CC BY
21
- © Е.Л. Лсушсва, М.В. Турипына, 2013
УДК 622.245.45
Е.Л. Леушева, М.В. Турицына
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН*
Рассмотрена возможность повышения эффективности разрушения твердых горных пород на забое скважины, с использованием поверхностно-активных вешеств в качестве понизителей твердости пород.
Ключевые слова: бурение, поверхностно-активные вешества, разрушение горных пород, понижение твердости, методика.
Как известно [1, 5, 6, 7] буровые растворы оказывают наибольшее положительное влияние на эффективность разрушения пород на забое скважины через их способность препятствовать смыканию микротрещин, образовавшихся при ударе элементов вооружения долота. Это достигается уменьшением поверхностей энергии на поверхности трещины и снижением угнетающего гидравлического давления на забой скважины.
Уменьшение поверхностной энергии обеспечивается образованием поверхностного слоя на границе раздела фаз. Меру недокомпенсированно-сти межмолекулярных сил в поверхностном слое, или иначе - избыточную свободную энергию, количественно можно оценить величиной поверхностного натяжения и удельного электрического сопротивления жидкой фазы. Очевидно, что снижение давления на забой можно добиться лишь снижением плотности бурового раствора.
Авторами сделана попытка оценки влияния некоторых физических свойств водных растворов поверхно-
стно-активных веществ (ПАВ) на изменение физико-механических характеристик твердых пород и на этой основе разработать методику количественной оценки разупрочняющего действия промывочной жидкости на буримые горные породы.
Таким образом, эффективность понижения прочности горной породы на забое скважины можно выразить как некую функцию следующих физических свойств раствора:
АРр = f (0р;Кр; р)
где АРр — снижение прочности породы на забое; 0 — краевой угол смачивания раствора; Яр — удельное электрическое сопротивление раствора; р— плотность раствора.
В бурении физико-механические свойства горных пород в лабораторных условиях оцениваются при испытании образцов на одноосное сжатие (временное сопротивление породы -<Ув), динамическую прочность (Рд) и
микротвердость (Р ), т.е. через
*Работа выполнена при проведении исследований в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.
Таблица 1
Краевой угол смачивания и удельное электрическое сопротивление растворов
Вода 0,1% 0,1% 0,1% 0,1% 0,1% рас- 0,1%
раствор формиа-та натрия раствор Mirapol Surf S210 раствор Antarox B 79R раствор ацетата калия твор лау- рил-сульфата натрия раствор ЛАБС натрия
Краевой 73 62 60,3 34,5 15,3 12,2 10,0
угол смачи-
вания, град Удельное 107,1 36,4 83,8 155,2 35,3 61,7 80,6
электрическое
сопротивление, Ом-м
Таблица 2
Результаты расчета обобщенного показателя эффективности разрушения горной породы
Вода 0,1% рас- 0,1% рас- 0,1% рас- 0,1% рас- 0,1% рас- 0,1% рас-
твор фор- твор твор твор аце- твор лау- твор ЛАБС
миата на- Mirapol Дп1агох В тата калия рил-суль- натрия
трия Surf S210 79Н фата на-
трия
К: 1 1,18 1,21 2,13 4,77 5,98 7,3
К2 1 2,94 1,28 0,69 3,04 1,73 1,33
Р0 1 1 1 1 1 1 1
Кэ.А. 1 4,12 2,49 2,82 7,81 7,71 8,63
Таблица 3
Результаты экспериментальных исследований влияния ПАВ на физико-механические свойства горных пород
Вода Раствор 0,1% Раствор 0,1% Раствор
ацетата калия лаурилсульфата 0,1% ЛАБС
натрия натрия
Микротвердость, 106 Н/м2 3526 2614 2649 2632
Динамическая прочность 30,77 26,67 25 25,97
Временное сопротивление, 160,5 125,5 112,4 127,1
МПа
удельный критерий твердости (&тв):
°тв = f К ;Рд ;ртв ) -
Таким образом, влияние различных ПАВ в составе бурового раствора на физико-механические свойства горных пород можно количественно оценить через обобщенный показатель эффективности их разрушения: К + К2
K,, =
Po
породы; К1- относительный угол смачивания; К2- относительное удельное сопротивление; р0 - относительная
плотность раствора.
Так как обобщенный показатель является безразмерной величиной, то входящие в него коэффициенты соответственно будут равны:
К =
© ©.
К 2 =
R
R п
Po =■
Рв
Рр.п
где Кэр - обобщенный показатель эффективности разрушения горной
В исследованиях [2, 3, 4] были сделаны выводы, что из всех типов ПАВ наилучшие показатели по снижению
угла смачиваемости и микротвердости показывают анионактивные ПАВ.
В этой связи, в процессе дальнейших исследований был сделан акцент именно на водные растворы анионак-тивных ПАВ.
С анионактивными ПАВ были приведены эксперименты по замеру краевого угла смачивания и их удельного электрического сопротивления. Концентрация ПАВ в водном растворе составляла 0,1%. В табл. 1 представлены полученные данные.
Для количественной оценки используем расчетные формулы, и полученные результаты заносим в табл. 2.
При оценке этих показателей на изменение твердости горных пород примем результаты экспериментальных исследований показателей сте, Рд, РТВ. Образец горной породы представлен диабазом. Испытание на микротвердость проводятся на установке
1. Дихтяр A.A., Криворучко A.M., Синюков Ю.М. Разрушение крепких горных пород с применением поверхностно-активных веществ // Механика и разрушение горных пород. Киев: Наукова думка, 1972, вып.2, с 283-288.
2. Кусов Н.Ф., Эдельштейн O.A., Шобо-лова Л.П. Разрушение крепких горных пород с применением ПАВ. Научн. тр.// ИГД им. A.A. Скочинского, 1982, вып.212, с. 71-76.
3. Леушева Е.Л. Обзор результатов аналитических исследований повышения эффективности разрушения горных пород и перспективы применения ПАВ в бурении глубоких скважин// XII международная молодежная конференция «Севегеоэкотех - 2011»: материалы конференции (16-18 марта 2011., г.Ухта): в 5ч.;ч.2. - Ухта: УГТУ, 2011. - 414с., стр. 37-40.
4. Николаев Н.И., Леушева Е.Л. Результаты экспериментальных исследований эффек-
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
УМГП-3, на одноосное сжатие на прессе Controls, определение динамической прочности методом толчения на приборе ПОК. Результаты представлены в табл. 3.
Полученные данные свидетельствуют, что исследуемые анионактивные ПАВ, имеющие высокий обобщенный показатель эффективности разрушения горной породы, повышают эффективность разрушения горных пород, но наибольший коэффициент эффективности разрушения имеют водные 0,1% растворы ЁАБС натрия и лаурилсульфата натрия.
Результаты исследований показали, что разработанная методика оценки разупрочняющего действия промывочной жидкости количественно показывает влияние того или иного ПАВ на эффективность разрушения и чем этот показатель выше, тем влияние более существенное.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
тивности реагентов-понизителей твердости пород в составе буровых растворов// Инженер-нефтяник. Научно-технический журнал М.: «Ай Ди Эс Дриллинг » 2011, № 3, С 32-35.
5. Ребиндер П.А., Шрейнер Л.А., Жигач К.Ф. Понизители твердости в бурении (физико-химический метод облегчения механического разрушения твердых горных пород при бурении). М.: изд. АНСССР, 1944, 199с.
6. Шоболова Л.П. К оценке эффективности воздействия поверхностно-активных веществ на породу // Физико-технические проблемы добычи и обогащения полезных ископаемых. М.: АНСССР, 1980, с.137-141.
7. Шрейнер Л.А., Жигач К.Ф. Бурение шпуров с промывкой и добавками понизителей твердости. М.-Ё.: изд. АНСССР, 1943, с. 7-53. EES
Леушева Екатерина Леонидовна - аспирант, [email protected] Турицына Мария Владимировна - аспирант, [email protected] Национальный минерально-сырьевой университет «Горный».
