз". Было выявлено, что практически во всех случаях движение система, нагружаемой "снизу-вверх", наблюдалось при перепадах уровней меньпих, чем перепад уровней, двигающий систему, нагруженную "сверху-вниз". Опыты повторяли при статических уровнях Ьо-255 км, 355 мм, 465 мм, 555 мм соответственно и при углах с«-- о" (горизонтальное располохе-ние), 15*, 30°, -45°, 60* , 70*и 60* (вертикальное распололенпе).

Было установлено, что для композитных систем, содержат« 5 и 10Х песка, иагаикашаю оффэгаы наблюдается при угле наклона экспериментальной трубки с пробкой к горизонтальной поверхности,' расти 45*. Экспериментально установлено, что с увеличением статического уровня' •нагруяения системы значение страгивающего усилия умгньпает-ся, и. чем больше соотношение величины &/<3, тем больгэ становится сила, требуемая па страгиваю».

При СО* и более высота' нагружен ил системы пракпгчсски ко ыл-яет на двияелкг вязко-упруго-сыпучих, композитных систем.

Наряду с этим было выявлено, что ель ко-упругие композитна система без песка прн определенных услог-л:: та.'-~о прсязлпг'г вяз ко-сыпучие свойства. В частности, были проведены спытм с коыпогжии-ей, содержащей ¿.ЕЯ-ннй водный раствор ПАЛ с 0,05Х-икм водным р;^-?-

вором хромкалиевых квасцов. Для данного состава получено, что при углах на/лона еС-0-30* проявляются вязко-сыпучие свойотва, а о увеличением сб эти свойства практически исчезают.

При проведении экспериментов было замечено: в случае нахождения композитной системы в металлических трубках.где- выше шероховатость стенск. Солее ярко выражены пристенные эффекты; давления, достигающие системы "снизу-вверх" и "сверху-вниз", отличаются еще сильнее, чем в стеклянных трубках. '

Четвертая глава диссертационной работы посвящена практическому применению вязкогупругих и вязко-упруго-сыпучих композитных систем в технологических процессах бурения скважин.

В первом разделе главы экспериментально исследованы вытесняющие способности: технической воды, 20%-ных растворов НаС1 й морской ,сол?й, 0,5 и 1,5Х-ных растворов ПАА и вязко-упругий композитных

' __з

систем глинистых растворов плотностью 1180-1270 кг/м и различных иеханически* скоплений в трубопроводе со сложной конфигурацией. Разработанная специальная экспериментальная установка позволяла при устаяовивпемся расходе фиксировать границу раздела вытесняющей и вытесняемой сред и оценить коэффициент вытеснения кз,условия:

ч,/у, - /

где V, - объем вытесненной жидкости из трубопровода;

V - полный объем трубопровода.

Полученные зависимости коэффициента вытеснения от скоростей потока позволили сделать вывод о том, что вявко-упругие композитные системы, в отличие от других разделителей, выполняют функцию поршня I] трубопроводе и обеспечивают Полное вытеснение, тем самым повышаю; коэффициент вытеснения, который достигает единицы, и при этом полнота вытеснения не гависит ни от конфигурации, ни от угла наклона трубопровода.

Второй раздел главы посвящен- анализу современного состояния очистки наклонных и горизонтальных скважин.

. Благодаря экспериментальный исследованиям установлено,' что на качество очистки наклонных и горизонтальных скватан существенное влиянш оказывают: правильный выбор резяашэ-техпологичеосих параметров промывга сква'пш; реологические свойства буревого раствора, угол наклона и ряд других фзоторов.

• В целом, анализируя проведемте экспери.:энталыш9 исследования и про?.щсловые. наблюдения, можно сделать вывод, что увеличение скорости восходящего потока,регулирование параметров бурового раствора и другие изЕестпие в практшее мероприятия приводят лиль к незначительно?^ улучшения очистки ствола и забоя сивалины." При этом в местах изменения сечепил, кривизны ствола скважины, эксцентричности колонны в скветзшо происходит скопление плача и создается опасность прихвата бурильной колонны.

Для исследования воемсстюсти пршепэиия вязко-упругой кемпо-зитной системы для повышения качества счистки горизонтальной сгаза-яппы на специальной экспериментальной установка проводилась серия опытов. Установка, гаяпируг^зя горизонтальную сгазажину диаметров ствола 0-28 мм,' с внутренней трубой диаметром (1-18 )£.< и обс;эй длиной 1.-2,3 и, позволяла визуально наблюдать процесс очистки кольцевого пространства от плана при различных асоростях восходящего по-то:са бурового раствора и вязко-упругой композитной системы.

11з основе получении розухьтатоз строились завксниостт: ■ ^

Ко-Г(Уср), где Ко - юэоффщпонт вил оса слана, Уср - средняя скорость -потока гид кости.

Згсспэршэнтальпо показало, что с увеличенной расхода и соответственно средней старости потега бурового раствора вынос слома увеличивается. Влзуогьпо наблюдается, что в зоне полного соприкосновения внутренней труби со стешгаЛ сгакзти а а настенных учзстках ствола сква-там происходят ссгаяетга пикш, и увеличение скорости потока практически по влияет па процесс плюса. Более продолжителапая прохивка повиачителыю влияет па чистоту ствола с)сззлиш.

Идентичным способом производилась промывгл кольцевого прост- • раиства горизонтальной сквакиш вязко-упругой композитной системой, готорря через внутреннюю трубу поступала в кольцевое пространство и полностью вытесняла осажденные частицы плама.

Применение вязко-упругой композитной системы показало его высокую эффективность при очистке кольцевого пространства при низких скоростях восходящего потока.

Такш образом, выполненный комплекс лабораторных исследований позволяет рекомендовать применение вязко-упругих и вязко-упруго-сыпучих композитных систем для повышения -качества очистки стволов наклонно направленных и горизонтальных скватан и тем самым обеспе-ччть их проводку без осложнений.

Основные выводы и рекомендации:

1. Разработаны научные и практические ссновы регулирования ре- . ологически:: свойств вязко-упругих' композитных систем, применяющихся при бурении скважип, на базе модельных представлений и эксперимен- ' тальных исследований.1

Разработана новая рецептура вязко-упругой композитной систем на олгаче сииергетическпх принципов.

?. Разработаны новые технологии регулирования реологических свойств г: п зчо-упруг их композитных систем путем воздействия на них фис-ических имей (поля акустических колебаний, барообработки, пос-голнчого магнитного поля). При разл!гчных принципах их приложения "'дается сократить расход химических реагентов на 18-202. .

Предложены новый способ приготовления и рецептура вязко-упругой композитной системы, которые получаются путем воздействия комбинированными физическими полями и введением целевых добавок, позволяющих увеличить ее эффективную вязкость на 19-231 и повысить ее разделяющие способности разноплотностных жидкостей в каналах сложной геометрии.

5. Экспериментально доказано, что движение вязко-упруго-сипу--

чих композитных систем зависит не только от параметров Сеп-Вэнача, но и от соотношения длины коштозищщ к внутреннему диаметру трубы и от угла наклона ее расположения.

б. Показаны возможности пр:п.:э!;епнл разработанных на основе сп-иергетичесгатх принципов вязко-упругих композитных систем в качестве разделителей потоков разноплотностных жидкостей, а также для счист-rai 1изльц9В0Г0 пространства наклонных »'горизонтальных скважин.

Материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Влияние сннергетичес!сого эффекта на изменения рэологичесшк и " фильтрационных сзойстз кадюзиткых систем. Экспресс-информация. Серия "Нефтепромысловое дело" !) 11, 1CQ2 г. (в соавторстве с Белеп-1ю Л.В., Дзговцоещ Л.В., Шзпдгашм С.П.).

>

2. Разработсса.технологии понижения-нефтеотдачи пластов за счет воздействия на призабойную зону скважины на основе применения рео-технологических синергетичесгах систем для условий Дшторского месторождения. Д.72.92/116-Л-92-53 ( в соавторстве с Богопольским И.О., Л.¡износим Л.П.).

3. Оценка вязко-упругих свойств буровых растворов, Экс-пресс-информацкя. Серия " Строительство нефтяных и газоьых скважн па суиэ-и па мора", из» 1993 г.

4. Исследование влияния поля акустических юзлебаний на реоле-гичесгае свойства композитных систем. Экспресс-информация. Серил "Разработка нефтяных месторождений и методы повшзния нефтеотдачи" N 8, 1S93 г. ( в соавторство с Шандшши' С.П., Черской И.О.).

• 5. Исследование особенностей движения вязко-упруго-сыпучего композитного состава. Эзсспресс-информацил." Серия"Нефтепро!.:кслоБое дело" II п. 1993 г. ( в соавторстве с Шандшшм С.П.).

6. Вязко-упругие системы. Реологичесгага модели и экспресс методы определения их характеристик. Препринт И *3 КССГБТ, 1993 г. (в соавторстве с Мирзаджанзаде А.Х., Литвиновым А.И.).

7. Патент Российской С«дерации N 92-010881/02/056871/ "Состав

для разделения потоков жидкостей". ( Авторы: Ыирзадтнзэде А.Х.. А.Уетов И.М.. Иандин С.П., Кязимов Э.А., Титова З.Л.).

Автор вуратает глубокую благодарность своему научному руководителю, академику АН Азербайджанской Республики, д.т.н., профессору Иирзаджанззде А.Х. идеи которого легли в основу данной работы.

1

Автор благодарит д.т.н., профессора Аыетова K.U., д.т.н., профессора Шерстнева Н.М., доцента Лиманова А.П., к.т.н. Бигопольского А.0., к.х.н.Черскую И.О., к.т.н. Шапдина С.П., с.н.с. Петрова Н.М., инженера Титову З.П. за помощь и поддержку при написании работы.

Автор искренне признателен сотрудникам лаборатории " Гидро и термодинамшсп пластовых аащкостей в призабойной зоне и стволе сква-лмнй" БШШ имени академика А.П.Крылова за постоянное внимание к работе г. период учебы в аспирантурё.

Автор такие признателен сотрудникам ВНИИБТ к.т.н. Литвинову А.И., к.т.н. Щоголевскому Л.И., к.т.н. Задворных В.Н., общение с которыми позволило.всесторонне обсудить результаты научных исследований.

Ротасрсит СКВ TetmouiHsa", тираж И>,