БУРЕНИЕ. Методы измерения плотности бурового и цементного растворов
 Скачать 126.94 Kb.
|
|
| № п/п | Наименование прибора | Сущность метода измерения | Достоинства, недостатки прибора |
| | | | |
| | | | |
III. Ответить на вопросы.
1. Что называется плотностью раствора?
2. Какие параметры зависят от плотности раствора?
3. Каковы нормы погрешности, диапазона измерения при измерении плотности раствора?
К основным параметрам бурового раствора относятся плотность, предельные статическое и динамическое напряжения сдвига, эффективная и пластическая вязкость, условная вязкость, показатель фильтрации, статическое напряжение в глинистой корке, газосодержание, содержание песка, показатель стабильности, показатель смазочной способности, напряжение пробоя гидрофобных эмульсий, концентрация водородных ионов (pH), содержание твердой фазы и нефти, коллоидных частиц, степень минерализации фильтра, содержание ионов кальция, магния, карбонатов, гидрокарбонатов, хлорсульфатов, щелочных металлов, хрома, калия, извести.
Для определения указанных параметров используются соответствующие методики и средства измерений.
К наиболее важным параметрам, характеризующим буровой раствор, относится плотность. От нее зависят давление на пласты, образующие стенки скважины, перенос энергии от насоса к забойному двигателю - турбобуру, размыв породы на забое и т. д. Поэтому к измерению плотности бурового раствора в технологическом процессе бурения предъявляются жесткие требования. Согласно нормам, погрешность в измерении плотности не должна превышать 0,02 г/см3. Диапазон ее измерения составляет 0,8 - 2,64 г/см3.
Рис. 59. Рычажные весы — плотномер
Для измерения плотности буровых растворов используются гравитационные плотномеры, в которых взвешивается определенный объем жидкости; гидростатические плотномеры, измеряющие давление столба жидкости постоянной высоты (к ним относятся и пьезометрические), поплавковые плотномеры, основанные на определении выталкивающей силы, равной весу вытесненной жидкости.
В гравитационных плотномерах чувствительный элемент представляет собой камеру постоянного объема. Приращение массы чувствительного элемента пропорционально изменению плотности. При заполнении камеры жидкостью, плотность которой соответствует нижнему пределу шкалы, чувствительный элемент располагается горизонтально. С ростом плотности увеличивается общая масса подвижной системы, чувствительный элемент опускается, выходной сигнал повышается до тех пор, пока приращение массы не будет уравновешено усилием механизма обратной связи. Таким образом, достигается силовая компенсация. Применение ее позволяет добиваться высокой точности измерения плотности.
Для измерения плотности бурового раствора используют: рычажные весы-плотномер; пикнометр; автоматический весовой плотномер АВП-1; пьезометрический плотномер ПП-1, индикатор плотности.
Рычажные весы-плотномер ВРП-1
Предназначены для измерения плотности буровых и тампонажных растворов.
Принцип работы рычажных весов ВРП-1М основан на уравновешивании моментов левой и правой сторон подвижной части весов относительно опоры. Основные технические характеристики: диапазон измерения, г/см ³- от 0,8 до 2,6; погрешность измерения, г/см³- от ± 0,01.
ВРП-1 (рис. 1) состоят из: стойки 8; подвижной части, в которую входит рычаг 6, жестко скрепленный с мерным стаканом 1; крышки 2 призм 4 и 5, укрепленных на рычаге 5; подушки 3, соединяющей подвижную часть весов со стойкой; двух измерительных шкал - верхней и нижней, замеры по верхней шкале осуществляются путем установки весов на правую призму и перемещения подвижного груза 7, замеры по нижней шкале - путем установки весов на левую призму и перемещения подвижного груза.
Порядок работы: - залить раствор в мерный стакан до верхней кромки и зак-рыть крышкой; - удалить излишки раствора, вытекшие через специальное отверстие; - установить подвижную часть на правую призму стойки; - передвигая вправо или влево подвижный груз, установить рычаг в положение равновесия и прочесть показания плотности раствора по верхней шкале; - если плотность раствора окажется большей, чем предел измерения по верхней шкале, то подвижную часть весов необходимо переставить на левую призму и провести измерение по нижней шкале; - после замера снять крышку, вылить раствор из стакана, промыть мерный стакан и крышку водой, протереть их насухо.
Пикнометр.
Пикнометрический метод определения плотности жидкости основан на взвешивании жидкости, занимающей в пикнометре известный объем, найденный весовым способом. Основные преимущества данного метода сводятся к следующему:
- высокая точность измерений, обусловленная тем, что взвешивают на высокоточных весах общего назначения без каких-либо дополнительных устройств, неизбежно уменьшающих чувствительность весов;
- малая площадь свободной поверхности жидкости в пикнометре, что практически исключает испарение жидкости и поглощение влаги из воздуха;
- пригодность для работы как с летучими, так и с весьма вязкими жидкостями;
- использование небольшого количества жидкости (1- 100 см3);
- раздельное проведение операций термостатирования жидкости в пикнометре и последующего взвешивания.
При точных измерениях, когда вполне оправданы некоторая трудоемкость и необходимость соблюдения ряда предосторожностей, пикнометрическому методу отдают предпочтение.
Чем больше вместимость пикнометра, тем меньше погрешность взвешивания; однако одновременно увеличивается ошибка, связанная с неравномерностью температуры во всей массе жидкости. Наилучшие результаты получают с пикнометрами вместимостью 25-100 см3.
Сущность метода заключается в определении массы цементного теста, помещенного в пикнометр с известным объемом, при определенной температуре. Пикнометр П-1 изготовлен из нержавеющей стали и состоит из стакана, который закрывается пробкой.
Сначала определяют массу чистого сухого пикнометра с погрешностью до 0.01 г. По окончании перемешивания пикнометр заполняют цементным раствором и закрывают пробкой, при этом цементный раствор должен заполнить канал в пробке пикнометра. Избыток раствора, выступивший из отверстия в пробке, удаляют влажной тканью.Автоматический плотномер АВП-1
Для непрерывного автоматического измерения плотности бурового раствора в процессе бурения нефтяных и газовых скважин используется плотномер АВП-1. Он разработан СПКБ
«Нефтепромавтоматика». Принцип действия его (рис. 60) основан на взвешивании известного объема раствора, прокачиваемого специальными насосами из желобной системы через трубу 4, соединительную муфту 2 и чувствительный элемент — ^/-образную трубку 1, которая жестко закреплена в траверсе 6, связанной с неподвижным кронштейном 3 двумя шарикоподшипниками 5. В результате перемещения груза 9 по резьбовому рычагу 8, связанному с U-образной трубкой крестообразным ленточным шарниром 7, осуществляется грубая настройка вторичного прибора на нуль. Точной настройки достигают путем перемещения груза 10.
/ 1 J 4
Рис. 60. Плотномер АВП-1
Аппаратура работает следующим образом. С увеличением плотности раствора трубка, опускаясь вниз, смещает сердечник 17 дифференциально-трансформаторного датчика перемещения. В измерительных катушках датчика появляется сигнал рассогласования, который подается на вход электронного усилителя
22. С его выхода сигнал поступает на фазочувствительный демодулятор 20, где преобразуется в постоянный ток, пропорциональный измеряемой плотности. Выходной ток поступает в подвижные катушки 13 электросилового преобразователя,: Воз
никшее в них магнитное поле, взаимодействуя с магнитным полем неподвижной катушки 15 электросилового преобразователя, устанавливает через рычажно-кинематический механизм 16 и 11 новое равновесие системы.
Неподвижная катушка подключена к блоку питания 18 через стабилизатор постоянного тока 19. Выходной ток создает на сопротивлении падение напряжения, которое регистрирует автоматический самопишущий потенциометр 21. Возникающие автоколебания системы гасит гидравлический демпфер 14. Изменение диапазона измерения в заданных пределах осуществляется путем перемещения ролика 12 по рычагу 11.
В качестве вторичного прибора используют электронный автоматический потенциометр ПСР-10, позволяющий вести визуальный отсчет измеряемого параметра, осуществлять запись на диаграммной бумаге, подавать сигнал на пульт бурильщика об отклонении от заданных значений, а в случае необходимости — на диспетчерский пункт по каналам связи телемеханики. Датчик, усилитель, вторичный прибор, выключатели электронагревателя и двигателя насоса размещены в утепленном шкафу.
Техническая характеристика АВП-1
Диапазон измерения плотности, г/см3 ……………………………………… 0,8—2,0
TOC o "1-5" h z Предел основной приведенной погрешности прибора в диапазоне измерения плотности, % ±1
Параметры питания первичного преобразователя и вторичного прибора:
напряжение сети переменного тока, В. . . . 220
частота сети переменного тока, Гц………………………………. 50
Потребляемая мощность, В-А:
плотномером в полном комплекте……………………………….. 1,2
первичным преобразователем……. 0,04
Диапазон изменения температуры анализируемой жидкости, *С 5—80
Габариты, мм:
первичного преобразователя………………………………………………… 585X364X300
вторичного прибора…………………………………………………………….. 320x320x380
шкафа…………………………………………………………………………………. 870x920x1970
Масса, кг:
TOC o "1-5" h z первичного преобразователя………………………………………………………… 35
вторичного прибора……………………………………………………………………. 18
шкафа………………………………………………………………………. 150
Шкала вторичного прибора отградуирована в единицах плотности с ценой деления 0,01 г/см3.
В зависимости от продолжительности установления показаний плотномер соответствует группе 1 по ГОСТ 22729—84. В зависимости от значения допустимого угла наклона нормального положения первичный преобразователь плотности должен соответствовать группе, не допускающей ее наклона, по ГОСТ 22729—84. Вариация показаний не должна превышать ±1% от диапазона измерения.
По устойчивости к воздействию температуры и влажности окружающего воздуха плотномер соответствует группе 1, первичный преобразователь — группе 3 изделий ГСП третьего порядка по ГОСТ 12997—84. В зависимости от воздействия окружающей среды и по устойчивости к механическим воздействиям первичный преобразователь плотности соответствует обыкновенному исполнению по ГОСТ 12997—84.
Изменение показаний плотномера при отклонении температуры анализируемой жидкости от 20 °С на каждые 10 °С не должно превышать абсолютного значения предела основной допускаемой приведенной погрешности.
Плотномер работоспособен при напряженности внешних магнитных полей не более 400 А/м. Напряжение радиопомех, создаваемых плотномером, по нормам не превышает 80 дБ в диапазонах частот 0,15—0,5 МГц; 74 дБ при 0,5—2,5 МГц; 76 дБ при 2,5—3,0 МГц.
Плотномер относится к восстанавливаемым, одноканальным, однофункциональным изделиям. Закон распределения времени безотказной работы — экспоненциальный. Вероятность безотказной работы плотномера не менее 0,80 за 1000 ч.
Гравитационные плотномеры используют для измерения плотности жидкостей, содержащих твердые включения. В этих приборах чувствительный элемент соединен с подводящим и отводящим патрубками гибкими шлангами. Существуют и другие типы гравитационных плотномеров. В некоторых, например, взвешивают прямые участки горизонтальной трубы, для чего применяют гибкое сочленение измерительного участка датчика с трубопроводом.
К преимуществам таких приборов можно отнести отсутствие местных гидравлических сопротивлений потоку. Общий недостаток плотномеров, датчики которых гибко соединяются с трубопроводом, — зависимость результата измерений от давления протекающего раствора. При измерении давления подвески деформируются и меняют свои характеристики. С увеличением давления ошибка в измерении растет. В последнее время этот недостаток устраняют использованием системы компенсации, разгружающей измерительный участок датчика с подвесками путем полного погружения их в разгрузочную жидкость с давлением, равным рабочему давлению раствора.
Плотномер ПП-1
/
Плотномер ПП-1, предназначенный для измерения плбтное — ти буровых растворов, разработан Андижанским СП^Б. Он может использоваться в составе комплекса приборов контроля промывки, долива скважины и прогнозирования флюцдопрояв — ления, а также для измерения плотности пульп и суспензий в других отраслях народного хозяйства.
По устойчивости к воздействию внешней среды измерительный блок плотномера должен соответствовать исполнению УЧ.2 при температуре 5—50 °С и относительной влажности 80% при 35 °С без конденсации влаги; блок индикации и преобразователь— исполнению У1.1 при температуре —30-ь — ь+50°С и относительной влажности 25±3% при 35°С без конденсации влаги.
По устойчивости к механическим воздействиям плотномер соответствует обыкновенному исполнению по ГОСТ 12997—84 и должен выдерживать воздействие вибрации частотой 25 Гц и амплитудой не более 0,1 мм.
Принцип действия плотномера основан на преобразовании перепада давления воздуха в пьезометрических трубках, по-
груженных в буровой раствор на разную глубину, в пропорциональный пневматический сигнал.
Плотномер ПП-1 состоит из измерительного блока 3, преобразователя 2 и пневматических трубок 1 (рис. 61). Перепад давления, пропорциональный плотности контролируемой жидкости, передается в измерительный блок, в котором преобразуется в аналоговый пневматический сигнал. Последний в блоке индикации преобразуется в показания измерительного прибора. При выходе за пределы установленных значений плотности бурового раствора срабатывает световая сигнализация, а при включении тумблера «Сирена» — звуковая сигнализация. Блок индикации также может передавать поступающий пневматический сигнал на самопишущий прибор для непрерывной записи на диаграммной ленте.
0,8—2,6
±0,027
±1,5
±4
±0,012
0,02
0,14±0,014
0,616-10-з 1
Техническая характеристика ПП-1
Диапазон измерения, г/см3…………………………………………….
Предел допускаемого значения основной погрешности измерения, г/см3
Порог чувствительности, %, не более….
Погрешность сигнализации, %, не более….
Предел допускаемого значения изменения показания, вызванного изменением температуры на каждые 10 °С от нормального значения, г/см3 . . .
Цена деления шкалы показывающего прибора, г/см3 Параметры питания:
давление воздуха питания, МПа, не более . .
расход воздуха питания при температуре 20 °С и давлении 0,1 МПа в установившемся
режиме, м3/с, не более…………………………………………
Класс загрязненности воздуха питания по ГОСТ
17433—80
Диапазон изменения выходных аналоговых сигналов,
МПа……………………………………………………………………………….. (0,02-f-0,1) ±0,0001
Габариты, мм, не более:
преобразователя……………………………………………………………. 460x280x1360
измерительного блока………………………………………………………. 350x260x300
блока индикации………………………………………………………………. 170x220x340
Масса плотномера, кг, не более…………………………………………………………. 40
Индикатор плотности бурового раствора
Индикатор плотности предназначен для оценки плотности бурового раствора. Он разработан СПКБ (г. Ленинград). Индикатор плотности (рис. 62) состоит из колонки 1, представляющей собой закрытый вертикальный сосуд с перегородкой 2, разделяющей его на две сообщающиеся сверху и снизу полости 3 к 4, входным 5 и выходным 6 патрубками, расположенными в одной поперечной плоскости, являющейся плоскостью симметрии, и двумя датчиками давления 7 и 8. Датчиками давления служат преобразователи типа «сапфир».
Рис. 62. Индикатор бурового раствора
Принцип работы индикатора плотности основан на взвешивании столба жидкости высотой 1 м. В конструкции индикатора обеспечено отсутствие влияния гидростатического давления, создаваемого насосом.
Диапазон контроля, г/см3 . .0,8—2,6 Чувствительность, г/см3 . . 0,02
Ареометр АГ-ЗПП
Ареометр типа АГ-ЗПП предназначен для измерения плотности буровых и тампонажных растворов, а также жидкостей и пульп нейтральных к полиэтилену. Он представляет собой прибор переменной массы, внутрь которого заливается проба исследуемой среды. Плотность среды определяется по шкале ареометра после наступления состояния равновесия при свободном погружении ареометра в воду (рис. 63).
Техническая характеристика АГ-ЗПП
Пределы измерений, г/см3:
с калиброванным грузом……………………………………………………. 0,9—1,7
без калиброванного груза………………………………………………….. 1,6—2,4
Допустимая погрешность измерения при погружении в воду (плотность 0,99—1,0392 г/см3 при температуре исследуемой среды 20±5°С), г/см3…………………………………………………………………………………. ±0,02
Масса калиброванного груза, г……………………………………………………… 76±0,5
Объем пробы раствора, см3……………………………………………………………………… 78,5±1
Габариты, мм:
ареометра………………………………………………………………………………….. 80×410
ведра………………………………………………………………………………………… 150×480
Масса, г:
ареометра с ведром………………………………………………………………………. 1900
ареометра…………………………………………………………………………………….. 315
1 — объемный грузик; 2— мерный стакан; 3 — поплавок; 4 — стержень; 5—ведерко; 6 — основная шкала; 7 — крышка ведерка
Изменение температуры окружающего воздуха от 0 до 40 °С не должно влиять на показание ареометра. Отклонение ареометра от вертикального положения при поверке его в точке 1,7 г/см3 основной шкалы без калиброванного груза должно быть в пределах, при которых линии рисок 1,0—1,7 с уровнем жидкости дают разницу в отсчете по обоим концам рисок не более 0,1 шага основной шкалы. Ареометры в упаковке для перевозки выдерживают воздействие температур в пределах от —40 до +60 °С.
Требования взаимозаменяемости к деталям ареометра не предъявляются. Калиброванный груз, поплавковая камера и стакан должны маркироваться одним номером. При замене деталей необходима тарировка.
Поверка плотномеров
При поверке рычажных весов ВРП-1 проводят следующие операции: внешний осмотр, при котором должно быть установлено соответствие весов техническим требованиям; опробование согласно требованиям, изложенным в паспорте; определение основной приведенной погрешности. Для оценки последней используется пресная вода, имеющая при температуре 20 °С плотность 1 г/см3. При поверке особое внимание следует уделять установке по уровню основания весов в горизонтальное положение и обеспечению полноты заполнения чашки раствором, что достигается, если из отверстия в крышке при ее завинчивании выдавливается немного раствора. Измерения пов
торяют не менее 5 раз и принимают среднее значение показаний. Отклонения от плотности, равной 1 г/см3, не должны отличаться более чем на ±0,01 г/см3.
Для определения основной погрешности рычажных весов в других точках диапазона измерений используют растворы солей или соответствующие по плотности буровые растворы. Плотность этих жидкостей устанавливают с помощью весов BJ1T-1, пикнометра ПКЖ и рычажных весов.
Пикнометр ПКЖ представляет собой стеклянный сосуд известного объема (100 мл) с притертой пробкой и меткой на шейке, который точно взвешивают на весах. Для выхода из пикнометра воздуха или газа, которые могут выделяться из пробы бурового раствора, в пробке прибора предусмотрена сквозная канавка. Сухой чистый пикнометр взвешивают, заливают буровым раствором до метки, закрывают пробкой и снова взвешивают.
Плотность бурового раствора (в г/см3) рассчитывают по формуле
p=(Pl-P2)/Kn,
где Р — масса сухого пикнометра, г; Р% — масса пикнометра, заполненного буровым раствором, г; Vn — объем пикнометра, см3.
Считается, что рычажные весы — плотномер прошли поверку, если разность результатов измерений плотности одного и того же раствора с помощью пикнометра и рычажных весов не отличается более чем на ±0,01 г/см3.
При поверке ареометра АГ-ЗПП проводят следующие операции: осмотр, устанавливающий отсутствие внешних повреждений; опробование, согласно инструкции по эксплуатации ареометра; определение основной погрешности. Для определения основной погрешности ареометра используется пресная вода плотностью 1 г/см3 при температуре 20 °С. Измерения повторяют не менее 5 раз и принимают среднее значение. Отклонение от плотности, равной 1 г/см3, не должно превышать ±0,01 г/см3.
Для оценки основной погрешности в других точках диапазона измерений ареометра используют растворы соли или буровые растворы, плотность которых предварительно определяют с помощью пикнометра ПКЖ и лабораторных весов ВЛТ-1.
При поверке весового автоматического плотномера АВП-1М проводят внешний осмотр, опробование и определение метрологических характеристик. Для оценки основной погрешности измерения применяют лабораторные весы ВЛТ-1 с пределом измерения 1 кг и ценой деления 10 мг; набор гирь типа Г-3-1110; пикнометр ПКЖ вместимостью 100 мл; частотомер 43-33; технический термометр. При внешнем осмотре опреде-
ляют наличие комплектности прибора, отсутствие видимых повреждений. При опробовании проверяют действие тумблеров, установку шкалы прибора в нулевое положение, действие механизма перемещения диаграммы и записывающего узла.
Основная абсолютная погрешность плотномера вычисляется как разность между показаниями прибора и действительным значением плотности прокачиваемого через прибор бурового раствора, измеренной с помощью пикнометра. Сравнение показаний прибора с действительным значением плотности должно быть осуществлено в трех—пяти точках диапазона измерений.
При положительных результатах, т. е. если основная приведенная погрешность менее 1%, делают отметку в паспорте прибора и его продолжают эксплуатировать. Если фактическая основная погрешность измерений окажется хуже, чем в технической характеристике на прибор, то он направляется в ремонт.
№6 С целью определения удельного веса неизвестного сплава слиток его взвесили дважды: один раз в воздухе, другой раз погрузив в воду.
Вес слитка в воздухе G1 Вес слитка в воде G2 Вычислить удельный вес сплава. Величины Предпоследняя цифра шифра 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 G1 (H) 1500 1550 1600 1625 1640 1650 1660 1665 1675 1700 G2 (H) 1350 1400 1450 1475 1495 1490 1500 1520 1525 1550 в=1000 кг/мПринять плотность воды
С целью определения удельного веса неизвестного сплава слиток его взвесили дважды: один раз в воздухе, другой раз – погрузив в воду. Вес слитка в воздухе 0,164 кгс. Вес слитка в воде 0,150 кгс. Вычислить удельный вес сплава.
Удельный вес воды d° = 1000 кгс/м^3.
Объём слитка — V. d — его удельный вес.
Его вес на воздухе: Р = d*V. ==> 0.164 = d*V (*)
Вес слитка в воде: Р" = (d – d°)*V. ==> 0.150 = (d – 1000)*V (**)
Решаем (*) + (**) как систему уравнений:
Делим (**) на (*) почленно: 0.150/0.164 = 1 – 1000/d. => Отсюда d = 11714,3 кгс/м^3.
Можно и объём слитка определить теперь: V = P/d = 0.164/11714.3 = 1.39999*10^(-5) м^3 = 14 см^3.
ОТВЕТ: d = 11714 кгс/м^3.
Физика, 09.12.2020 11:33, 2ewgv423t
С целью определения удельного веса неизвестного сплава слиток его взвесили дважды: один раз в воздухе, другой раз – погрузив в воду. Вес слитка в воздухе 0,164 кгс. Вес слитка в воде 0,150 кгс. Вычислить удельный вес сплава. ответ: 11 300 Н/м3
По трубопроводу постоянного сечения длинной L, конечная точка которого расположена . Вычислить величину на Н м выше начальной, перекачивается жидкость удельного веса гидравлического уклона i, если известно, что избыточное давление в начальной точке трубопровода Р1, а в конечной, Р2