Жуу сйытыыны ластануы ымаларды брылау тиімділігіне сері

 

Жуу сйытыы оны рамына ртрлі оспаларды: инертті, химиялы жне баса да оспаларды тсу нтижесінде ластанады. Ластану себептерін басарылатын жне басарылмайтын болып блуге болады: біріншісі геологиялы жадайлармен, ал екіншісі – тиімді технология жне йымдасан жмыстарды бзылуымен байланысты.

Ластануды геологиялы себептері жуу сйытыына брыланан жне ыма абырасынан опырылан таужыныстарды туімен байланысты. Жуу сйытыыны механикалы оспалармен байытылуы борпылда, нашар цементтелген, тез бзылатын таужыныстар бойынша брылау кезінде арынды жреді. Брылау рдісінде ерітіндіге сазды блшектерді біршама млшері жне ртрлі талшыты материалдарды, мысалы асбестрамды шламны тсуі лкен крделіктерге келеді. ыма опанына таужыныстарды опырылуы ерітіндіде атты блшектер рамыны іршама жоарлауына келеді.

М.З. Магомедов жне А.В. Орлов брылауды механикалы жылдамдыы жне ерітіндіде атты фазаны рамы арасындаы туелділікті болуы келесі формула трінде крсеткен:

 

, (2.1)

 

мндаы жне – брылауды азіргі жне алашы механикалы жылдамдылытары; l – брылауды меншікті тежелуі деп аталтын лшемсіз пропорционалдылы крсеткіш жне ол брылау ерітіндіні атты жне сйы фазалар арасындаы физикалы зара рекеттілік клемімен сипатталады; – ерітіндіде атты фазаны рамы. туындысы ерітіндіде атты фазаны кездесуінен брылауды жалпы тежелуін сипаттайды.

l мніне байланысты келесі жадайларда арастырылады: егер l=1, онда тмендеуі ерітіндіде атты фаза рамыны серімен аныталады; 1>1 кезінде атты блшектерді зара физикалы рекеттесуі жруі ммкін, бл ерітіндіде атты блшектерді рамыны жоарлаанын крсетуі ммкін; l>1 кезінде ерітіндіде ірі инетті блшектер (м, барит жне т.б.) кезедеседі.

l анытау шін V- типті графиктер салынады. Ордината осінде V= атынасы, ал абцисса осінде – атты фаза рамы пайызбен крсетілген. мні атты фазаны нлдік рамы кезінде логарифмдік масштабтаы график бойынша аныталады. Берілген химиялы рамындаы блшектер шін бірнеше еістелген брыштары бар жола алынады. ртрлі химиялы табиаттаы блшектер шін барлы жолатар нктесінен суле трінде шыады.

Е жоары жолаты еістелген брышты крсеткіші 1 те деп алынады. Бл крсеткіш графикте тменде орналасан барлы жолатар шін кезінде е жоары жола шін мнін келесі жола шін мніне блу арылы аныталады. Бл жадайда аныталан мнді брылауды механикалы жылдамдыыны меншікті тежелуі деп алады.

Брылауды механикалы жылдамдыыны жоарлауы рамында атты фазаны млшері тмен болатын жуу сйытытарын олдану кезінде амтамасыз етіледі. Жуу сйытыыны рамын тадаан кезінде атты жне сйы фазаларды зара рекеттесуін тмендету, алашы блшектерінде, сонымен атар брыланан (опырылан) таужыныстар блшектерінде диспергиглену рдісін баяулату асиеттері бар рамдарды тадайды. Брылауды механикалы жылдамдыына ерітіндіде атты фазаны рамы ана емес, сонымен атар оны фракционды рамы, сіресе коллоидты блігі лкен сер етеді. Бл зарядталан блшектері бар ерітіндіні ттырлыы оны дисперстік дрежесі жне зарядты абсолюттік клемі жоарлаан кезінде жоарлайды. Сондытан да ерітіндіде белседі колоидты блшектерді санын белгілі дрежеде стап, оны баылап тру ажет.

Ерітіндіге инертті атты блшектерді тсуі біріншіден оны ттырлыын баяу жоарлатады, біра оны шектен жоарлауы ттырлыты біршама жоарлауына келуі ммкін.

Жуу сйытыыны ерекше ластану тріне оны химиялы белседі оспалармен (сульфаттармен, карбонаттармен, сульфидтермен жне т.б.) байытылуы жатады жне ерітінді гипс, ангидрид, карбонатты таужыныстарды, цементті, тзды шгінділерді жне т.б. брылаан кезінде ластайды.

Ангидрид жне гипс шгінділерді ммкін болатын кездесу жасы болжамдалады. детте олар кне тере теіз бассейндеріне штасан жне ктастар абатында желілер трінде немесе бірнеше жздеген метр алындыы болатын шгінділер трінде кездеседі.

Ангидрид бойынша брыланан кезінде жуу ерітіндісіне иондары келіп тседі. Бл жадайда бентонитті ерітіндіге біршама агрессивті рекеттігімен иондары ерекшеленеді жне оны коагуляциясын шыарады. сазды ерітіндіге сері кбнесе кптеген электролиттерді серіне сас болып келеді. шамалы концентрацияларында ерітіндіні шартты ттырлыы жне ыыспаны статикалы кернеуіні жоарлауына жне де рН тмендеуіне келеді. Бл жадайда с бергіштігі шамалы згереді. 1 кг бентонитке ткен кезінде сазды ерітіндіні шартты ттырлыы жоарлай бастайды. Сазды ерітіндіде шоыырыны жоарлауы оны шартты ттырлыыны кенет тмендеуіне келіп, су бергіштігіні жоарлауы орын алады.

рамында Na саздары бар бентонитті ерітіндіні иондарына агрессивті рекетіні мні оларды Са-саздара алмасуынан ралан жне осыан байланысты ерітінді агрегативті трасыз болып келеді.

Жуу ерітіндісіні карбонаттармен жне бикарбонаттармен ластануы оан брыланып жатан таужыныстардан, атпарлы сулардан; жуу сйытыына химиялы реагент ретінде біршама млшерде кальцийлі сода немесе натрий бикарбонатын енгізу кезінде; химиялы реагенттерді (лигнина, лигносульфоната, гуматты, КМЦ, крахмал, танинді) жылулы жне бактериалды ыдаруды рекетінен жне делген газдардан ерітінділерді адсорбциясынан болады. Біра карбонаттарды жне бикарбонаттарды ерітіндіге тсуі карбонатты таужыныстарды брылаан кезінде оларды бзылып еруімен жне саталан карбонатты шламны тйыталан циркуляция жйесінде за уаыт бойы айдалуымен байланысты болады. таза ктастар жоары еру жылдамдыымен сипатталатыны белгілі, ал доломитті ктастарда еру жылдамдыы екі есе баяу. Карбонаттарды рамында сазды минералдарды болуы кезінде оларды еру жылдамдыы сазды абышаны экрандалу нтижесінде тмендейді. Еріген карбонаттар ерітіндіні рН байланысты трінде таралуы ммкін жне олар ерітіндіні технологиялы асиеттерін тмендетіп, атты фазасыны коагуляциясын тудыртады.

Белгілі жадайларда жуу сйытыыны рамында ерітілген карбонаттарды таралуы ыма абырасыда таужыныстарды тратылыыны бзылуына келеді, ал бл брылау жмыстарыны німділігін тмендетіп, апатты ауіптілігін жоарлатады.

Бентонитті саздардан дайындалан ерітінділерде карбонаттарды шекті концентрациясы миллиона 40-тан 80-100 блігі болуы ажет. > милионны 100 – 120 блшегі рамы кезінде СНС жне гелді алыптасу жылдамдыыны кенет жоарлауына келеді.

Ерітіндіні коагуляциялау жылдамдыына біршама сер етеді жне ол ерітіндіде миллиона 4 блігі те болатын ерітінді рамында байалады. Бикарбонатты рамы милиона 40 блшек болан кезінде ерітіндіні толы коагуляциясы жреді.

Жуу сйытыыны цементпен ластануы тура геологиялы себептермен байланысты емес. детте бл ыма опанында ртрлі масаттар шін жасалан цементтік тыындарды, аспаларды брылау кезінде орын алады. Ерітіндіні тез ттырлануы жне атуына байланысты бл жадайда жуу сйытыыны циркуляциясыны тотауы (КТО, каротаж, трып алу) те ауіпті, себебі рамында цементті белседі гидративті емес блшектері тан кезінде, тыыздалып, ымада брылау ралыны трып алуына келеді.

Жуу сйытыына ртрлі оспаларды тсуі нтижесінде берілген технологиялы асиеттерді баылаусыз згеруі детте ымада апатты жадайларды дамуына келетін ртрлі крделіктерді пайда болуына себеп болады. Сондытан да бл заманауи мселелерді бірі, сіресе атты пайдалы азбалара тере ымаларды (2000-3000 м) брылау кезінде, себебі одан брылау жмыстар німділігіні жоарлауы, 1 м брылау ныны тмендеуі, сонымен атар ыма бойынша геологиялы жне геофизикалы мліметтер сапасыны жоарлауы біршама млшерде байланысты болады.

Жуу сйытыы ластануыны технологиялы себептері. Жуу технологиясыны бзылылуыны е арапайым мысалына тмен сапалы сазматериалдарын олдану нтижесінде ерітіндіні дайындау кезінде оны ластануы жатады. Оларды шыыны детте 1 ерітіндіге 300-350 кг асады. Бл жадай да ымаа сазды материалдардан баса 13%, кейден одан кп млшерде м тседі. Осындай ерітіндіні тратылыыны бзылуы ыманы алыпты тередету жмыстарыны тотауына келеді. Сонымен атар, немі тсіп жатан брыланан таужыныстар блшектері таы да саталып, жуу сйытытарыны химиялы делуі шін кеінен олданатын пептизаторлар жне реагенттратандырыштарды (УЩР, КМЦ, МК-1 жне т.б.) ерітіндіде таралуына байланысты саталып трады.

Геологиялы-барлау йымдарында кеінен УЩР реагентін олданып келеді, бл дрыс деп айтуа болмайды, себебі ол сазды ерітіндіні рамында атты фазаны млшерін кбейтеді.

Ерітіндіні ластануы, сонымен атар, оны дайындау шін жоары аттылыы бар техникалы суларды олдануымен де байланысты. Ерітіндіге, мысалы, иондарыны тсуі сазды блшектерді бетінде зарядтарды айта таралуына келіп, оны коагуляциялануына келеді. Бл жадайда ерітіндіні су бергіштігі жоарлауы да ммкін. Осындай ерітіндіде ажетті техникалы асиеттерді (ттырлыты, СНС су бергіштігі) сатау біршама крделіктермен жне шыындармен байланысты болып келеді.

Ерітіндіні рамында атты фазаны біршама млшері трып алуі ауіпін жоарлатады. Сондытан да брылау ралы забойа дейін жетпейді, таужынысты тыындарды шаю, сонымен атар брыланан араашытытарды айта брылау ажеттілігі де туындауы ммкін.

Жуу сйытыыны трі, оны физикалы асиеттері брылауды механикалы жылдамдыына сер етітіні белгілі. Дж. Эккель механикалы жылдамдылы Рейнольдс санына Re* пропорционалды екенін длелдеп, оны келесі туелділікпен крсеткен:

 

(2.2)

 

мндаы – брылауды механикалы жылдамдыы; m, а, b, с – константалар; Р – ашауа тсетін остік жктеме; n – брылау ралыны айналу жиілігі; – ерітіндіні тыыздыы; – арна имасы бойынша сйытыты озалысыны орташа клемдік жылдамдыы; d – жуу арнасыны диаметрі; – ашауды басы арылы озалыс кезінде ерітіндіні пластикалы ттырлыы.

ртрлі тазалаыш агенттеріні ттырлы асиеттеріні СА типті здігінен айралатын коронкаларды жмыс абілетіне серін зерттеу ЛГИ ымаларды брылау технологиясы жне техникасы кафедрасында жргізілген. 59 мм диаметрлі СА коронкаларды жуу арналары шін алынан Рейнольдс саны келесіні рады: ауа 14150, су 3948, дизелді жанармай 820 жне сазды ерітінді 434. Осы реттілікпен коронкамен брылау мні де згереді.

Жуу сйытыыны аысыны динамикалы кштеріні жоарлау немесе ерітінді ттырлыыны тмендету нтижесінде осы параметрлерді брылау ралыны остік жктемесі жне айналу жиілігімен тиімді атынастар кезінде забойды жасы тазалуынан механикалы жылдамдылыты жоарлауына ол жеткізуге болады. екінші жаынан, ыма бойынша жер бетіне шлам блшектерін жасы тасымалдауды амтамасыз ету шін ттырлыты жоарлату ажет. Осыан байланысты гидромоторлы ашауларды артышылыы бар: есіз жапсырмаларды болуы, себебі олар ттырлы ерітіндіде забой маы белдемінде аысты динамикалы кштеріні кенет жоарлауына келеді, нтижесінде бзылу жадайлары жне забойды тазалау жадайлары жасарады.

Ерітіндіні ттырлыына келесі жадайлар сер етеді: алашы сйы фазаны ттырлыы, атты блшектерді саны, ірілігі жне пішіні, блшектер арасындаы жабысу кші, сонымен атар олар жне сйыты арасындаы йкеліс кші.

Ерітінді ттырлыыны жоарлауы біршама клемде забойды тазалау рдісіні, яни оны бетінен брыланан таужыныстар блшектеріні ктерілуін тмендеуін анытайды; ымадан ірі блшектеріні шыарылуын жасарады; кеуекті жне жарышаты таужыныстарда жуу сйытыыны шыыны тмендетеді, ыма абырасындаы цементтелмеген жне суа сезімтал таужыныстарды тратылыын амтамасыз етеді; німді горизонтты тередігіні жне кольматацияны жоарлауы; жер бетіндегі циркуляциялы жйеде ерітіндіні шламнан тазалау крделігі жне т.б. Сондытан ртрлі технологиялы рдістер шін ерітіндіні тиімді ттырлы дрежелері берілу ажет.

Н.Н. Резниченко [3] сазды ерітіндіні пластикалы ттырлыы оны рамындаы коллоидты компонентті млшеріне (%) жне органикалы химиялы реагенттерді концентрациясына туелділігі бойынша бааланады жне келесі тедеумен беріледі:

 

(2.3)

мндаы b – траты крсеткіш, 0,48; – сйкесінше сазды ерітіндіні жне суды тыыздыы, кг/ ; m – реагентті белседігін сипаттайтын крсеткіш (КМЦ-600 шін ол 4,0-4,5, метас шін 8,5 УЩР 1,23 жне окзил шін 1,26 те).

(2.3) формуласы мндері, сйкесінше брылауды механикалы жылдамдыын анытайтын Рейнольдс саны бойынша жуу сйытыыны параметрлерін тиімді жасауа ммкіндік береді.

Кейіннен Рейнольдс санына сер ететін брылау режиміні баса да параметрлерді згеруіне араанда жуу сйытыы ттырлыыны згеруі механикалы жылдамдылыа біршама лкен сер етеді. Жуу сйытыыны тиімділігін баалау шін Re* санымен аныталатын механикалы жылдамдылы индексі (ИМС) енгізілген:

Re*< 1900 кезінде ИМС = 0,04 Re*

1900 < Re* < 50000 кезінде ИМС = 0,001 Re*

50000 Re* 500000 кезінде ИМС = 0,01 Re*

Re* > 500000 кезінде ИМС = 0,32 Re*

Re* саныны белгілі мні кезінде брылауды механикалы жылдамдыын анытап, оны баса мндер шін болжауа болады. ИМС жуу сйытыыны асиеттерін, сорышты бергіштігін, ашаудаы жапсырма диаметрі брыланан таужыныстардан забойды тазалау сапасына сер етеді. Жуу сйытыыны трін жне сорышты бергіштігін біле отырып, тиімді ИМС тадауаболады.

Ерітіндіде лшемдері коронканы шеткі блігінде тзілетін ламинарлы абышаны алындыына сйкес келетін шлам блшектеріні жиналуы забойдан блшектерді ктерілу жадайларын крт тмендетеді, яни забойды тазалануын да нашарлатады. Коронканы шеті астындаы ламинарлы абыша алындыы келесі формула бойынша аныталуы ммкін[4]:

 

(2.4)

 

мндаы – ламинарлы абыша алындыы, м; – аын арнасыны эквивалентті диаметрі, м; Re –Рейнольдс критерийі.

Н. Д. Михайлов [4] мліметтері бойынша =6 мПа·с те сазды ерітіндісіні ттырлыы кезінде коронканы шеткі блігі астындаы сйытыты озалуы ламинарлы болады.

рамында атты фазасы бар жуу ерітінділерді олдану кезінде ыма забойын тазалану жадайларыны тмендеуіне ерітіндіні атты фазасын тасымалдауа кететін энергияны шыындалуымен де байланысты. Бл жадайда ерітіндіде атты фазаны млшеру жоары болан сайын, забойдан шламды тазалау жадайлары тмендейді. Ерітіндіде атты фаза млшеріні тмендеуі жне оны белгілі тиімді дрежеде стап тру – маызды технологиялы мселе болып келеді жне оны шешілуінен тере ымаларды барлау брылау німділігі туелді болып келеді.

Осыан байланысты ммкін болатын жерлерде сазды ерітінділерде олданбай, дисперцияланбайтын атты фазасы бар ерітінділерді, полимерлі жне биополимерлі ерітінділерді олданан жн. ымадан брыланан таужыныстарды шыару жадайларын жоарлату масатында мнай жне газа брылау тжірибесінде стратопакстан кескіштері рмирленген арнайы ашауларды олдана бастады. Бл жадайда брыланан таужыныстарды блшектері арапайым алмазды ашаулаады жмысымен салыстыранда ірі болады.

Забойды ламинарлы абатшаны рекет ету белдемінде орналасан блшектер озала бастайтын ыманы саиналы кеістігінде ктеру аысыны жылдамдыын анытау шін (1.4) формуласын олдануа болады.

Осыан байланысты, ыма забойын тиімді тазалау жне брылау кезінде таужыныстарды бзушы ралды тозуа тратылыыны негізгі факторына ыманы забой маы белдемінде тазалаыш агент аысыны турбулентті дрежесі жатады жне ол негізінен, ттырлы асиеттерімен аныталады, себебі бір тазалаыш агент шін аысты динамикалы кштері аысты тасымалдаушы абілеттігін амтамасыз ететін жадайлардан шыа отырып орнатылады.

ыма абырасыны шайылуына, уыстарды тзілуіне немесе ерітіндіде шламны, сіресе оны коллоидты блшектеріні жиналуына келетін жуу технологиясы брылауды механикалы жылдамдыыны жне німділігіні тмендеуіне келеді.

Ерітіндіні ластануыны йымдасты себептері брылау бригадасыны мамандану дрежесінен, сонымен атар кез клген трдегі трып алу жадайларынан ралады. Жуу сйытыыны циркуляциясы тотаан кезінде шлам ыма забойында тнып алуы ммкін. Егер оны жиналуыны басында А.А. Бабичев мліметтері бойынша забой маы белдемі арылы жуу сйытыы шыыныны тмендеуіне жне забойдан шламны шыару жыдайларыны нашарлауына келетін болса, онда циркуляцияны за уаытты тотау кезінде брылау ралыны басында сальникті тзілуімен тыыздалу болуы ммкін, бл крделіктерді дамуына, оны ішінде ымаларда апаттарды тзілуіне келеді.