Смазочные свойства в буровом растворе

Смазочные свойства в буровом растворе

Выбор смазочной добавки и ее концентрация в буровом растворе являются очень важным фактором. Однако следует отметить, что смазочные добавки благоприятно проявляют себя при бурении. Хорошие смазочные свойства увеличивают долговечность долота, снижают крутящий момент и, возможно, уменьшают опасность возникновения прихвата бурильной колонны.

Трудности, обусловленные большим крутящим моментом силами натяжения, особенно велики в наклонных скважинах с большими зенитными углами и в горизонтальных скважинах. Бурильная колонна лежит на нижней стенке скважины и имеет большую площадь контакта с породой и обсадной колонной. В таких условиях применение смазывающей жидкости может дать существенные преимущества при условии, если другие свойства бурового раствора оптимальны и применяется хорошая технология бурения.

При использовании буровых растворов на нефтяной основе (РУО) принимают коэффициент трения в пределах 0,14-0,22; при использовании растворов на водной основе для (РВО) – в пределах 0,20-0,40. В обсаженном стволе для РУО коэффициент трения примерно равен 0,18, а для РВО – 0,25, в зависимости от типа раствора. Значения коэффициента трения в промысловых буровых растворах колеблется в довольно широких пределах. Диапазоны значения для РУО и РВО могут перекрываться, в зависимости от состава раствора и вида используемой компьютерной программы.

Программы для расчета крутящего момента и сил натяжения не следует использовать отдельно одну от другой. Следует подчеркнуть необходимость использования производственного опыта. Если при бурении предыдущих наклонных скважин с большим зенитным углом потребовалось применение смазочных добавок, а все остальные компоненты бурения были оптимизированы, то использование смазочных добавок следует заложить в проекты будущих скважин. При таких обстоятельствах приоритет следует отдавать производственному опыту.

Там, где это возможно, анализ, проводимый по окончании бурения, должен включать расчет значений коэффициента трения по фактической величине нагрузки на крюк и крутящего момента, зарегистрированного в процессе бурения. Полученные значения коэффициента трения можно затем использовать при проектировании следующей скважины.

Смазочные свойства в буровом растворе

Рисунок 1. Результаты экспериментов по износу

В лабораторных условиях была проведена оценка смазочных свойств растворов на нефтяной и водной основе при разной их плотности и разной концентрации смазочных добавок. При проведении опытов гладкий бурильный замок диаметром 165 мм был прижат к внутренней поверхности обсадной трубы диаметром 244 мм и вращался. Усилие приложения менялось в пределах 4-8 кН, что соответствует контактному усилию, действующему на участке набора зенитного угла 30/30 м. Частота вращения замка составляла 112 об/мин. Установку заполняли различными буровыми растворами.

Ссылка: Влияние состава буровых растворов на износ и работоспособность обсадных труб и бурильных замков. Дж. М. Бол Коримклийке. Лаборатории фирмы Shell Е&Р Laboratories. Статья 13457 Общества Инженеров-Нефтянников и Международной Ассоциации Буровых Подрядчиков.

При испытании в среде неутяжеленных буровых растворов разницы в смазочной способности у различных, имеющихся на рынке, смазочных добавок не обнаружено. До некоторой степени они все уменьшают износ обсадных труб (Рис. 1).

Смазочные свойства в буровом растворе

Рисунок 2. Результаты экспериментов над обсадкой

Уменьшение износа от ввода смазочных добавок в растворы с плотностью более 1500 кг/м – обнаружено не было (Рис.3).Ввод в раствор стеклянных шариков или дизельного топлива не изменило смазочных свойств. Размер стеклянных шариков не позволял им проникать между бурильным замком и обсадной трубой. Дизельное топливо не образует смазочной пленки на поверхности стали.
Ввод соли и полимера привел к некоторому уменьшению крутящего момента и износа, но влияние их было меньше, чем от ввода стандартных добавок.
Влияния ввода смазочных добавок на износ при испытаниях в среде утяжеленных растворов не обнаружено.

Наибольшее влияние на износ оказал тип утяжелителя. (Рис. 2)

Смазочные свойства в буровом растворе

Рисунок 3. Коэффициент трения как функция плотности бурового раствора и концентрации смазывающего материала

Смазочные свойства в буровом растворе

Рисунок 4. Смазки, снижающие коэффициент трения при бурении скважины.

Подобные эксперименты были проведены с 28 различными смазочными добавками. Проделано 800 опытов для двенадцати факторных матриц. Были использованы стальной замок с гладкой поверхностью, замок с наплавкой твердого сплава и модель центратора. Испытания проводили только в растворах на водной основе. Лишь одна комбинация: смазочные добавки высокого давления + ПАВ + полимеры обеспечила понижение коэффициента трения до уровня, характерного для растворов на нефтяной основе. Три добавки: стеклянные шарики, сульфированное таловое масло с жирными кислотами плюс аминь и модифицированные жирные кислоты не оказали никакого влияния на величину коэффициента трения. Первые две добавки дали столь незначительное снижение коэффициента трения, что лучшего, результата можно добиться другими средствами, т. е. совершенствованием формы профиля скважины, компоновкой низа бурильной колонны, изменением плотности бурового раствора (Рис. 4).

Ссылка: Передовая технология лабораторных измерении коэффициента трения в среде бурового раствора. М. С.Кигли. Фирма Mobil R&D Corporation. Статья : 19537 Общества Инженеров-Нефтяников

Выбор смазочных добавок для буровых растворов

Выбор смазочных добавок может быть ограничен экологическими и экономическими соображениями, а также совместимостью добавки с исходным буровым раствором. Если опыт бурения аналогичных скважин не позволяет сделать определенный выбор, то рекомендуется прибегнуть к помощи экспертов из фирмы, специализирующейся в области бурового раствора.

Смазочные добавки для растворов на нефтяной основе

Обычно РУО обладают достаточно хорошими смазочными средствами и без специальных добавок. На рынке имеется небольшое количество смазочных добавок для РУО, однако в настоящее время еще нет ни лабораторных, ни промысловых данных, которые подтверждали бы их эффективность.

Смазочные добавки для растворов на водной основе (рво)

В настоящее время на рынке имеется большой ассортимент смазочных добавок для буровых растворов на водной основе. Выбор конкретной добавки зависит от характера действия, экологических соображений, типа раствора, его плотности, от температуры в скважине и от того, какой вид трения преобладает: сталь по стали или сталь по породе.

При бурении длинных прямолинейных участков ствола большая часть ствола может быть необсаженной и будет преобладать трение «сталь по породе» «(сталь по фильтрационной корке»).

Горизонтальный участок часто бурят после того, как вышележащий ствол перекрыт обсадной колонной. В таком случае будет преобладать трение «сталь по стали».

Смазочные материалы для растворов на водной основе можно подразделить на две группы:

Смазочные добавки на основе масел

Рафинированные биоразложимые природные продукты (рыбий жир, растительное масло) можно вводить в буровой раствор в концентрации 2-10%. В составе добавки часто присутствует ПАВ для улучшения диспергирования в буровом растворе.

Такие смазочные добавки на поверхности воды будут образовывать радужную пленку, вследствие чего в некоторых экологически чувствительных районах применять их нельзя.

Водорастворимые смазочные добавки

Сервисные фирмы предлагают несколько водорастворимых или легко смешивающихся с водой смазочных добавок, не образующих на поверхности воды радужной пленки. Эти добавки, в широком смысле, имеют сходный состав, основанный на гликолях, глицерине или полищелочных окислах. Характерная концентрация таких добавок в буровом растворе составляет 2-5%.

Важно подчеркнуть необходимость надлежащего предварительного планирования. Бурение следует проектировать без применения смазочных добавок, поскольку многие из них не очень эффективны. Они существенно повышают стоимость бурения скважины. Смазочные добавки следует применять прежде всего для уменьшения крутящего момента и сил сопротивления в тех случаях, когда при бурении крутящий момент и силы сопротивления оказались больше, чем ожидалось.

Смазочные добавки применяли для уменьшения сил сопротивления при спуско-подъёмных операциях или при спуске обсадных колонн.

0

Добавить комментарий

Войти с помощью: