|
109 одновременное воздействие механического и пептизирующего факторов; оптимальное время контакта частиц с активной зоной разрушения (оптимальное время диспергирования). Дополнительной диспергацией твердой фазы можно, при одном и том же ее содержании, в 2-3 раза увеличить структурную вязкость, в 6-9 раз динамическое напряжение сдвига, в 1,5 раза уменьшить водоотдачу, кроме того уменьшается содержание песка, улучшается стабильность (суточный отстой и стабильность могут равняться нулю). Процесс диспергирования позволяет сократить количество твердой фазы в промывочной жидкости при заданных структурно-механических свойствах. Чем ниже качество глины, тем значительнее эффект диспергирования. В работах «ТатНРШИнефть» предлагалось снизить содержание твердой фазы до 6% за счет отделения неколлоидной составляющей перед химической обработкой и утяжелением раствора. Для этого планировалось внедрить на глинозаводе мероприятия по улучшению раствора, где неколлоидную фракцию после оседания вновь следовало подавать в буллит для дополнительного диспергирования. Однако процесс оказался энергозатратным и не нашел практического применения. В последние годы появились струйно-механические диспергаторы, которые лишены этих недостатков и могут быть изготовлены в условиях мастерских. Приведем принцип работы одного из них. Струйно-механический диспергатор работает следующим образом. При создании циркуляции жидкости, в которую предварительно вводится порошкообразный или зернистый материал, ее поток раздваивается в тройнике и по дугам поступает к входным патрубкам. Высоконапорные струи, формируемые в насадках, ударяют в места зацепления зубчатых колес, что придает вращение навстречу друг другу колесам, находящимся в зацеплении. При ударе струи в преграду, образованную зубьями колес, происходит деформация и растрескивание зерен и комков. Зернистый материал, попавший в зацепление, размалы |
329 При приготовлении промывочной жидкости происходит первичное изменение дисперсной фазы. Дисперсность этой фазы будет зависить от ее вида и качества, исходных размеров частиц, способа и длительности измельчения и других факторов. Однако полной диспергации в процессе приготовления не происходит. Наиболее сложные процессы идут при дополнительном диспергировании твердой фазы. Их физико-механическая сущность сводится к следующему [101,170,241]. Значительная масса частиц твердой фазы в исходной дисперсной системе представляет собой агрегаты мелкодисперсных частиц размером до 100 мкм. Под воздействием нагрузок эти агрегаты разрушаются, открывая доступ к сухим поверхностям. Вследствие адсорбционного понижения твердости и расклинивающего давления происходит расщепление материалов с образованием более мелких частиц. Как показывают данные многочисленных исследований [100,101] для каждого реального диспергирующего устройства существует определенная длительность процесса, увеличение которой уже не приводит к дальнейшему диспергированию твердых частиц и изменению свойств дисперсной системы. Механические воздействия для этого слишком кратковременны, прилагаются лишь к сравнительно небольшой части фазы и существенно обесцениваются защитным действием водной среды и гидратных слоев на частицах. На увеличение дисперсности начинает влиять и увеличение энергоемкости разрушения с уменьшением размеров частиц твердой фазы. Таким образом, требования обусловливающие максимальный эффект воздействия на дисперсную систему с твердой фазой при диспергировании, сводятся к следующему: оптимальная частота воздействия на минерал, в результате которого раскрываются дефекты структуры и появляются новые трещины; рациональная удельная интенсивность воздействия на твердую фазу промывочной жидкости; одновременное воздействие механического и пептизирующего факторов; оптимальное время контакта частиц с активной зоной разрушения (оптимальное время диспергирования). 330 Дополнительной диспергацией твердой фазы можно при одном и том же ее содержании, в 2-3 раза увеличить структурную вязкость, в 6-9 раз динамическое напряжение сдвига, в 1,5 раза уменьшить водоотдачу, кроме того уменьшается содержание песка, улучшается стабильность (суточный отстой и стабильность могут равняться нулю). Процесс диспергирования позволяет сократить количество твердой фазы в промывочной жидкости при заданных структурно-механических свойствах. Чем ниже качество глины, тем значительнее эффект диспергирования. Известны многочисленные способы приготовления буровых растворов на глинистой основне путем использования различных видов перемешивающих устройств или гидросмесителей [100,101]. Способ обработки глинистых растворов ультразвуковыми колебаниями, после механического их приготовления, улучшает дисперсность и физико-механические свойства растворов [241]. Поэтому для стадии приготовления буровых и тампонажных растворов автором (совместно с Петровым H.A.) разработано на уровне изобретения (A.c. № 1731262) следующее устройство. 4.4.2. Разработка струйно-механического диспергатора и технологии его применения. Большинство широко применяемых в бурении устройств предназначены для работы с порошкообразным материалом. Однако на практике часто приходится работать как с зернистыми и пластинчатыми материалами, так и частично прогидратировавшими порошкообразными материалами, содержащими крупные частицы. Для приготовления растворов из таких материалов предлагается струйно-механический диспергатор (рис. 4.11). Этот диспергатор сочетает преимущества механических измельчителей и гидродинамического воздействия. Струйно-механический диспергатор работает следующим образом. При создании циркуляции жидкости, в которую предварительно вводится порошкообразный или зернистый материал, ее поток раздваивается в тройнике 6 и по дугам 4 поступает к входным патрубкам 14. Высоконапорные струи, формируемые в насадках 7, ударяют в места зацеплений зубча 332 тых колес 3, что придает вращение навстречу друг другу колесам, находящимся в зацеплении. При ударе струи в преграду, образованную зубьями 20 колес, происходит деформация и растрескивание зерен и комков. Зернистый материал, попавший в зацепление, размалывается и дробится выступами зубьев 20 одних колес 3 и впадинами 21 других, а порошкообразный материал истирается. При этом зерна разрушаются как от сжатия, так и сдвига при выдавливании в обе стороны их зацепления. Поскольку преграда образована выступами зубьев 20 и впадинами 21, находящимися по отношению к гидромониторной струе, а во впадинах 21 образуются мощные турбулентные потоки, в дальнейшем выходящие в бок и навстречу основной струи, то при соударении основной и отраженных струй (помимо того, что происходит соударение поставляемых и отраженных зерен) генерируются колебания ультразвуковой частоты, положительно сказывающейся на разрушении растрескивавшихся зерен при сдвиге, растяжении и их совместном действии, т.е. наименее энергоемких процессах. Струйно-механический диспергатор позволяет существенно ускорить процесс приготовления раствора как из некачественного порошкообразного, так и зернистого материалов. Из описания работы этого устройства следует, что при приготовлении раствора нет небходимости, как в струйном диспергаторе, так и в создании чрезмерно высоких скоростей истечения жидкости из насадков. Размер последних можно увеличить и тем самым увеличить пропускную способность раствора с зернистым материалом, предупредить забивку насадков. Несложность изготовления устройства, надежность герметизации камеры и ремонтопригодность это необходимые качества, присущие конструкции для обеспечения широкого использования в практике бурения. 4.4.3. О необходимости кольматации проницаемых пород при бурении и заканчивании скважин. Из изложенного в предьщущих разделах следует, что естественная кольматация норовых каналов частицами дисперсной среды приводит к снижению проницаемости пластов. Для продуктивных пластов это нежела |