ГиПАН (гидролизованныйполиакрилонитрил)

ГиПАА,            ПАА

метас, метасол

Основное назначение: понижение водоотдачи пресных, минерализованных, сильноминерализованных глинистых растворов. Загущает пресные и разжижает минерализованные растворы.Неустойчивы к 2-х валентным катионам магния и кальция. Устойчив к температуре 170-190^оС. Диапазон рН 8-9.Концентрация для снижения показателя фильтрации: от 0,1 до 0,5% для пресных и слабоминерализованных, от 1 до 2% для минерализованных и высокоминерализованных растворов, а также для высокотемпературных скважин (до190^оС).

Катионные ВРП. Элементарные звенья катионных ВРП содержат функциональные группы с четвертичным азотом (ионы аммония, амидиния, пиридиния). Это полиэлектролиты, которые в воде диссоциируют с образованием поликатионов (макроионов) и низкомолекулярных противоионов (анионов). Наиболее распространены Полидадмахи.

Основное назначение: снижение показателя фильтрации пресных, минерализованных, сильноминерализованных, полиминерализованных глинистых растворов. Ингибитор набухания глин. Высокая устойчивость ко всем солям. Устойчив к температуре 230^оС. Диапазон рН 4-9.Концентрация для снижения показателя фильтрации: от 1 до 3,5% для пресных,минерализованных и высокоминерализованных, от 3,5 до 4,5% для всех растворов при температурных воздействияхдо230^оС.

ТЕМА7. 7. Реология технологических жидкостей. Реологические модели жидкостей. Ньютоноская, вязкопластичная и псевдопластичные жидкости. ВНСС –вязкость (эффективная) при низких градиентах скорости сдвига.

Реологические модели жидкостей. Чистота ствола скважины и забоя при бурении, качество первичного и вторичного вскрытия, а также при проведении ремонтных работ (глушение скважин) обеспечиваются реологией рабочих жидкостей. Реология – наука о механическом поведении тел во времени при действии на них напряжений.

Технологические жидкости, на водной и углеводородной основах, описываются реологическими моделями:

1.Модель вязкой жидкости (ньютоновская): t = ηγ

2. Модель вязкопластичной жидкости (Шведова-Бингама): t = t ₀ + ηγ

3. Модель псевдопластичной жидкости: t = Кγ ^N

где t - напряжение сдвига; t ₀ - динамическое напряжение сдвига; η - пластическая вязкость; γ - скорость сдвига; К- показатель консистенции; N- показатель нелинейности; η- пластическая вязкость аналог коэффициента трения, приведенная к единице площади.

Ньютоновская жидкость. Вязкость η - характеризует сопротивление раствора движению. Разрушение структуры жидкости в процессе движения с одновременным уплотнением ее молекулярной структуры характеризует реологическое поведение ньютоновских жидкостей (рис.7).

Рисунок 7 – Кривая течения ньютоновской жидкости

Вязкопластичная жидкость . Поведение вязкопластичных жидкостей характеризуется структурированием (реопексией) жидкости при движении (при малых скоростях сдвига).

Структурирование обусловлено начальным моментом образования Н-связей (поэтому η- возрастает), например растворы полимеров. Данная система характеризуется начальной прочностью (t ₀) и постоянной величиной пластической вязкости (η) (рис.8).

Рисунок 8 – Кривая течения вязкопластичной жидкости по Бингаму

Подобное разделение условно, т.к. t ₀ величина переменная и зависит от поведения межчастичных сил в воде.

При различных скоростях сдвига и термодинамических условий, а также состава буровой раствор может одновременно проявлять свойства реопектических, вязких и дилатантных жидкостей. Н-связи отвечают за поведение вязкопластичных жидкостей с определенным индукционным периодом и их прочностью: чем прочнее Н-связь тем больше вероятность дискретности.

Псевдопластичные жидкости. При движении разрушение и образование новых связей характерно для псевдопластичных жидкостей (рис.9). Показатель N зависит от способности Н-связей образовывать новые связи в растворе и оценивает внутреннюю сплошность среды. Показатель К определяет прочность Н-связей. Чем выше N, тем более дискретен раствор, а чем выше К, тем прочнее прочность Н-связей в объеме раствора.

Рисунок 9 – Кривая течения псевдопластичной жидкости

При N >0,3 сильно возрастают потери давления при циркуляции, т.к. затраты энергии на преодоление внутреннего сопротивления увеличиваются. Поэтому можно утверждать, что приN <0,3 буровой раствор сохраняет сплошность среды своей структуры при движении и затраты на преодоление внутреннего сопротивления отсутствуют. ПриN >0,3 система переходит в дискретное состояние, что характерно для вязкопластичных жидкостей. Н-связи отвечают за поведение псевдопластичных жидкостей, с быстрым индукционным периодом образования и невысокой прочностью Н-связей.

На рис.10 приведена кривая поведения типичного бурового раствора в сравнении с ньютоновской, бингамовской и степенной моделями. При скоростях сдвига γ=200-1000с^-1 реологическая модель линейна, а с уменьшение скорости сдвига γ<200с^-1 происходит искривление участка кривой.

Рисунок 10 – Поведение типичного бурового раствора в сравнении с ньютоновской, бингамовской и степенной моделями

       Вязкость при низких градиентах скорости сдвига. При заканчивании скважины происходит ухудшение коллекторских свойств продуктивного пласта в результате проникновения твердой фазы и фильтратов технологических жидкостей ОСЗ. Контроль фильтрации технологических жидкостей является одним из ключевых вопросов проектирования и заканчивания скважины. Снижение фильтрации осуществляют за счет применения биополимеров, водорастворимых эфиров целлюлозы, производных крахмала и др.

Усиление вязкоупругих свойств технологических жидкостей существенно снижает скорость фильтрации жидкости в продуктивный пласт, способствуя сохранению его коллекторских характеристик.

Для характеристики свойств технологических жидкостей или контроля фильтрации в пласт применяют термин ВНСС – (эффективная) вязкость при низких градиентах скорости сдвига. В промысловой практике ВНСС обычно определяют с помощью вискозиметра Brookfild модели LVDVII⁺, OFITE модели 900 или аналогичных.

На рис.11 приведены градиенты скорости сдвига в пласте с пористостью 16,5 % при скорости фильтрации 10 м³/сут в 215,9-мм горизонтальном участке длиной 295 м.

Рисунок 11 - Градиенты скорости сдвига в ОСЗ при фильтрации жидкости

Выбор значений ВНСС позволит сократить глубину проникновения фильтрата в пласт и сохранить его коллекторские свойства. Поэтому прогнозирование значений ВНСС жидкости в забойных условиях является важным инструментом для контроля фильтрации жидкостей в проницаемые пласты.

На рис.12 схематично показано влияние снижения градиента скорости сдвига на эффективную вязкость при удалении от ствола скважины.

Рисунок 12 - Уменьшение градиента скорости сдвига при фильтрации жидкости в пласт

С повышением забойной температуры меняются реологические свойства жидкости. На рис.13 показано снижение величины ВНСС жидкости с увеличением температуры. Т.к. с увеличением температуры эффективная вязкость снижается, то требуется повышенный расход полимеров для обеспечения предотвращения потерь жидкости в пласт в забойных условиях. Кроме контроля за ВНСС необходимо контролировать дифференциальное давление, создаваемое жидкостью, а также давления циркуляции и поршневания для достижения минимального уровня фильтрации в пласт.

В практических условиях для предотвращения потерь технологической жидкости в пласт рекомендуется увеличивать величину ВНСС.

Рисунок13 - Влияние температуры на вязкость при низких градиентах скорости сдвига

ТЕМА8. 8.Буровые растворы на углеводородной основе для первичного вскрытия. Жидкости на углеводородной основе. Составы углеводородных буровых растворов.