Мамаева сборник. Мамаева. Учебнометодическое пособие для выполнения лабораторных работ по дисциплинам Промывочные жидкости и промывка скважин
 Скачать 0.72 Mb.
|
|
1 МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФИЛИАЛ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» В Г. ОКТЯБРЬСКОМ Кафедра бурения нефтяных и газовых скважин Кафедра разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений Методы измерения параметров промывочных жидкостей на углеводородной основе (ПО ГОСТ 33697 – 2015 (ISO 10414-2: 2011) Учебно-методическое пособие для выполнения лабораторных работ по дисциплинам «Промывочные жидкости и промывка скважин», «Буровые промывочные жидкости» УФА 2020 2 В учебно-методическом пособии описаны приборы и методики измерения параметров буровых промывочных жидкостей на углеводородной основе в соответствии с ГОСТ 33697-2015 (ISO 10414-2:2011) «Растворы буровые на углеводородной основе. Контроль параметров в промысловых условиях». Предназначено для выполнения лабораторных работ студентами всех форм обучения по специальности 21.05.06 «Нефтегазовые техника и технологии» специализация «Технология бурения нефтяных и газовых скважин» и направления подготовки 21.03.01 «Нефтегазовое дело» профиля «Бурение нефтяных и газовых скважин». Публикуется в авторской редакции. Составители: Садыкова Э.Р., преподаватель Мамаева О.Г., доц., канд. техн. наук Дихтярь Т.Д., доц., канд. техн. наук Рецензент Конесев Г.В., проф., д-р техн. наук © ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», 2020 3 1 Измерение плотности на рычажных весах Общие сведения и принцип измерения Плотность (ρ) – параметр, характеризующий гидростатическое давление, создаваемое столбом буровой промывочной жидкости на пласт. Измеряется при помощи рычажных весов (рисунок 1), которые позволяют определить плотность в диапазоне 0,8–2,7 г/см 3 с точностью до 0,01 г/см 3 Рисунок 1 — Схема рычажных весов Принцип работы весов основан на уравновешивании чаши определенного объема, закрепленной на одном конце коромысла, противовесом, расположенном на его противоположной части; скользящий указатель- противовес (рейтер) может свободно перемещаться вдоль градуированной шкалы. Равновесие системы показывает пузырьковый уровень, установленный на коромысле. Приборы и материалы: рычажные весы; термометр с диапазоном измерения 0-100°С. Последовательность операций измерения 1 Разместите основание прибора на горизонтальной поверхности. 4 2 Измерьте и зафиксируйте температуру промывочной жидкости. 3 Заполните чистую сухую чашу прибора пробой исследуемой промывочной жидкости до края. 4 Закройте чашу крышкой и слегка надавите на нее для плотного прилегания, при этом небольшое количество жидкости должно выйти наружу через отверстие в крышке; это будет свидетельствовать об отсутствии в чаше воздуха или газа и о ее полном заполнении. 5 Закройте отверстие в крышке большим пальцем, вымойте и тщательно протрите насухо все части весов. 6 Установите коромысло на опору основания и перемещайте рейтер по шкале до тех пор, пока коромысло не придет в равновесие (пузырек уровня будет находиться в центре метки). 7 Снимите показание плотности промывочной жидкости (можно считывать в г/cм 3 (sp.gr); кг/м 3 (psi/1000ft);фунтах/галлон (ppg; lb/gal) или фунтах/фут 3 (lb/ft 3 ). 8 После проведения измерения вылейте исследуемую жидкость в специально приготовленную емкость, тщательно вымойте и высушите прибор. Калибровка Калибровка прибора проводится с использованием пресной воды. Показание прибора при температуре воды 21°C (70°F) должно быть 1 г/см 3 или 1 000 кг/м 3 . Если это не так, отрегулируйте количество свинцовой дроби в установочном винте на конце градуированного рычага, либо принять погрешность прибора и производить замер с учетом погрешности. Измерение плотности на рычажных весах под давлением Плотность промывочной жидкости, содержащей увлеченный воздух или газ, определяется на специальных рычажных весах (рисунок 2), в которых образец бурового раствора находится в чаше под давлением. По конструкции они аналогичны обычным рычажным весам, за исключением того, что в центре 5 крышки данного прибора располагается обратный клапан, который пропускает жидкость в измерительную чашу в одном направлении; кроме того, весы дополнительно укомплектованы плунжером (рисунок 3), функция которого подобна действию шприца. Рисунок 2 – Рычажные весы для определения плотности буровой промывочной жидкости под давлением Рисунок 3 – Плунжер рычажных весов для определения плотности буровой промывочной жидкости под давлением При соединении корпуса плунжера с обратным клапаном создается давление на жидкость, находящуюся в чаше. Когда давление достигает нужного уровня, то клапан автоматически закрывается (рисунок 4). За счет поддержания давления промывочной жидкости в измерительной чаше находящийся в растворе воздух или газ уменьшаются в объеме до пренебрежимо малой величины, что позволяет измерить плотность промывочной жидкости в условиях, приближенных к условиям на забое скважины. Диапазон измерения плотности на таких весах 6 0,8–2,6 г/см 3 с точностью до 0,01 г/см 3 Приборы и материалы: рычажные весы для определения плотности жидкости под давлением; термометр с диапазоном измерения 0-105°С. Рисунок 4 – Положение обратного клапана рычажных весов для определения плотности буровой промывочной жидкости под давлением Последовательность операций измерения: 1 Разместите основание прибора на горизонтальной поверхности. 2 Измерьте и зафиксируйте температуру промывочной жидкости. 3 Заполните измерительную чашу прибора пробой исследуемой промывочной жидкости, не доливая до верха примерно 6,5 мм. 4 Закройте чашу крышкой с обратным клапаном в нижнем (открытом) положении и прижмите ее для вытеснения избыточной промывочной жидкости через обратный клапан. Закрутите резьбовую крышку чаши и оботрите излишки раствора на внешней поверхности чаши. 5 Для заполнения плунжера промывочной жидкостью задвиньте поршень внутрь и, держа вертикально, погрузите его конец в раствор. Заполните его 7 раствором, оттягивая шток поршня вверх. 6 Поместите носовую часть плунжера в посадочное кольцо клапана крышки. Надавите на корпус плунжера так, чтобы клапан оставался в нижнем открытом положении; одновременно надавливайте на шток поршня, прилагая усилие около 225 Н (23 кг). Обратный клапан на крышке приводится в действие с помощью давления, поэтому при повышении давления внутри чаши, обратный клапан поднимется в верхнее (закрытое) положение. 7 Для закрытия клапана медленно поднимайте вверх корпус плунжера, продолжая давить на поршень. Когда клапан закроется, перестаньте давить на поршень и отсоедините плунжер. Если при надавливании на шток поршня он полностью заходит внутрь плунжера, то это значит, что в чаше весов не создано необходимое давление и обратный клапан остался в нижнем (открытом) положении. В этом случае п. 5–7 следует повторить. 8 Необходимо промыть и насухо вытереть внешнюю поверхность чаши. 9 Установите коромысло на опору основания и перемещайте рейтер по шкале до тех пор, пока коромысло не придет в равновесие (пузырек уровня будет находиться в центре метки). 10 Снимите показание плотности промывочной жидкости (можно считывать в г/cм 3 (sp.gr); кг/м 3 (psi/1000ft);фунтах/галлон (ppg; lb/gal) или фунтах/фут 3 (lb/ft 3 ) и зафиксируйте в таблице (приложение А). 11 Открутите резьбовую крышку чаши. Уменьшите давление в чаше, присоединив пустой плунжер к обратному клапану и надавив на него. 12 После проведения измерения вылейте исследуемую жидкость в специально приготовленную емкость, тщательно вымойте и высушите прибор. Проверьте чистоту и работу клапана. Наберите воду в насос и несколько раз ополосните его. Калибровка данного прибора проводится аналогично калибровке обычных рычажных весов. 8 2 Определение пластической вязкости, динамического напряжения сдвига и статического напряжения сдвига с использованием вискозиметра прямой индикации Пластическая вязкость (PV; пл ) – параметр, характеризующий долю эффективной вязкости, которая возникает вследствие структурообразования в потоке промывочной жидкости; в значительной степени обусловлена механическим трением между частицами дисперсной фазы и зависит от размера, формы и концентрации твердых веществ в системе и вязкости дисперсионной среды. Динамическое напряжение сдвига (YP; ДНС) – параметр, косвенно характеризующий прочностное сопротивление буровой промывочной жидкости течению, т.е. мера прочности структуры в условиях динамического равновесия (количество образованных связей между частицами равно количеству разрушенных связей при сдвиге); обусловлено наличием сил притяжения между частицами системы. Статическое напряжение сдвига (СНС 10с/10мин ) – параметр, характеризующий прочность структуры промывочной жидкости, сформированной за время покоя, и интенсивность ее упрочнения во времени. Определяется минимальным напряжением сдвига, при котором начинается разрушение структуры в покоящейся жидкости и восстанавливается ее течение. Пластическая вязкость и динамическое напряжение сдвига характеризуют способность буровой промывочной жидкость транспортировать шлам на поверхность, а статическое напряжение сдвига – удерживать его во взвешенном состоянии при остановке циркуляции. Для измерения реологических параметров промывочных жидкостей используются вискозиметры прямой индикации с регулируемой температурой нагревательного элемента вискозиметра (рисунок 5). 9 Рисунок 5 – Вискозиметр прямой индикации «Fann» с нагревательным элементом Приборы и материалы: вискозиметр прямой индикации; секундомер; термометр-щуп с диапазоном измерения 0-105°С; нагревательный элемент. Последовательность операций измерения: 1 Налейте образец буровой промывочной жидкости в стакан вискозиметра до метки. Поместите стакан в нагревательный элемент вискозиметра. Поднимите платформу, погрузите рукав ротора точно до разметочной линии.Поместите термометр-щуп в жидкость или в специальное гнездо нагревательного элемента. Запрещено погружать роторную втулку в жидкость выше уровня риски! 2 Произведите нагрев пробы до температуры (50±1) °С при постоянном касательном напряжении (300 или 600 об/мин) до достижения однородной температуры. Зарегистрируйте температуру образца. Максимальная рекомендуемая температура измерения 90°С! 10 3 Установите скорость вращения ротора 600 об/мин, подождите, пока показание шкалы вискозиметра не установится на одном значении. Запишите показания при 600 об/мин (R 600 ). 4 Установите скорость вращения ротора 300 об/мин, подождите пока показание шкалы вискозиметра не установится на одном значении. Запишите показания при 300 об/мин (R 300 ). 5 Установите скорость вращения ротора 600 об/мин и перемешайте буровой раствор в течение 10 с. Остановите вращение ротора вискозиметра. В момент остановки ротора включите секундомер. 6 Через 10 с установите переключатель в положение «GEL» и зафиксируйте максимальное отклонение шкалы (СНС 10с ). 7 Повторите п. 5. Через 10 мин установите переключатель в положение «GEL» и зафиксируйте максимальное отклонение шкалы (СНС 10мин ). При выполнении п. 5-7 показания шкалы необязательно должны возвращаться к нулю после остановки ротора. Поэтому, если при определении максимального отклонения шкалы прибор начинает отсчет не с нуля, никаких поправок делать не нужно. 8 После проведения измерений вылейте исследуемую жидкость в специально отведенную емкость; снимите роторную втулку, боб и брызговик. Все части прибора вымойте и высушите. Расчеты Эффективная вязкость: AV = R 600 / 2, мПа·с (сПз) где R 600 – показание шкалы при скорости вращения ротора 600 об/мин. Пластическая вязкость: PV = R 600 − R 300 , мПа·с (сПз) где R 300 – показание шкалы при скорости вращения ротора 300 об/мин. Динамическое напряжение сдвига: 11 YP = R 300 – PV, фунт/100фут 2 ; YP = 4,79 х (R 300 – PV), дПа Статическое напряжение сдвига: СНС 10с/10мин = СНС 10с / СНС 10мин , фунт/100фут 2 ; СНС 10с/10мин = 4,79·СНС 10с / 4,79·СНС 10мин , дПа; где СНС 10с – максимальное отклонение показаний шкалы через 10 с покоя; СНС 10мин – максимальное отклонение показаний шкалы через 10 мин покоя. Калибровка Показания шкалы не должны отклоняться от «0», если роторная втулка и боб не погружены в жидкость и вискозиметр выключен. При вращении ротора со скоростью 600 об/мин показания шкалы по воздуху (роторная втулка и боб чистые и сухие и не погружены в жидкость) не должны превышать 1, по дистиллированной воде должны быть в пределах от 1,5 до 3. Если эти условия не соблюдаются, прибор не годен к работе и должен быть отправлен на ремонт. Примечание При транспортировке или переносе прибора на другое место втулку ротора боб и брызговик нужно обязательно снимать! 3 Измерение показателя фильтрации с помощью фильтр-пресса высокого давления и высокой температуры Общие сведения и принцип измерения Фильтрация буровых растворов на углеводородной основе значительно зависит от температуры, поэтому фильтрационные испытания проводят при повышенных температурах, вплоть до 175°С. На фильтрационные характеристики буровых растворов на углеводородной основе влияют: тип, количество и размер твердых частиц; состав и содержание эмульгированной водной фазы; свойства углеводородной фазы. 12 Исследования проводят в статических условиях на фильтр-прессе высокого давления и высокой температуры (ВДВТ) при перепаде давления 3,5МПа (500 psi) и заданной температуре (рисунок 6). Рисунок 6 – Фильтр-пресс высокого давления и высокой температуры в сборе Показатель фильтрации определяется как объем дисперсионной среды, отфильтровывающийся из промывочной жидкости, находящейся под действием перепада давления, за определенный промежуток времени. Обозначается как ВДВТ или HPHT (англ.). Фильтр-пресс высокого давления и высокой температуры (рисунок 7) имеет в своей конструкции: - источник давления (баллончики СО 2 ); - верхний и нижний редуктор с регуляторами (для подачи прямого давления и противодавления); - тестовую ячейку высокого давления; 13 - нагревательную рубашку для нагревания тестовой ячейки; - подставку. Рисунок 7 – Схема фильтр-пресс высокого давления и высокой температуры Приборы и материалы: фильтр-пресс высокого давления и высокой температуры; источник давления с редуктором и манометром до 1000 или 1500psi (6,9 или 10,35 МПа) и источник давления с редуктором и манометром до 500 или 1000psi (3,45 или 6,9 МПа) и выпускным клапаном; фильтровальная бумага диаметром 63 мм (ватман № 50); секундомер или таймер; градуированный цилиндр объемом 10, 25 или 50 мл; термопара или термометр-щуп до 300°С; гаечный ключ; шестигранный ключ 5/32 дюйма. Последовательность операций измерения: 1 Подсоедините нагревательную рубашку к источнику питания. Поместите 14 термометр в специальное гнездо нагревательной рубашки и проведите предварительный нагрев рубашки до температуры на 6 ºС выше, чем требуемая температура теста. При достижении необходимой температуры установите регулятор на поддержание этой температуры, ориентируясь по индикаторной лампочке. 2 Сборка тестовой ячейки высокого давления (рисунок 8). Рисунок 8 – Тестовая ячейка высокого давления 2.1 Убедитесь, что все уплотнительные кольца в хорошем состоянии (кольца должны быть пластичными; не должно быть порезов и зазубрин). Смажьте кольца тонким слоем силиконовой смазки. 2.2 Поместите по два уплотнительных кольца в соответствующие пазы на каждый шток клапана. Для увеличения срока службы клапанов и крышки рекомендуется наносить тонкий слой высокотемпературной смазки на коническую поверхность нижней части клапана. 2.3 Вверните шток клапана одним концом в тестовую ячейку и затяните его полностью гаечным ключом 2.4 Переверните ячейку клапаном вниз, поставив еѐ на полый цилиндр (для 15 этого можете воспользоваться второй аналогичной ячейкой). Поместите уплотнительное кольцо в паз, находящийся внутри ячейки. 2.5 Поместите в специальный паз на крышке второе уплотнительное кольцо, предварительно смазав его силиконовой смазкой. 2.6. Вверните в крышку ячейки шток второго клапана на один-два оборота, не затягивая его. 2.7 Перемешайте образец бурового раствора в течение 10 минут при скорости 1000 об/мин. Осторожно залейте его в ячейку, оставив от верхнего паза для уплотнительного кольца 25 мм. Оставшееся пространство необходимо для температурного расширения образца. Следите за тем, чтобы образец не попал в паз для уплотнительного кольца внутри ячейки. 2.8 Поверх уплотнительного кольца положите фильтровальную бумагу и, держа крышку за шток клапана, поместите еѐ в ячейку таким образом, чтобы отметки на крышке и корпусе ячейки совпали (рисунок 9). 2.9 Ввинтите стопорные винты и затяните их при помощи шестигранного ключа (затягивание винтов необходимо производить попарно «один против другого», чтобы не допустить перекоса крышки ячейки). 2.10 Затяните шток клапана на крышке ячейки при помощи гаечного ключа. 3. Переверните ячейку крышкой вниз и поместите еѐ в нагревательную рубашку, держа за шток верхнего клапана; проверните ячейку внутри нагревательной рубашки по часовой стрелке – держите еѐ за шток клапана гаечным ключом и поворачивайте еѐ до тех пор, пока шпилька на дне нагревательной рубашки не совпадет с отверстием на тестовой ячейке. Это позволит предотвратить вращение тестовой ячейки во время закручивания или откручивания штоков клапанов. Внимание! Во избежание ожогов не прикасайтесь к нагревательной рубашке и выполняйте работу в трикотажных перчатках. 16 Рисунок 9 – Метки и стопорные винты на тестовой ячейке высокого давления 4 Переместите термометр из нагревательной рубашки в специальное гнездо на тестовой ячейке. 5 Подсоедините верхний узел создания давления (источник давления с редуктором и манометром до 1000 или 1500 psi (6,9 или 10,35 МПа) к штоку верхнего клапана и закрепите его при помощи стопорной шпильки. 6 Подсоедините узел противодавления (источник давления с редуктором и манометром до 500 или 1000 psi (3,45 или 6,9 МПа) с приемником фильтрата к штоку нижнего клапана и закрепите его при помощи стопорной шпильки. 7 Убедитесь, что оба выпускных крана (верхний и нижний) закрыты. 8 Т-образным регулятором верхнего редуктора создайте давление 100 psi и откройте шток верхнего клапана на ½ оборота для того, чтобы подать давление на образец. Поддерживайте это давление до окончания нагрева образца и стабилизации температуры. 9. Если температура теста превышает 100 °С, то, сохраняя нижний клапан закрытым, Т-образным регулятором нижнего редуктора создайте противодавление (рекомендуемые значения в зависимости от температуры теста представлены в таблице). Противодавление, подаваемое в приемник фильтрата, должно предотвратить его вскипание. 17 Таблица 1 – Рекомендуемые значения противодавления в зависимости от температуры теста Температура теста Рекомендуемое минимальное противодавление ºC ºF psi кПа 100 212 100 690 121 250 100 690 149 300 100 690 177 350 160 1104 204 400* 275 1898 232 450* 450 3105 260 500* 700 4830 * Для тестов с температурой выше 400 ºF необходимо использовать тефлоновые уплотнительные кольца 10 После нагрева образца до необходимой температуры увеличьте давление на верхнем регуляторе таким образом, чтобы оно было на 500 psi (3448 кПа) больше, чем противодавление. Перепад давления (между верхним давлением и противодавлением) всегда должен составлять 500 psi. Таким образом, давление, подаваемое сверху в ячейку, может быть легко рассчитано. 11 Откройте шток нижнего клапана на ½ оборота для того, чтобы начать фильтрацию. Одновременно с этим включите секундомер. 12 Если во время теста противодавление возрастает, осторожно понизьте его, приоткрыв кран на приемнике фильтрата и слив небольшое количество фильтрата в градуированный цилиндр. 13 Продолжайте сбор фильтрата в течение 30 минут, поддерживая необходимую температуру с точностью ± 3ºС. 14 Если во время проведения теста давление в ячейке превышает установленное давление, осторожно приоткройте кран на верхнем узле создания давления для сброса избыточного давления. После этого закройте кран. Рекомендуется проводить сбор фильтрата по мере прохождения 1 минуты, 18 7,5 минут и 30 минут после начала фильтрации. Собранный объем фильтрата на данных временных промежутках должен фиксироваться. 15 По истечении 30 мин закройте (затяните) вначале шток нижнего, а потом шток верхнего клапана, чтобы изолировать ячейку от источников создания давления. 16 Выкрутите Т-образные регуляторы верхнего и нижнего редукторов против часовой стрелки для того, чтобы прекратить подачу газа из баллончиков. 17 Откройте выпускной кран на приемнике фильтрата для сбора всего оставшегося фильтрата и сброса давления до нуля. 18 Сбросьте оставшееся давление с верхнего узла создания давления (редуктора), открыв верхний выпускной кран. 19 Снимите оба узла создания давления, удалив верхнюю и нижнюю стопорные шпильки. 20 Охладите прибор и ячейку до комнатной температуры, отсоединив нагревательную рубашку от источника питания. 21 Скорректируйте общий объем фильтрата, собранного при проведении теста, на фильтр-пресс полной площади (48,5 см 2 ) умножением объема фильтрата на два. Запишите общий объем фильтрата (умноженный на два), температуру, давление теста и время. 22 Разбор тестовой ячейки высокого давления Внимание! Тестовая ячейка до сих пор находится под давлением! 22.1 При достижении нагревательной рубашкой и тестовой ячейкой комнатной температуры, не вынимая ячейку из нагревательной рубашки, полностью сбросьте давление в ячейке, максимально открыв штоки верхнего и нижнего клапанов. Внимание! Давление из ячейки не может быть полностью сброшено только через нижний клапан, т.к. фильтрационная корка не позволит газу выйти из ячейки. 19 22.2 Убедившись, что давление в ячейке отсутствует, закройте (но не затягивайте) верхний клапан и, держа за него, извлеките ячейку из нагревательной рубашки и перенесите еѐ в раковину. 22.3 Откройте верхний клапан и извлеките его из ячейки. 22.4 Поместите остывшую тестовую ячейку вертикально так, чтобы крышка (с фильтровальной бумагой) была направлена вверх. 22.5 Убедитесь, что клапан в крышке ячейки открыт. Ослабьте, но не удаляйте полностью, шесть стопорных винтов. Осторожно! В ячейке может присутствовать остаточное давление! Медленно выкручивайте стопорные винты и, держа за шток клапана, пытайтесь извлечь крышку из ячейки, слегка ее покачивая. Корпус своего тела желательно держать на расстоянии вытянутой руки. 22.6 Извлеките из ячейки фильтрационную корку, промойте под мягкой струей воды и измерьте ее толщину с точностью до 0,1 мм; остаток бурового раствора вылейте в специальную емкость. 22.7 Отвинтите штоки клапанов, стопорные винты и извлеките уплотнительные кольца из пазов. Оботрите все компоненты ячейки ветошью, промойте мыльным раствором, в том числе внутренние каналы штоков клапанов, а затем ополосните проточной водопроводной водой и высушите. 22.8 Все уплотнительные кольца должны быть тщательно исследованы на предмет повреждений и, в случае необходимости, заменены. 4 Ретортный анализ содержания нефти, воды и твердых частиц Ретортный анализ позволяет измерить объем воды и нефти, высвобожденных из пробы бурового раствора на углеводородной основе при нагреве в калиброванном и исправно работающем ретортном устройстве. Данные о концентрации воды, нефти и частиц и их составе позволяют 20 контролировать свойства бурового раствора, такие как соотношение нефти и воды, реология, плотность, фильтруемость и содержание водной фазы, поскольку знание содержания твердых частиц в буровых растворах на углеводородной основе имеет важное значение для оценки оборудования для удаления твердой фазы. В реторте проба бурового раствора на углеводородной основе известного объема или массы нагревается до испарения жидких компонентов. Эти пары затем конденсируются и собираются в приемнике с точной градуировкой. В объемном методе вычисляют объемные доли нефти, воды и твердых частиц, выраженные в процентах, по полному начальному объему бурового раствора на углеводородной основе и объемы конденсированной воды и нефти, собранные в приемник. Реторта с конденсатором для жидкостей показана на рисунке 10. Нагревательный блок, поддерживающий температуру, представлен на рисунке 11. Приборы и материалы: реторта на 10±0,05 или 50±0,25 см 3 с конденсатором для жидкостей; нагревательный блок, поддерживающий температуру реторты на уровне 500±40°С (рисунок 10); накопитель жидкости объемом 10±0,05 или 50±0,05 см 3 ; стальная вата; высокотемпературная смазка; ершики для трубок; штопор; шпатель с лезвием, равным внутренним размерам ячейки для образца; воронка Марша. Последовательность операций измерения 1 Пробу промывочной жидкости пропустите через сетку воронки Марша для удаления крупного шлама, охладите пробу примерно до температуры 27 °С. 2 Пробу бурового раствора тщательно перемешайте до состояния однородности. При перемешивании следует не допускать вовлечения воздуха и остатков твердой фазы на дне контейнера. 21 Рисунок 10– Реторта разобрана (слева) и реторта в сборе подсоединена к конденсатору (справа) Рисунок 11 – Нагревательный блок для реторты с накопителем жидкости 3 Нанесите небольшое количество высокотемпературной смазки на резьбу ячейки реторты и конденсатора. Это предотвратит утечку пара через резьбу и облегчит разборку прибора после испытания. 4 Скатайте из стальной ваты 3-4 шарика и поместите их в камеру реторты (рисунок 10). Используйте достаточное количество стальной ваты, чтобы не допустить попадания твердых частиц в цилиндр для сбора жидкости. 5 Медленно заполните чашу реторты пробой во избежание вовлечения камера реторты крышка 22 воздуха. Легким постукиванием по стенке чаши удалите воздух. Закройте чашу крышкой, поворачивая ее для плотного прилегания. Небольшое количество бурового раствора должно вытечь через отверстие в крышке. Вытрите с крышки излишки бурового раствора, избегая захвата раствора через отверстие. 6 Закрутите ячейку с крышкой в камеру и подсоедините конденсатор (рисунок 10). 7 Поместите реторту в нагревательный блок (рисунок 10) и закройте изолирующую крышку. 8 Поместите чистый сухой накопитель жидкости под выходным отверстием конденсатора. 9 Включите реторту и следите за жидкостью, стекающей из конденсатора. После падения последней капли продолжите нагревание реторты еще 10 мин. 12 Уберите накопитель жидкости из-под реторты. Проверьте наличие твердых частиц в собранной жидкости. Если твердые частицы обнаружены, то испытание должно быть проведено повторно. 13 После охлаждения накопителя жидкости до комнатной температуры измерьте и запишите объемы воды (V в ) и углеводородов (V ув ). 14. Выключите реторту и дождитесь пока она остынет для очистки. Не используйте холодную воду для охлаждения камеры! Извлеките стальную вату с помощью штопора и очистите ячейку реторты шпателем. 15 Крышку и ячейку реторты отполируйте стальной ватой; конденсатор, камеру реторты и все трубочки очистите с помощью ершиков, используя моющее средство. Расчеты: Объемное содержание воды: 100 V V об в w , %; Объемное содержание углеводородов (смазки): 23 100 V V об ув o , %; Объемное содержание твердой фазы: φ s = 100 – (φ w + φ o ), %, где V в – объем воды в накопителе жидкости, мл; V ув – объем углеводородов в накопителе жидкости, мл; V об – объем образца буровой промывочной жидкости (равен объему ячейки реторты), мл. Водонефтяное соотношение (OWR) вычисляют по следующей формуле: OWR = Содержание углеводородов / Содержание воды (%), о о Содержание воды = 100 - Содержание углеводородов, % Примечание Накопитель жидкости, идущий в комплекте с ретортой (стеклянный цилиндр с круглым дном и воронкой по верхнему краю), имеет две шкалы: в миллилитрах и процентах. При его использовании объемное содержание в процентах воды и углеводородов можно считывать напрямую со шкалы. 5 Определение электрической устойчивости (электростабильности) Электрическая устойчивость (ES) бурового раствора на углеводородной основе связана со стабильностью его эмульсии и нефтесмачивающей способностью. Показатель ES определяют путем подачи линейно изменяемого напряжением синусоидального электрического сигнала через пару параллельных, плоско-пластинчатых электродов, погруженных в буровой раствор. Полученный ток остается низким до достижения порогового напряжения, после чего ток резко возрастает. Это пороговое напряжение называют электрической устойчивостью 24 бурового раствора на углеводородной основе и определяют, как напряжение (пиковое в вольтах), измеренное при достижении тока 61 мкА. Химический состав и опытные данные о сдвиге бурового раствора не напрямую контролируют абсолютную величину ES. Соответственно не следует интерпретировать нефтесмачиваемое состояние бурового раствора по единичным измерениям ES. Для принятия решений о внесении изменений на основе значений ES необходимо руководствоваться опытом. Для исследования используют прибор – измеритель электрической устойчивости (рисунок 12). Рисунок 12 - Измеритель электрической устойчивости Калибровка оборудования 1 Осмотрите электродный зонд и кабель и убедитесь, что на них нет следов повреждений. Убедитесь, что весь зазор между электродами не содержит отложений и что соединительный провод прибора чистый и сухой. Проведите тщательную очистку поверхности электрода, обтирая его чистым бумажным полотенцем, и осторожно пропустите его несколько раз через зазор между электродами. 25 2 Электродный зонд отсоединяют (если возможно) и проводят линейное изменение напряжения, следуя инструкции к измерителю электрической устойчивости. Если измеритель работает правильно, показание ES должно достичь максимального напряжения, допустимого для данного прибора. 3 Электродный зонд вновь подсоединяют к измерителю и повторяют линейное изменение напряжения на воздухе. Вновь показание ES должно достичь максимального напряжения, допустимого для данного прибора. Если этого не происходит, возможно, требуется очистка или замена электродного зонда и соединителя. 4 Линейное изменение напряжения повторяют с электродным зондом, опущенным в водопроводную воду. Показание ES не должно превышать 3 В. Если показание ES превышает 3 В, электродный зонд необходимо очистить или заменить. 5 Точность измерителя ES проверяют стандартными резисторами или опорными диодами. Показания ES должны лежать в пределах 2.5 % от ожидаемых значений. Если показания ES выходят за данный диапазон, прибор необходимо вернуть поставщику для настройки или ремонта. Последовательность операций измерения 1 Пробу бурового раствора процедите через воронку Марша. 2 Пробу бурового раствора помещают в чашу вискозиметра с нагревательным стаканом и нагревают до 50 ± 2°С. 3 Корпус электродного зонда тщательно очищают чистым бумажным полотенцем. Несколько раз прочищают полотенцем зазор между электродами. Электродный зонд погружают и вращают в углеводородной основе, использованной для приготовления бурового раствора. Если углеводородная основа отсутствует, допускается использовать другой углеводород или мягкий растворитель, такой как изопропиловый спирт. 26 4 Пробу, нагретую до 50 °С, перемешайте вручную электродным зондом примерно 10 с для достижения однородного состава и температуры бурового раствора. Электродный зонд установите так, чтобы он не касался дна или стенок емкости, а поверхности электродов были полностью покрыты пробой раствора. 5 Нажмите на кнопку для начала линейного изменения напряжения. Не перемещайте электрод во время линейного изменения напряжения. 6 По завершении теста по линейному изменению запишите значение ЭУ, показываемое индикаторным устройством. 7 Выполните еще раз вышеуказанную процедуру с тем же образцом бурового раствора. Два значения ЭУ не должны отличаться более чем на 5%. Если разница между ними больше 5 %, следует проверить измеритель или электрод. Список использованных источников 1 ГОСТ 33697-2015 (ISO 10414-2:2011) Растворы буровые на углеводородной основе. Контроль параметров в промысловых условиях. – URL: http://docs.cntd.ru/document/1200136902. 2 ЗАО «Эпак-Сервис». – URL: http://www.epac-service.ru. 27 Содержание 1 Измерение плотности на рычажных весах 3 2 Определение пластической вязкости, динамического напряжения сдвига и статического напряжения сдвига с использованием вискозиметра прямой индикации 8 3 Измерение показателя фильтрации с помощью фильтр-пресса высокого давления и высокой температуры 11 4 Ретортный анализ содержания нефти, воды и твердых частиц 19 5 Определение электрической устойчивости (электростабильности) 23 Список использованных источников 26 |