Определение основных параметров промывочных жидкостей

14.07.2019

Определение удельного веса. Удельный вес промывочной жидкости принято обозначать символом у. В бурении для измерения удельного веса применяют следующие приборы: рычажные весы ГрозНИИ, ареометры АГ-1 или АГ-2. Кроме того, разработаны и внедряются в производство автоматические приборы для непрерывного определения удельного веса и содержания газа в промывочной жидкости.

Определение удельного веса с помощью рычажных весов. В комплект рычажных весов ГрозНИИ (рис. 3) входит три предмета: рычаг с ведерком, движком и контргрузом; плита со стойкой для установки рычага и сетка с отверстиями размером 1,5—2 мм в свету. Для измерения удельного веса глинистый раствор, отделенный с помощью сетки от крупных частиц выбуренной породы, заливают в ведерко до краев и закрывают крышкой, при этом избыток глинистого раствора выдавливают наружу. Ведерко обмывают водой, вытирают и устанавливают на стойку. С помощью уравнительных винтов плиту устанавливают горизонтально. При помощи движка уравновешивают рычаг и определяют значение удельного веса по шкале, нанесенной на рычаге против риски движка. Для проверки правильности показаний рычажных весов производят взвешивание воды (у=1 гс/см3) и глинистого раствора с у = 2 гс/см3. Исправный прибор должен показывать точно у = 1 гс/см3 и у = 2 гс/см3.
Определение основных параметров промывочных жидкостей

Определение удельного веса с помощью ареометров АГ-1 и АГ-2. Ареометр АГ-2 (рис. 4) состоит из стакана и поплавка, на цилиндрической части которого нанесена шкала. Для измерения удельного веса глинистый раствор наливают в стакан так, чтобы уровень достигал сливных отверстий, после чего соединяют стакан с поплавком. Собранный ареометр обмывают водой и опускают в удлиненный сосуд с чистой пресной водой. Удельный вес отсчитывают по шкале. Следует отметить, что из-за конструктивных особенностей ареометров АГ-1 и АГ-2 ошибка при измерении удельного веса может достигать 0,2 гс/см3.

Определение водоотдачи (фильтрации). Водоотдачей (статической) называют количество жидкой фазы, отфильтровавшейся из промывочной жидкости через бумажный фильтр под действием избыточного давления в фильтрационной камере при отсутствии движения жидкости вдоль поверхности фильтра.

В России принято измерять статическую водоотдачу при перепаде давления 1 кгс/см2 в течение 30 мин. За показатель водоотдачи принимают количество жидкости, отфильтровавшейся через круглый бумажный фильтр диаметром 7,5 см за 30 мин при перепаде давления 1 кгс/см2 и комнатной температуре. Водоотдача обозначается символом В. В тех случаях, когда водоотдачу измеряют при иных условиях, например, при повышенной температуре и более высоком перепаде давления в специально сконструированных приборах, к обозначению водоотдачи добавляют индексы, показывающие, при каких температуре и давлении производилось измерение. Например, если водоотдача измерялась при перепаде давления 20 кгс/см2 и температуре 80° С, ее следует обозначить B20.

В настоящее время в России измеряют водоотдачу с помощью приборов, отличающихся по конструкции и способам создания избыточного давления в фильтрационной камере: прибор ГрозНИИ, прибор ВМ-6, вакуумный, установка УИВ-1 для определения водоотдачи при температуре до 200° С и перепаде давления до 100 кгс/см2.

Измерение водоотдачи прибором ВМ-6. В приборе ВМ-6 избыточное давление в фильтрационной камере, равное 1 кгс/см2, создается весом плунжера. Прибор ВМ-6 (рис. 5) состоит из фильтрационного стакана 5, цилиндра 3 с чашечкой, плунжера 1 и спускной иглы 4, Фильтрационный стакан состоит из собственно стакана 5 с горловиной, имеющей резьбу для соединения с напорным цилиндром, и поддона 7. В нижней части фильтрационного стакана устанавливается решетка 6, на которую укладывается фильтровальная бумага. В нижней части поддона имеется винт 9, с помощью которого можно прижимать обрезиненный клапан 8 к фильтрационным отверстиям 6, перекрывая их перед началом опыта.

Измерение водоотдачи с помощью прибора ВМ-6 производят следующим образом.

1. Вырезают точно по размеру металлического фильтра два листа фильтровальной бумаги, смачивают их водой и слегка отжимают сухой фильтровальной бумагой, накладывают на металлический фильтр и вставляют вместе с ним в нижнюю часть фильтрационного стакана.

2. Открывают винт, закрывающий клапан, переворачивают фильтрационный стакан, накладывают на металлический фильтр обрезиненный клапан и, не переворачивая фильтрационного стакана, навинчивают поддон.

3. Поворотом винта плотно закрывают клапан, переворачивают собранный фильтрационный стакан и устанавливают его в кронштейн.

4. Наливают в фильтрационный стакан через горловину доверху испытуемый глинистый раствор, навинчивают напорный цилиндр на фильтрационный стакан и наливают в напорный цилиндр машинное масло, чтобы уровень его был ниже верхнего края примерно на 1 см.

5. Вставляют плунжер в цилиндр и проверяют герметичность собранного цилиндра, слегка нажимая на плунжер и наблюдая за его положением (в герметическом приборе при закрытом клапане плунжер не должен опускаться).

6. Выпуская избыток масла с помощью игольчатого клапана на напорном цилиндре, опускают немного плунжер так, чтобы нулевое деление шкалы, нанесенное на плунжере, совпало с отсчетной риской на верхнем крае цилиндра.

7. Поворотом на один-два оборота винта па поддоне открывают клапан фильтра и одновременно включают секундомер или записывают время начала опыта по часам.

8. Отмечают скачок с плунжера в момент открытия клапана (число делений, на которое резко опустится плунжер в момент открытия клапана) и в дальнейшем вычитают этот скачок из окончательного результата замера водоотдачи.

9. Через 30 мин после открытия клапана делают отсчет числа делений n, на которое опустился плунжер за это время.

10. Определяют водоотдачу как разность между числом делений n и скачком с по формуле

11. Открывают игольчатый клапан, чтобы выпустить масло из напорного цилиндра, вынимают плунжер из цилиндра, отвинчивают напорный цилиндр и сливают остаток масла в сосуд, где хранится масло.

12. Промывают фильтрационный стакан слабой струей воды (не разбирая его), выливают воду и остаток глинистого раствора и отвинчивают фильтрационный стакан от поддона.

13. Слегка постукивая по горловине фильтрационного стакана ладонью, выбивают фильтр вместе с глинистой коркой на мягкую подкладку (ладонь или тряпочку).

14. Промывают корку слабой струей воды и определяют ее толщину (К, мм).

15. Моют и вытирают досуха все детали прибора.

Вакуумный способ измерения водоотдачи обычно применяется в лабораториях научно-исследовательских институтов или стационарных лабораториях, имеющих вакуумный насос. Преимуществом вакуумного способа является облегчение сборки прибора, возможность проведения нескольких замеров одним лаборантом и чистота. Схема вакуумной установки для определения водоотдачи показана на рис. 6. Установка состоит из вакуумного насоса 1, помещаемого обычно под лабораторным столом, металлической трубки-гребенки 3, соединенной с вакуумным насосом резиновым шлангом 2, вакуумного манометра 4 и некоторого количества колб Бунзена 5, соединенных с гребенкой резиновыми шлангами. Каждая колба может быть отсоединена от системы с помощью стеклянного крана. Внутрь колбы помещается градуированная пробирка 7 для сбора фильтрата. В отверстие колбы с помощью резиновой пробки вставляется воронка Бюхнера 6.

Для замера водоотдачи берут фарфоровую воронку Бюхнера, помещают на ее перфорированную часть два смоченных водой кружочка фильтровальной бумаги, диаметр которых равен внутреннему диаметру цилиндрической части воронки, соединяют ее с помощью резиновой пробки с горловиной колбы и, включив па короткое время вакуумный насос, присасывают фильтровальную бумагу.

Затем закрывают крап той колбы, где производится определение (все остальные краны закрыты), и включают вакуумный насос. После создания максимального разрежения открывают кран и одновременно включают секундомер или замечают время по часам. Через 30 мин снимают вакуум с данной колбы, снимают воронку, достают пробирку и измеряют объем фильтрата B1. Для каждой воронки вычисляют коэффициент пересчета kn по формуле

где D — диаметр фильтра в см.

Водоотдачу определяют по формуле

Измерение водоотдачи прибором УДН-2. При небольшом количестве промывочной жидкости статическую водоотдачу удобно измерять прибором УДН-2 (рис. 7). Основными частями прибора УДН-2 являются стеклянная трубка с внутренним диаметром 5 мм и фильтрационная камера, предназначенная для удерживания трубки в вертикальном положении и защиты индикаторной бумаги от влияния атмосферы. Стеклянная трубка заполняется глинистым раствором и устанавливается торцом на индикаторную бумагу. Под действием капиллярных сил происходит извлечение фильтрата из глинистого раствора, в результате чего на индикаторной бумаге появляется круглое пятно, которое постепенно увеличивается в диаметре. Цвет пятна соответствует pH испытуемого глинистого раствора.

Исследования, проведенные нами, показали, что между диаметром пятна D и статической водоотдачей В глинистых растворов существует зависимость

где k и n — коэффициенты, зависящие от диаметра стеклянной трубки и вида индикаторной (фильтровальной) бумаги.

При отсутствии индикаторной бумаги можно пользоваться и обычной фильтровальной бумагой, определив для данного типа бумаги коэффициенты k и n. В частности, для фильтровальной бумаги с синей лентой (зольность при диаметре фильтра 90 мм — 0,00009 г) k = 0,0341 и n = 1,795. Для данного типа фильтровальной бумаги построена графическая зависимость между водоотдачей и диаметром пятна (рис. 8). Использование подобного графика значительно облегчает определение водоотдачи.

Измерение водоотдачи с помощью прибора УДН-2 осуществляют в следующем порядке.

1. Проверяют отсутствие влаги в фильтрационной камере и вкладывают в нее индикаторную бумагу.

2. Опускают сухую трубку в глинистый раствор и набирают в нее не менее 3 см глинистого раствора.

3. Закрывают пальцем верхний конец трубки, извлекают ее из глинистого раствора и тщательно вытирают поверхность трубки и торец.

4. Устанавливают трубку на 30 мин в отверстие фильтрационной камеры. Если при установке трубки из нее просочится глинистый раствор, то операцию следует повторить.

5. Через 30 мин закрывают пальцем верхний торец трубки и извлекают ее из прибора. Вынимают индикаторную бумагу и отмечают на ней карандашом границы распространения пятна (в мм) по большой и малой осям эллипса и находят средний диаметр пятна.

6. Зная средний диаметр пятна, по графику определяют величину водоотдачи глинистого раствора. В случае отсутствия графика водоотдачу можно определить по формуле (10).

7. Смывают с поверхности корки оставшийся на фильтре глинистый раствор и замеряют толщину корки.

8. По цвету пятна определяют pH глинистого раствора.

Прибор УДН-2 прошел широкие испытания в лабораторных и промышленных условиях и в настоящее время применяется в трестах Ставропольнефтегазразведка, Крымнефтегазразведка и др.

Определение условной вязкости. Условная вязкость измеряется с помощью полевого стандартного вискозиметра СПВ-5 (рис. 9). Основной частью прибора является измерительная воронка. Кроме воронки в комплект прибора входит двухсторонняя кружка и сетка с отверстиями 1,5—2,0 мм в свету, закрывающая верхнюю часть воронки, и секундомер. Предполагается в дальнейшем включить в комплект СПВ-5 кожух для обогрева воронки, имеющий электрообогревательную обмотку на 100 вт, электромешалку с кружкой емкостью 1 л, снабженную регулируемым электро-подогревом до 100°С, и термометр.

Для измерения вязкости промывочную жидкость, очищенную от песка и шлама, нагревают в электромешалке до необходимой температуры, перемешивают ее мешалкой в течение 5 мин и заливают в предварительно подогретую до той же температуры воронку вискозиметра. Воронка предварительно должна быть смочена пресной водой. Промывочную жидкость в воронку наливают с помощью двухсторонней кружки, причем сначала наливают 200 см3, а затем 500 см3 жидкости. Трубка вискозиметра при этом должна быть закрыта пальцем или пружинной заслонкой. Пустую чистую кружку помещают под трубкой вискозиметра так, чтобы верхняя сторона ее имела объем 500 см3.

Вязкость замеряют сразу после залива промывочной жидкости в воронку. Для этого берут в свободную руку секундомер и включают его в тот момент, когда открывают отверстие трубки вискозиметра (когда убирают палец или снимают заслонку). Как только жидкость заполнит кружку объемом 500 см3 (в момент, когда уровень жидкости достигнет верхнего края кружки), секундомер останавливают и одновременно закрывают трубку вискозиметра.

Практически из-за отсутствия приборов для подогрева и перемешивания замер вязкости обычно начинают после встряхивания промывочной жидкости в закрытом сосуде при комнатной температуре или естественной температуре на буровой.

Условной вязкостью принято считать время (в секундах) истечения 500 см3 глинистого раствора из воронки, заполненной на 700 см3.

Проверка правильности замеров вязкости прибором СПВ-5 осуществляется путем измерения этим прибором вязкости воды. Время истечения 500 см3 воды из вискозиметра СПВ-5 равно 15 с. Эта величина получила название водного числа вискозиметра СПВ-5. Если время истечения 500 см3 воды меньше или больше 15 с, то либо засорена 5-мм трубка, либо вискозиметр деформирован и не может быть использован для измерений.

С теоретической стороны условная вязкость не имеет строгого обоснования. Условную вязкость не может характеризовать ни пластическая вязкость, ни динамическое напряжение сдвига, так как величины n и т0 измеряются при структурном режиме течения, а определение T идет большей частью при турбулентном течении. Истечение из воронки СПВ-5 происходит при переменном давлении столба жидкости, высота которого уменьшается в процессе опыта. Кроме того, скорость истечения зависит от удельного веса жидкости. Все эти факторы влияют на результаты измерения.

Однако огромный опыт использования СПВ-5 и простота конструкции этого прибора обеспечивают в настоящее время его широкое распространение. Накопленный опыт позволяет оценивать по данным замеров условной вязкости прибором СПВ-5 технологические свойства промывочных жидкостей. Так, опытами установлено, что если вязкость глинистых растворов находится в пределах 16—19 с, то это свидетельствует, как правило, о недостаточной концентрации глины в растворе. Вязкость неутяжеленных растворов для нормальных условий должна быть 25±5 с. При наличии зон поглощений вязкость повышают до 60—80 с.

Концентрация твердой фазы в утяжеленных глинистых растворах значительно выше, чем в неутяжеленных. Поэтому и вязкость утяжеленных глинистых растворов значительно выше. Минимальное значение вязкости утяжеленных глинистых растворов составляет 28—30 с. Нормальные утяжеленные растворы должны иметь вязкость 30—50 с. В некоторых районах применяют и более вязкие утяжеленные глинистые растворы, но это, как правило, связано с отсутствием хороших понизителей вязкости.

Определение предельного статического напряжения сдвига. В промысловой практике предельное статическое напряжение сдвига для краткости принято называть статическим напряжением сдвига, поэтому мы будем придерживаться этого термина, сохранив ставшие привычными обозначения (СНС, 01 и 010).

Для определения предельного статического напряжения сдвига используют прибор СНС-2 (рис. 10). Измерительная часть прибора СНС-2 состоит из двух цилиндров, из которых один полый. Измеряемая промывочная жидкость наливается в полый цилиндр. В него же соосно погружается второй цилиндр так, чтобы уровень промывочной жидкости совпадал с верхним обрезом внутреннего цилиндра. После некоторой выдержки (1 или 10 мин), необходимой для упрочнения структуры, внешнему цилиндру сообщается вращательное движение со скоростью 0,2 об/мин.

Вместе с внешним цилиндром приходит во вращение и промывочная жидкость. Благодаря силам сцепления между промывочной жидкостью и стенками внешнего цилиндра вращательное движение передается и внутреннему цилиндру. Вследствие того что внутренний цилиндр подвешен на упругой проволоке, закрепленной в кронштейне прибора, возникает усилие, препятствующее вращению внутреннего цилиндра. Это усилие пропорционально углу поворота внутреннего цилиндра по отношению к начальному ненапряженному положению Аф, длине проволоки l и жесткости проволоки k

В начальном положении Аф равно нулю и F1=0.

Усилие F2, увлекающее внутренний цилиндр, пропорционально предельному статическому напряжению сдвига 0 промывочной жидкости и площади контакта боковой поверхности внутреннего цилиндра с промывочной жидкостью S. Принято измерять 0 после выдержки в 1 и 10 мин. Эти величины соответственно обозначают 01 и 010.

Таким образом,

В начале опыта, когда Aф мало, F2>Fi, но с увеличением Аф величина F1 растет, и после достижения некоторого значения Аф обе силы становятся равными. В этот момент внутренний цилиндр перестает вращаться, так как происходит разрушение связей между стенками внутреннего цилиндра и промывочной жидкостью. Задача исследователя состоит в том, чтобы отметить тот предельный угол, на который повернулся внутренний цилиндр до разрушения структуры промывочной жидкости. Для вычисления СПС приравняем правые части формул (11) и (12)

Величина nн называется постоянной данной проволоки и указывается в паспорте прибора. Если она не указана, то производят калибровку по инструкции, приведенной в паспорте прибора.

Перед началом измерений приводят шкалу в нулевое положение. Для этого подвешивают внутренний цилиндр в пустом внешнем цилиндре и устанавливают шкалу так, чтобы в свободном состоянии нулевое деление шкалы совпало с указателем. Для измерений 01 и 010 пробу глинистого раствора, очищенную от шлама и мелких частиц путем пропускания через сетку, помещают в кружку электромешалки, где подогревают и перемешивают так же, как и при определении условной вязкости. После перемешивания порцию промывочной жидкости около 150 см3 наливают во внешний полый цилиндр. Затем погружают в промывочную жидкость подвесной цилиндр так, чтобы уровень совпал с верхним краем цилиндра, по не покрывал его. Подвесной цилиндр закрепляют в кронштейне и, взяв двумя пальцами за трубку, вращают подвесной цилиндр влево и вправо по 3 раза на угол 40—50° для разрушения структуры. Затем устанавливают нулевое деление шкалы против указателя так, чтобы подвесной цилиндр при этом находился в центре наружного цилиндра. В момент установки шкалы на нулевое деление включают секундомер. Через 60 сек включают электромотор прибора, который приводит внешний цилиндр во вращательное движение со скоростью 0,2 об/мин. Под воздействием сил сцепления между глинистым раствором и подвесным цилиндром последний также начинает медленно вращаться, закручивая упругую проволоку. Этот процесс хорошо прослеживается по смещению шкалы, соединенной с подвесным цилиндром, по отношению к указателю, неподвижно закрепленному на кронштейне. Предельный угол поворота Aф шкалы фиксируется в момент, когда движение шкалы относительно указателя прекращается и даже начинается обратный поворот шкалы. После этого электромотор выключают и снова размешивают промывочную жидкость вращением от руки подвесного цилиндра влево и вправо по 3 раза на угол 40—50°. Стрелки секундомера к этому моменту должны быть возвращены в исходное положение. После установки шкалы на нулевое деление вновь включают секундомер уже на 10 мин и производят измерение 010 так, как и при измерении 01.

Величины 01 и 010 вычисляют по формулам


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна