Триботехнические свойства БПЖ

Триботехнические свойства характеризуют способность промывочной жидкости снижать силу трения между контактирующими в ней по-верхностями: наружная поверхность бурильных труб и их соединений - стенка ствола скважины, вооружение породразрушающего инструмента - забой скважины, внутренняя поверхность керноприемной трубы - керн, поршень (плунжер) - цилиндр бурового насоса.

Снижение силы трения позволяет:

уменьшить крутящий момент при вращении колонны бурильных труб и снизить сопротивления при ее продольном перемещении в скважине;

снизить вероятность возникновения дифференциальных прихватов (затраты на их ликвидацию);

повысить ресурс работы бурильных труб и их соединений, породоразрушающего инструмента, гидравлических забойных

двигателей, гидравлических частей буровых насосов;

увеличить выход керна.

Показателем триботехнических свойств промывочной жидкости является коэффициент триады трения «бурильные трубы - промывочная жидкость - стенка ствола скважины», так как наибольшие трудности, обусловлены силой трения и сопротивления при подъеме бурильной колонны, возникающих в наклонных и горизонтальных скважинах.

В соответствии с законом Амонтона

Fтр = Р*f,

где: Р - усилие прижатия трущихся поверхностей, Н; f - коэффициент трения.

Для оценки качества смазочных добавок и нахождения их оптимальных концентраций в тех или иных промывочных жидкостях используют специальные приборы - трибометры. В том случае, когда при бурении большая часть ствола скважины остается открытой, ее стенку в трибометре имитируют горной породой или фильтрационной коркой. Если же необходимо бурить, когда большая часть ствола скважины закреплена обсадными трубами, то в трибометре в качестве материала стенки скважины используют сталь.

Первой серийно выпускаемой установкой для оценки смазочных свойств промывочных жидкостей в нашей стране была СР-1.

Узел трения в установке СР-1 представляет собой пирамиду из трех неподвижных и одного подвижного шаров, что ни по схеме взаимодей-ствия трущихся тел, ни по форме площадок их контакта не соответствует условиям работы колонны бурильных труб в скважине.

12Во многих случаях, для регулирования свойств бурового раствора глинистые коллоиды дополняются, а иногда и полностью заменяются органическими коллоидами. Так, при попадании в систему растворимых солей происходят следующие явления. С увеличением концентрации соли в растворе, вследствие динамического характера адсорбционных процессов, возрастает концентрация положительно заряженных катионов у отрицательно заряженной поверхности глинистых частиц. При определенной концентрации соли (1-1, 5% NaCl, 0, 25% CaCl2) происходит полная нейтрализация заряда поверхности глины, а защитная гидратная оболочка исчезает. В результате такого воздействия солей происходит коагуляция системы: частички глины слипаются в крупные блоки, раствор загустевает и резко возрастает водоотдача.

Для восстановления свойств раствора в этом случае используют солестойкие полимерные реагенты, такие как крахмал, КМЦ и др. Макромолекулы этих полимеров вместе со своими гидратными оболочками адсорбируются на поверхности глинистых частиц и создают так называемые искусственные защитные гидратные оболочки. При таком воздействии коллоидов, скоагулированые частички вновь разъединяются, и этот процесс повторного диспергирования глинистых блоков называется пептизацией. При определенной концентрации полимера свойства раствора полностью восстанавливаются. Кроме адсорбционной стабилизации глинистых частиц многие полимеры образуют в растворе полимерные блоки коллоидного размера. Как в пресных, так и в соленых растворах такие частички из полимеров существенно влияют на свойства растворов. В зависимости от величины молекулярного веса полимеры могут влиять или не влиять на структурно- механические свойства растворов, но всегда эффективно снижают водоотдачу.

Коллоидной фракцией одного из растворов на углеводородной основе (РУО) является олеофильный бентонит. В другом типе такого раствора (инверсной эмульсии) вязкостные и фильтрационные свойства обеспечиваются активным эмульгированием значительной части водной фазы. Для структурообразования в РУО используют специально изготовленные олеофильные глины, а для улучшения фильтрационных свойств применяют олеофильные гуматы.