Раздел 4. Функции и назначение буровых растворов
 Скачать 3.16 Mb.
|
|
Изучение свойств буровых растворов 1 Плотность бурового раствора. Реологические свойства буровых промывочных жидкостей Плотность бурового раствора (ρ б.р ) 3 Выбирается исходя из условий предотвращения потери устойчивости горных пород, слагающих стенки скважины и их гидроразрыва. Очень важно также создание противодавления на пласты, насыщенные пластовыми флюидами, препятствующего притоку их в скважину. Таким образом, изменение ρ б.р. – основное средство регулирования давления в скважине. При вскрытии газонефтенасыщенных пластов значение ρ б.р. должно определяться для горизонта с минимальным градиентом пластового давления в интервале совместимых условий. Минимальное превышение гидростатического давления столба бурового раствора относительно кровли вскрываемого пласта приведено в таблице (следующий слайд) с учетом глубины скважины и коэффициента аномальности пластового давления К а (проектного или фактического). Значения минимального превышения гидростатического давления раствора над пластовым 4 Глубина скважины (интервал), м Минимальное превышение гидростатического давления раствора над пластовым (репрессия) ΔР min , МПа для нефтенасыщенных пластов для газоносных, газоконденсатных пластов, а также пластов в неизученных интервалах разведочных скважин ≤1000 1 1,5 1001-2500 1,5 2,0 2501-4500 2,0 2,25 ≥ 2,5 2,7 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ БУРОВОГО РАСТВОРА 5 Плотность бурового раствора , кг/м 3 - есть отношение массы бурового раствора к его объему. Для измерения плотности могут быть использованы: - ареометр, пикнометр, рычажные весы. 6 Ареометр АБР-1 состоит из следующих основных частей: съемного груза, мерного стакана, поплавка со стержнем. К поплавку крепится мерный стакан с помощью штифтов. На стержне имеются две шкалы: основная, по которой измеряют плотность раствора, и поправочная, по которой определяют поправку по воде. Прибор включает в себя ведерко для воды. Крышка ведерка служит пробоотборником для раствора. Порядок работы: - при измерении плотности бурового раствора используют как пресную, так и минерализованную воду; - при использовании пресной воды плотностью 1 г/см 3 чистый мерный стакан с объемом пробы (78,5 1) см 3 заполняют буровым раствором, и соединяют с поплавком поворотом последнего до упора; - стакан снаружи тщательно обмывают водой, погружают его в ведро с водой и делают отсчет плотности по основной шкале (по делению, до которого ареометр опустился в воду); - при использовании минерализованной воды делают поправку (по поправочной шкале) на ее плотность, для чего заполняют мерный стакан водой и соединяют его с поплавком. Погружают прибор в ведро с водой, деление на поправочной шкале, до которого ареометр погрузился в воду, покажет алгебраическую величину поправки (или «+», или «-»); Ареометр АБР-1 7 -плотность бурового раствора в случае применения минерализованной воды вычисляют по формуле: = осн + , где: - плотность бурового раствора, г/см 3 ; осн - отсчет плотности по основной шкале, г/см 3 ; - поправка (отсчет плотности по поправочной шкале), г/см 3 Предел допускаемой дополнительной погрешности при изменении температуры испытуемого раствора на каждые 10 0 С, начиная с (20 2) 0 С – не более 0,002 г/см 3 , при влиянии климатических факторов внешней среды на изменение температуры испытуемого раствора на каждые 10 0 С, начиная с (20 2) 0 С – не более 0,01 г/см 3 Калибруют ареометр чистой пресной (дистиллированной) водой при температуре (20 5) 0 С. При этом показание прибора должно быть равно 1г/см 3 Определение плотности раствора рычажными весами ВРП 8 Рычажные, весы-плотномер ВРП-1 (см. рисунок) состоят из подставки 1 и подвижной части, представляющей собой рычаг 2 с жестко закрепленным на нем мерным стаканом 3 с крышкой 4. Подвижная часть весов с помощью одной из призм 5 опирается на вкладыш 6, укрепленный на подставке. На рычаге весов нанесены две шкалы 7 с разными диапазонами измерений: верхняя шкала от 800 до 1600 кг/м 3 , нижняя - от 1600 до 2600 кг/м 3 Порядок работы: 9 - заполняют чашку испытываемой пробой доверху (для удаления пузырьков воздуха постукивают пальцем по чашке); - устанавливают крышку (излишек раствора должен выйти наружу через отверстие); - очищают внешнюю поверхность весов от раствора; - устанавливают весы на основание; - перемещают рейтер до равновесного состояния, которое определяют по уровню; - считывают показания величины плотности раствора со шкалы по краю рейтера; - после каждого использования прибор моют и сушат. Калибровку прибора производят замером плотности пресной воды: - заполняют чашу пресной водой и устанавливают рейтер на линии воды - 8,3 фунт/галлон (удельный вес - 1,0 г/см 3 ); - добавляют или удаляют свинцовую дробь из лунки для дроби, пока прибор не придет в равновесие. 10 Порядок работы: При определении реальной плотности аэрированного раствора в полевых условиях может быть использован следующий метод: - весы заполняют водой, - устанавливают крышку (излишек воды должен выйти наружу через отверстие); - сливают воду из весов в сосуд; - повторяют ту же операцию с раствором; - тщательно смешивают раствор с водой для уменьшения вязкости и выхода пузырьков воздуха; - замеряет полученную плотность, умножают на два и вычитают единицу, (плотность воды), получаю приближенную к реальной плотность ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ВЯЗКОСТИ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ 11 Пластическая вязкость, представляет собой условную величину, показывающую долю эффективной вязкости, которая возникает вследствие структурообразования в потоке бурового раствора. Вискозиметр «Model 900» предназначен для определения пластической вязкости технологических жидкостей путем фиксирования изменения вынужденного угла, при вращении внутреннего цилиндра в испытуемой жидкости. Жидкость помещается в кольцевое пространство между вращающимся ротором и цилиндром (BOB), который насажен на ось, сообщающуюся с торсионной пружиной. Вязкость вращающейся жидкости оказывает воздействие на внутренний цилиндр, а датчик записывает показания углового смещения внутреннего цилиндра. Используя угол смещения внутреннего цилиндра, процессор подсчитывает и передает показания характеристик пробы, согласно скорости внешнего цилиндра и смещения внутреннего цилиндра. Панель вискозиметра 12 1 8 2 4 5 3 6 7 9 1 – кнопки для задания скорости сдвига (частоты вращения), в об/мин или сек -1 , 2 – кнопка, используемая для остановки последовательности операций, выполнения анализа, или для повторного ввода параметров, 3 – кнопка для внутренней калибровки вискозиметра, 4 – кнопка, используемая для перехода к следующей операции/функции, 5 – кнопка для программирования прибора (кнопка настройки), 6 – кнопка для измерения пластической вязкости бурового раствора, 7 – кнопка для измерения, расчета сдвиговых напряжений в ранее выбранных единицах измерения, 8 – кнопки (скорости сдвига), используемые при определении вязкости, 9 – монитор. Принципиальная схема вискозиметра 13 Порядок работы: 14 1. Подсоединить вискозиметр к электрической сети. 2. Для температурного контроля подсоединить термо-чашу к гнезду, расположенному на левой стороне корпуса. Так же подсоединить к источнику питания, расположенному на задней панели вискозиметра. 3. Отключить инструмент от электросети и поместить грязевой щит (рис.след слайд) на вал внутреннего цилиндра, короткий конец трубки по направлению к подшипникам. Вискозиметр должен быть всегда отключен от сети на время замены цилиндра. Завернуть противовес, конусообразным концом вверх, в направлении к грязевому щиту. Используя прилагаемый в комплекте гаечный ключ для вала внутреннего цилиндра, затянуть ось для фиксации цилиндра (рис. след. слайд). Внутренний цилиндр в рабочем состоянии находится внутри вращающегося ротора. Поместить ротор во внутренний цилиндр. Выключатель расположен на задней панели. Включить прибор и следовать указаниям, появившемся на экране или нажать «Clear/Stop». Поместить тщательно подготовленную испытуемую жидкость в стакан. Погрузить ротор до метки, указанной на внешней его стороне, в испытуемую жидкость. После достижения метки, зафиксировать платформу маленьким краником. Комплектующие узлы вискозиметра 15 ГАЕЧНЫЙ КЛЮЧ ДЛЯ ЗАМЕНЫ ЦИЛИНДРА ГРЯЗЕВОЙ ЩИТ Проведение исследования на вискозиметре 16 При использовании прибора в ручном режиме используется кнопочная панель в верхней части вискозиметра. Ниже приводится описание назначения каждой из кнопок: 1. Индивидуально пронумерованные кнопки с левой стороны - от 0 (ноль) до 9 (девять) используются для задания скорости сдвига (частоты вращения) в об/мин (RPM) или ceк-1 (1/s). Toчность до двух знаков после запятой (0,01 oб/мин). После ввода требуемой скорости сдвига необходимо нажать клавишу «ENTER». 2. Пронумерованные кнопки с правой стороны - 600, 300, 200, 100, 60, 30, 20, 10, 6, 3, 2 и 1 - это скорости сдвига, обычно используемые при определении вязкости. Пользование этими кнопками является быстрым и удобным средством изменения частоты вращения ротора. Cкорость cдвига в об/мин (RPM) можно быстро и напрямую изменить нажатием кнопок на числовых панелях. Какое-либо программирование или иной ввод не требуется. 3. «CLEAR / STOP» используется для ocтановки последовательности операций выполнения анализа, или для повторного ввода параметров. «NEXT» используется для перехода к следующей операции. В функции «SET UP» можно настроить значения температуры, номер цилиндра, единицу сдвиговых напряжений, единицу скорости сдвига, номер пружины. Кнопка «CAL» обеспечивает самостоятельную внутреннюю калибровку вискозиметра. 17 4. «MUD» (буровой раствор). При однократном нажатии этой кнопки вискозиметр автоматически произведет измерение, pacчет и выдачу на дисплее пластической вязкости («PV») в сПз и предела текучести («YP») в paнее выбранных единицах измерения сдвиговых напряжений согласно стандарта API. Это позволяет одновременно выполнять другие операции и гарантирует повышенную точность и воспроизводимость, поскольку каждый анализ выполняется по той же методике и в течение одних и тех же периодов времени. При нажатии кнопки «MUD» будут выполнены описанные ниже операции. В каждом интервале происходит стабилизация вискозиметра, после чего он выполняет считывание. Ecли вы предпочитаете не ждать выполнения анализа для расчета предельного статического напряжения сдвига в период гелеобразования 10 мин (10 min Gel), можно нажать кнопку «NEXT» (следующий), чтобы отменить эту конкретную операцию, получив, тем не менее, ocтальные показания замеряемых параметров. 18 1. Скорость смешивания (Mixing Speed). 2. 600 об/мин в течение 15 сек. 3. 300 об/мин в течение 15 сек. 4. Статическое напряжение сдвига для периода гелеобразования 10 ceк (10 sec Gel) (период ожидания 10 ceк). 5. Cмешивание в течение 10 ceк. 6. Статическое напряжение сдвига для периода гелеобразования 10 мин (10 min Gel) (период ожидания 10 минут). После завершения анализа выдается следующая информация на дисплее: 1. «PV» = 2. «YP» = 3. «10 Sec Gel» = 4. «10 Min Gel» = 5. «CEM» (режим). При нажатии этой кнопки вискозиметр автоматически произведет измерение, расчет и выдачу на дисплее сдвиговых напряжений в ранее выбранных единицах измерения. Условная вязкость. Статическое напряжение сдвига. Водородный показатель. Фильтратоотдача. Содержание песка. Условная вязкость 20 Условная вязкость (УВ, с) - величина, определяемая временем истечения из стандартной воронки определенного объема бурового раствора. Условная вязкость косвенно характеризует гидравлическое сопротивление течению, т.е. подвижность бурового раствора. Для измерения условной вязкости могут быть использованы: - вискозиметр ВБР-1, воронка Марша. Определение условной вязкости 21 Вискозиметр ВБР-1 состоит из мерной кружки (емкостью 500 см 3 ) и воронки с сеткой (вместимостью 700 см 3 ), герметично соединенной с трубкой диаметром проходного сечения 0,5см и длиной 10см. Порядок работы: - промывают воронку вискозиметра водой; - закрывают отверстие трубки снаружи и наливают в воронку через сетку предварительно перемешанный испытуемый раствор в количестве 700 см 3 ; - подставив мерную кружку под трубку вискозиметра, открывают отверстие трубки, одновременно включая секундомер; - в момент заполнения кружки раствором до краев останавливают секундомер; 22 - значение условной вязкости вычисляют как среднеарифметическое из трех последовательных измерений, отличие между которыми не должно быть более 2 секунд; - после каждого использования вискозиметр промывают водой. Проверку водного числа вискозиметра производят по времени истечения чистой пресной (или дистиллированной) воды объемом 500см 3 при температуре (20 5) 0 С. Время истечения должно быть равным (15 0,5)с. Если значение будет больше 15,5с, то трубку вискозиметра прочищают, если меньше 14,5 - вискозиметр заменяют. При определении условной вязкости в лабораторных условиях в воронку наливают 200 см 3 раствора и фиксируют время истечения 100 см3. Полученное значение Т=200/100 умножают на 4. Определение условной вязкости с помощью воронки Марша 23 Воронка Марша представляет собой конус диаметром 15 см и высотой 30,5см, с латунной трубкой на конце длиной 5,08см и диаметром 0,48см. Емкость воронки - 1500см 3 . Половина верхней части воронки оснащена сеткой с размером отверстий 10 меш для очистки бурового раствора от посторонних включений и выбуренного шлама. Порядок работы: - держа воронку в вертикальном положении, закрывают пальцем отверстие снаружи; - наливают через сетку, в воронку перемешанную пробу раствора до уровня сетки; - убирают палец от отверстия и замеряют время истечения 950см 3 ; - значение условной вязкости рассчитывают как среднеарифметическое из трех последовательных измерений, отличие между которыми не должно быть более 2 секунд. После каждого использования вискозиметр промывают водой. Калибровку воронки Марша осуществляют по времени истечения чистой пресной воды (26 0,5)с при 21 0 С. СТАТИЧЕСКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ СДВИГА (СНС) 24 Определение статического напряжения сдвига на приборе СНС–2 Принцип работы прибора основан на измерении сдвиговых напряжений в контролируемой среде, расположенной между соосными цилиндрами. Мерой сдвиговых напряжений является угол поворота подвесного цилиндра вокруг своей оси. В зависимости от вязкостного состояния исследуемой пробы используются разные нити, номер которых определяет коэффициент прибора. Для нитей № 1 и 4 коэффициент прибора – 0,043, для нитей № 2 и 5 – 0,12, для нитей № 3 и 6 – 0,3 25 Порядок работы: - устанавливают на вращающемся столике внешний цилиндр; - помещают подвесной цилиндр, с установленной на нем шкалой, во внешний цилиндр и подвешивают нить на пробку; - тщательно перемешивают пробу бурового раствора и заливают во внешний цилиндр (подвесной цилиндр при этом должен быть погружен в раствор точно до верхнего края); - устанавливают «0» шкалы против риски указателя и оставляют в покое на одну минуту; - через одну минуту включают электродвигатель и производят отсчет угла закручивания нити после остановки подвесного цилиндра; - устанавливают шкалу в нулевое положение и оставляют раствор в покое на 10 минут; - затем снова включают прибор и замеряют максимальный угол закручивания нити. Статическое напряжение вычисляют по формуле: 1,10 = А 1,10 , где: 1,10 - статическое напряжение сдвига через 1 и 10 минут, Па; А - коэффициент погрешности (дается в паспорте прибора); 1,10 - угол закручивания нити, замеренный после 1 и 10 минут покоя, град. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДОРОДНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ (РН) 26 Определение (рН) колориметрическим способом Сущность работы с индикаторной бумагой заключается в сравнении цвета индикаторной бумаги, смоченной раствором, с эталоном и определении рН. Порядок работы: - берут полоску индикаторной бумаги и осторожно кладут ее на поверхность бурового раствора; - после того, как бумажная полоска впитает фильтрат и изменит свой цвет, сравнивают его с цветовой шкалой, изображенной на боковой стороне того определителя, из которого взята полоска и определяют соответствующее значение рН. Можно использовать для определения фильтрат бурового раствора. Однако следует учитывать, что рН бурового раствора может отличаться от рН фильтрата. 27 Электрометрический метод определения водородного показателя Водородный показатель можно определять при помощи прибора рН-метра. Работа рН-метра основана на преобразовании электродвижущей силы (э.д.с.) электронной системы в постоянный ток, пропорциональный измеряемой величине. Порядок работы: - рН-метр является чувствительным прибором, поэтому требуется большая аккуратность при работе с ним; - включают прибор и откалибровывают его по буферному раствору (с учетом температурного фактора); - промывают головку зонда проточной водой или прополаскивают в чистой воде, затем осторожно вытирают сухой тканью; - испытуемый раствор наливают в химический стакан и погружают в него зонд; - регистрируют величину рН после того, как показания прибора стабилизируются. 28 После замера зонд тщательно моют, помещают в дистиллированную воду и выключают прибор. рН-метр должен калиброваться с помощью буферных растворов перед каждым его применением. Для этой цели имеются буферные растворы с определенным значением рН. При калибровке используют не менее двух видов раствора. Для получения наилучших результатов прибор должен калиброваться с таким буферным раствором, значение рН которого близко к значению рН исследуемой пробы. Перед проведением измерения электрод должен находиться в буферном растворе в течение 5 минут. Порядок работы: - тщательно прополаскивают зонд дистиллированной водой; - в буферный раствор, приготовленный согласно инструкции, с рН = 7,0 опускают зонд. Прибор должен показывать рН = 7,0 0,3 без подрегулировки; - повторить то же самое, используя буферные растворы с рН меньше и больше 7,0; - если прибор выдерживает проверку при переходе от одного буферного раствора к другому, то можно считать, что он находится в хороших рабочих условиях. Содержание песка 29 Этот метод позволяет определить содержание песчаных фракций в буровом растворе, имеющих размер частиц более 74 микрон. Для определения содержания песка используется градуированная туба, сетка с размером ячеек 200 меш. (74 мкм) и воронка. 30 Порядок работы: - заполняют стеклянную тубу исследуемым раствором до отметки «Mud to Here», затем доливают водой до отметки «Water to Here»; - закрывают верх тубы большим пальцем и энергично встряхивают; - после этого осторожно выливают суспензию на сито, жидкость, проходящая через сито, сливается; - в тубу вновь наливают воды, взбалтывают и выливают через сито; - эту процедуру повторяют до тех пор, пока песок не будет отмыт от глинистых частичек, о чем свидетельствует прозрачная вода, вытекающая через сито. Допускается постукивание по корпусу цилиндра с ситом или дном цилиндра о поверхность раковины. Механического усилия при пропускании через сито применять нельзя; - на верхнюю часть цилиндра с сеткой надевают воронку и переворачивают; - песчаные фракции, попавшие на сито при сливании суспензии и промытые водой от глинистых частиц, возвращают в тубу через воронку с помощью водной струи; - объемные проценты песчаных фракций считывают непосредственно по делениям внизу тубы, градуированной в процентах. После использования промывают и сушат тубу, сито и воронку. |