close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Спец часть

код для вставкиСкачать
 Характеристика и области применения эмульсионных промывочных жидкостей
Эмульсионные промывочные жидкости, применяющиеся при геологоразведочном бурении, обычно представляют собой водомасляные эмульсии, подобные смазочно-охлаждающим жидкостям (СОЖ), используемым при металлообработке и камнерезании. Эмульсии - это коллоидные композиции, состоящие из двух (или нескольких) не смешивающихся в обычных условиях между собой жидкостей (например, масло и вода), из которых одна (дисперсная фаза) раздроблена до капель и равномерно распределена в объеме другой (дисперсионной среды).
Масляная фаза
При бурении повсеместно используются прямые эмульсии типа "масло в воде". Обратные эмульсии типа "вода в масле" из-за невысокой стабильности и повышенной пожароопасности геологоразведчиками практически не применяются.
Таким образом, обязательным компонентом эмульсионных промывочных жидкостей является масляная фаза ("масло"). В понятие "масло" в эмульсиях для бурения входит значительная группа нефтяных масел (трансмиссионных, машинных, трансформаторных, веретенных и др.), жировых гудронов, талловых масел. Для улучшения смазочных свойств эмульсий различные масла в них смешиваются, компаундируются.
Качество эмульсий характеризуется их стабильностью - устойчивостью во времени, а также дисперсностью - степенью раздробленности капелек масла их диаметром, который варьирует в пределах 10-6-10-4 м. Стабильность и дисперсность взаимосвязаны: чем меньше размер капелек масляной фазы, тем стабильнее эмульсия..
Многофункциональное действие ПАВ
Масляная фаза является одним из важнейших компонентов эмульсии, обуславливающим ее смазочное действие. Механически раздробленные капельки масла, распределенные в воде, довольно быстро сливаются (коалесцируют) в единый слой, эмульсия расслаивается на две самостоятельные фазы - масляную и водную и разрушается. Такие нестабильные эмульсии не оказывают необходимого влияния на процесс бурения. Поэтому для обеспечения стабильности и, следовательно, смазочных и других требуемых для бурения свойств в состав эмульсий необходимо вводить поверхностно-активные вещества (ПАВ). По существу эмульсии, использующиеся при бурении, представляют собой водные растворы ПАВ, в которых диспергировано и распределено масло.
ПАВ, содержащиеся в концентратах эмульсионных промывочных жидкостей - это водорастворимые вещества анионактивного типа (натриевые и калиевые мыла синтетических жирных и смоляных кислот, асидолы, сульфонолы, сульфонаты) и неионогенного типа (оксиэтилированные фенолы ОП-7, ОП-10; оксиэтилированные жирные кислоты ОЭК и жирные спирты ОЖС).
ПАВ, являющиеся эффективными эмульгаторами и стабилизаторами масляной фазы в водной среде, обеспечивают диспергирование капелек масла при механическом перемещении и поддержании капелек масла во взвешенном состоянии. Эти эффекты достигаются вследствие адсорбции дифильных молекул ПАВ на границе раздела масло-вода с определенной ориентацией (углеводородная часть молекулы или иона погружена в масло, полярная - в воду), что приводит к снижению поверхностного натяжения и образованию плотного слоя молекул (ионов) ПАВ на поверхности капель масла, который препятствует их слиянию (коалесценции) при столкновении.
Благодаря сильной поверхностной активности, ПАВ оказывают многофункциональное действие как на качество эмульсионных промывочных жидкостей (эмульгируемость, солестойкость), так и на некоторые параметры бурения. Адсорбируясь на поверхности твердых, соприкасающихся в процессе бурения тел (бурильной колонны, породоразрушающего инструмента, стенок и забоя скважины), эти вещества уменьшают расход мощности на трение, генерацию тепла, механическую прочность горных пород. Одновременно с образованием собственно адсорбционного слоя молекулы ПАВ способствуют перемещению капель масла эмульсионной промывочной жидкости на взаимодействующие поверхности. При этом нарушенные адсорбционные слои, разобщающие трущиеся поверхности и обладающие смазочными свойствами, способны мгновенно восстанавливаться активными молекулами ПАВ. Обеспечивая хорошее смачивание поверхностей, эти компоненты способствуют улучшению охлаждающей способности промывочной жидкости. Важным критерием качества промывочных жидкостей, особенно при формированных режимах бурения, считают их способность очищать забой скважины от мелкодисперсного выбуренного шлама.
Как показали специально проведенные опыты, растворы ПАВ лучше, чем вода, выносят частицы шлама за счет повышенной флотирующей способности. Эмульсионные промывочные жидкости с низким удельным весом и небольшой вязкостью в этом отношении превосходят водяные растворы ПАВ, так как имеют дополнительный флотирующий фактор - капли масла, модифицированные адсорбционным слоем ПАВ.
Функциональные присадки и добавки Другие компоненты концентратов - функциональные присадки и добавки имеют более узкое конкретное назначение. Так, серосодержащие присадки в виде осерненных триэтаноламиновых эфиров, диэтаноламидов жирных и смоляных кислот (ОТП) вводятся как противозадирные компоненты. С целью повышения антикоррозионных свойств используют нитрит натрия. Для повышения стабильности промывочных жидкостей при хранении в условиях отрицательных температур с последующим размораживанием в состав эмульсолов дополнительно вводятся полиалкиленгликоли (отходы производства), которые обладают также смазочными свойствами.
Описанные функциональные особенности разработанных композиций при правильном их хранении, транспортировании, приготовлении и эксплуатации, как показала практика, успешно реализуются в производственных условиях.
Эмульсии с анионактивными ПАВ
Большинство смазочно-охлаждающих жидкостей, использующихся в промышленности, приготовлены на анионактивных ПАВ - мылах вследствие их дешевизны и недефицитности. Применение эмульсий на основе этих ПАВ при бурении ограничивается жесткостью вод наземных и подземных источников. При взаимодействии с солями кальция, магния, содержащимися в жестких водах, в водорастворимых калиевых и натриевых мылах происходит замещение одновалентных катионов на двухвалентные с образованием нерастворимых кальциевых и магниевых мыл, которые не могут выполнять роль эмульгаторов, в связи с чем эмульсии разрушаются.
Эмульсии рабочей концентрации с анионактивными ПАВ приготавливают на мягких, слабоминерализованных водах (с жесткостью до 5 мг-экв/л) и используют на объектах с жесткостью вод, не превышающей указанный уровень.
Эмульсии с неионогенными ПАВ
Эмульсии с неионогенными ПАВ сравнительно инертны к взаимодействию жестких и минерализованных вод, на которых они приготавливаются, и в среде которой работают. Поэтому такие эмульсии, несмотря на высокую стоимость и дефицитность неионогенных ПАВ, наиболее широко используются при геологоразведочном бурении на объектах со сложными геолого-гидрохимическими условиями, где другие эмульсии разрушаются. Эмульсии с неионогенными ПАВ применяются при бурении толщ многолетнемерзлых горных пород с исследованным уровнем температуры (до -7,4 ºС). Для этих условий эмульсии приготавливаются из растворов электролитов - хлористого натрия или кальция с концентрацией, соответствующей температуре в стволе скважины (до -12 ºС).
Концентраты (эмульсолы)
Большинство эмульсий приготавливаются из концентратов (прежнее название - эмульсолы), в компонентном составе которых содержание воды минимально. Эмульсии могут быть приготовлены с концентрацией (массовой) от 0,5 до 20-40%. Концентрированные 20-40%-ные эмульсии приготавливаются при централизованном обеспечении ими буровых вышек, где эмульсии разбавляются до рабочих концентраций (0,5-2,5%).
Выбор рабочей концентрации жидкости
При бурении эмульсия постоянно расходуется на образование и восстановление смазочных слоев на поверхностях ствола скважины и бурового снаряда, на адсорбцию на шламе, на реакции с жесткостью и минерализацией и др. Поэтому уровень рабочей концентрации должен несколько превышать эти затраты.
Оптимальная концентрация эмульсионной промывочной жидкости должна устанавливаться экспериментально и экономически обосновываться. Исследования и опыт работ показывают, что оптимальные значения рабочих концентраций эмульсионных промывочных жидкостей 0,5-2,5 мас.%.
Ниже предельного значения концентрации эмульсионных промывочных жидкостей достигают при бурении трещиноватых горных пород со значительными поглощениями промывочной жидкости и невысоких параметрах режима бурения. Жидкости с высокой концентрацией используют при скоростном бурении глубоких скважин сложного профиля, а также при пересечении толщ пористых, шламообразующих, абразивных горных пород. Концентрация повышается с увеличением частоты вращения бурового снаряда. У эмульсионных промывочных жидкостей с анионактивными ПАВ при бурении на объектах с водами повышенной жесткости концентрация повышается для нейтрализации влияния жесткости.
Расчет требующегося количества концентрата
Количество концентрата, требующееся для приготовления рабочего объема эмульсионной промывочной жидкости заданной концентрации, определяется по формуле H = 10 (V1+V2+V3)КС, где V1 - объем зумпфов, куб. м3; V2 - объем скважины, куб. м3 ; V3 - объем желобов, куб. м3 ; К - коэффициент заполнения циркуляционной системы; С - заданная концентрация эмульсии, кг/куб. м3
Приготовление эмульсий
Перед приготовлением эмульсионных промывочных жидкостей необходимо провести подготовительные работы. Концентраты, способные к расслоению (например, паста кожевенная эмульгирующая ЭЛ-4), должны быть тщательно перемешаны в таре вручную или с помощью механического приспособления - электродрели во влагозащитном корпусе с закрепленным в патроне металлическим стержнем с концевой шарнирной лопастью. Признак качественного перемешивания - равномерная консистенция и окраска концентрата. В зимний период загустевшие концентраты рекомендуется разогреть в стационарных условиях на водяной бане.
Огневой обогрев тары с концентратом недопустим во избежание нарушения правил техники безопасности и локальных перегревов концентрата с разрушением эмульгаторов. Для облегчения и ускорения эмульгирования консистентных концентратов рекомендуется нагреть воду до 40-50 град. С в объеме, достаточном для получения концентрированной эмульсии из расчетного количества концентрата. При использовании для эмульгирования концентрата с анионактивным ПАВ воды повышенной жесткости ее необходимо смягчить добавками расчетного количества каустической, кальцинированной соды или тринатрийфосфата.
Приготовление эмульсионных промывочных жидкостей на концентратах осуществляется по следующей схеме: вода вводится в концентрат при перемешивании до получения концентрированной 20-40%-ной эмульсии, которую разбавляют водой до рабочей концентрации для дальнейшего использования, либо сливают в приемный зумпф (или емкость с водой) и легким перемешиванием распределяют в объеме этой воды.
По такой схеме эмульсионные промывочные жидкости готовятся вручную непосредственно на буровых вышках в металлических 200-литровых бочках без крышек, в одну из которых ведрами из тары подается порциями (10-15 л) концентрат, в него доливается тонкой струей теплая вода при постоянном перемешивании приспособлениями (веслом, лопатой и др.). При этом может наблюдаться (например, у ЭЛ-4) постепенное загустение эмульгируемого концентрата до момента образования эмульсии.
Централизованное и механизированное приготовление эмульсий
Централизованное приготовление эмульсий в геологоразведочных партиях осуществляется в передвижных или стационарных пунктах, оборудованных устройством для разогрева концентрата и воды, бункерами для подачи концентрата в мешалки, собственно мешалками, сливными емкостями и насосами для перекачивания воды и заливки оборотной тары или автоцистерн. На пунктах должны быть оборудованы расходные, желательно утепленные, склады для хранения концентрата и лаборатории для определения качества и концентрации эмульсии. Механизированное приготовление эмульсий может проводиться в глиномешалках любой емкости, которые рекомендуется заполнять концентратом не более чем на треть и добавлять в него при перемешивании теплую воду до образования концентрированной однородной эмульсии. Приготовленные в глиномешалках эмульсии грубо дисперсны; для получения тонкодисперсных эмульсий применяют эмульсионные установки - диспергаторы.
При использовании концентрата Морозол-2 централизованно приготовленную на обычной воде концентрированную эмульсию рекомендуется смешивать в расчетных количествах с предварительно приготовленным солевым раствором или раствором другого антифриза заданной концентрации непосредственно на буровой вышке. Концентрация солевых растворов NaCl и СаСl2 устанавливается в зависимости от температуры мерзлых пород.
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
81
Размер файла
48 Кб
Теги
часть, спец
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа