L Плотность бурового раствора
Методы контроля состава и свойств буровых растворов
В России методы контроля регламентированы РД 39-2-645-81 «Методика контроля параметров буровых растворов», в СШA Американским нефтяным институтом (API) разработаны и постоянно уточняются стандартные методики таких исследований. Они включены в нормы и правила API R.P. 10В и 39. Стандартные методики API в настоящее время получили широкое признание практически во всех странах, поэтому npи дальнейшем изложении методов контроля состава и свойств буровых растворов будут учитываться особенности стандартных методик API, включая единицы измерений. Стандартные методики API начинают получать признание и в России. ОАО«ИКФ» имеет Разрешение Гостехнадзора России на применение зару- бежного лабораторного оборудования для замера параметров буровых растворов по стандартным методикам API. Методы исследований состава и свойств буровых растворов можно разделить на две группы: физические и химические. L Плотность бурового раствора Оборудование Плотность бурового раствора можно определить, используя любой прибор, позволяющий производить измерение с точностью до 0,01 г/см3. Такими приборами являются рычажные весы фирм «ВAROID», «FANN» и др. По стандарту API плотность бурового раствора измеряют в фунтах/галлон, фунтах/фут3, г/см3. Наилучшими эксплуатационными характеристиками обладают рычажные весы, которые обеспечивают достаточную точноть измерений и надежны в работе в сложных полевых условиях независимо от колебаний температуры. Рычажные весы позволяют определять плотность в диапазоне 0,9-2,4г/см3../. Процедура 1. Заполните чашку весов исследуемым буровым раствором. 2. Закройте чашку крышкой и медленно и аккуратно заверните ее. Из отверстия в крышке должно вытечь немного раствора. 3. Закрыв это отверстие пальцем, обмойте или оботрите чашку снаружи. 4. Установите опору весов на призму и, двигая бегунок по градуированному коромыслу, добейтесь уравновешивания чашки и коромысла. 5. Слева от бегунка прочтите значение плотности бурового раствора. 6. Запишите результат с точностью до ближайшего деления в г/см3 или фунтах/галлон, фунтах/фут3. 7. После каждого измерения вылейте буровой раствор в посуду для сбора средней пробы и тщательно вымойте рычажные весы. 8. Для получения точного результата крайне важно, чтобы все детали были чистыми. Калибровка Весы для измерения плотности бурового раствора следует часто калибровать пресной водой. Пресная вода при температуре 21°С имеет плотность 1,00 г/см (8,33 фунта/галлон или 62,3 фунта/фут3. Для получения такого результата на пресной воде добавьте или убавьте свинцовую дробь из конца коромысла или отрегулируйте установленный там винт. 6.2. Условная вязкость Условная вязкость - это время истечения бурового раствора из специальной воронки через трубку с калиброванными диаметром и длиной. Объемы заполнения воронки и истечения из нее стандартизованы. Оборудование Для измерения условной вязкости буровыx растворов используется следующее стандартное оборудование: , 1. Вискозиметр «Воронка Марша» (США состоит из воронки объемом 1500мл со встроенной сеткой и мерной кружки на 1000мл с круговой отметкой 1 кварты (946мл). Время истечения 1 кварты (946мл) пресной воды при 20 ± 0,5°С составляет 26 ± 0,5 сек. 2. Вискозиметр ВБР-1 (Россия) - состоит из воронки объемом 700 мл и мерной кружки на 500 мл. К воронке прилагается съемная сетка для очистки pacтворa от крупного шлама. Постоянная вискозиметра (время истечения 500 мл пресной воды) при температуре 20 ± 0,5 С составляет 15 сек. Процедура Процедура замера условной вязкости обеими воронками идентична. 1. Закройте нижнее отверстие воронки пальцем и через сетку влейте буровой раствор так, чтобы его уровень касался сетки. 2. Уберите палец с отверстия и засеките вpeмя вытекания 0,5 литра (одной кварты) раствора из воронки. 3. Время вытекания раствора в секундах есть ни что иное как условная вязкость. 4. Отметьте температуру измеряемой пробы. 6.3. Реологические характеристики, полученные на ротационном вискозиметре В связи с тем, что буровой раствор в процессе бурения скважин находится в состоянии движения, необходимо знать его реологические характеристики в динамическом режиме. Для этой цели созданы вискозиметры ротационного типа, в которых создаются сдвиговые напряжения в щелевом кольцевом зазоре, наиболее близко моделирующие течение бурового раствора в условиях скважины. Все ротационные вискозиметры конструктивно имеют один и тот же измерительный узел вертикального исполнения - цилиндр (боб) на подвесе, соединенный с измерительной пружиной, расположенной коаксиально в полом цилиндре. Между бобом и полым цилиндром имеется щелевой зазор, в котором и возникают исследуемые сдвиговые напряжения при вращении полого цилиндра. Сдвиговые напряжения оцениваются по углу закручивания бобом измерительной нити, который отображается на шкале измерительного диска. Оборудование Ротационные вискозиметры по принципу действия бывают ручные и электрические. В настоящее время имеется широкий выбор моделей с различными характеристиками (количество скоростей вращения, точность измерения и эксплуатационная надежность). 1. Ротационный вискозиметр «RHEOMETER FАNN» (США) - ручной, 2-х скоростной (600 и 300 об/мин). 2. Ротационные вискозиметры фирм «BAROID», «OFI ТЕ» с электрическим приводом выпускаются 2-х, 6-ти, 8-ми и 12-ти скоростные (600, 300,200,180,100,90,60,30,6, 3; 1,8; 0,9 об/мин). Для полевых условий обычно применяются 2-х (6-ти скоростные (600, 300,200,100, 6; З об/мин). Скорости 600 и 300 об/мин можно использовать для определения кажущейся вязкости, пластической вязкости и динамического напряжения сдвига. ^ Процедура замера 1. Влейте хорошо перемешанный раствор в стакан вискозиметра, установите на подвижную опору. Медленно поднимайте опору, пока уровень раствора в стакане не совместится с риской на полом цилиндре, винтом закрепите опору. 2. Включите вискозиметр в режиме перемешивания (stir). Через 10-15 секунд включите скорость 6ООоб/мин, дождитесь стабилизации показания на этой скорости и запишите результат. (Время зависит от характеристик бурового раствора). 3. Переключите вискозиметр на 300об/мин, дождитесь стабилизации показаний и запишите результат. Примечание: Переключайте скорость только при работающем двигателе. Пластическая вязкость (PV) в сПз равна разнице показаний при 600 и ЗООоб/мин. Динамическое напряжение сдвига (YP) в фунтах/100фут2 равно показанию при ЗООоб/мин минус значение пластической вязкости. Кажущаяся вязкость (AV) в сПз равна показанию при 6ООоб/мин, деленному на 2. Обязательно указывайте tемпературу пробы. Пример: Показание при 600 об/мин 48 Показание при 300 об/мин 34 AV =48/2 24 сПз PV =48-34 14 сПз YP=34-14 20 фунт/100 фут2 или = 20 * 4,88 = 97 дПа 6. 4. Статическое напряжение сдвига (Gel0/10) Gel 0/10 определяют через 10cек и 10мин на ротационном вискозиметре t любой модели на скорости Зоб/мин, а если ее нет, то вручную. ^ Процедура замера 1. Перемешайте пробу на высокой скорости в течение 10 секунд. 2. Переключите скорость на нейтральную, и в электрических двухскоростных вискозиметрах - выключите двигатель. 3 Подождите требуемое время (10сек или 10мин), начните медленно вращать ручку, чтобы получить показания на индикаторе. Максимальное отклонение индикатора и есть Gel в фунт/100 фут2. 4. При использовании 6-ти скоростного вискозиметра СНС определяют на скорости З об/мин. Примечание: Если после выключения двигателя шкала вискозиметра не возвращается в нулевое положение, то нужно сделать это путем вращения полого цилиндра против часовой стрелки. Можно полученные показания переводить в дПа, умножив на коэффициент 4,88, но при этом noлученные показания будут не очень точны. Для правильного перевода периодические замеры СНС необходимо делать на приборе СНС-2. ^ Уход за прибором Сразу же после измерения полый цилиндр и боб осторожно отделяются от прибора (чтобы не повредить внутреннюю поверхность полого цилиндра и подвес боба), тщательно моются и вытираются насухо. Также протираются сам прибор в местах загрязнения раствором. Невыполнение этих условий ведет к сокращению срока эксплуатации прибора. 6.5. Показатель Фильтрации ('водоотдача) Для определения показателя фильтрации и koркообразующих свойств бурового раствора используют фильтр-пресс. Буровой раствор фильтруется в камере фильтр-пресса при заданной температуре и давлении за определенный промежуток времени. Для получения сравнительных данных об объеме жидкости, зашедшей в породу, измеряют толщину фильтрационной корки (в миллиметрах), отложившейся на фильтровальной бумaгe. Опытным инженером также оценивается ее плотность, рыхлость, ломкость, липкость, скольжение тела на ее поверхности. Эти косвенные характестистики корки дают дополнительную информацию о состоянии раствора и характере шлама, находящегося в нем. В полевых условиях может определяться показатель фильтрации при температуре до 100°С и давлении 7атм (lOOpsi) на фильтр-прессе АНИ и при температуре выше 100°С и перепаде давления 35 атм (500 psi) на НТНР фильтр прессе. ^ Процедура замера на фильтр-прессе АНИ А. Соберите детали чистого и сухого фильтр-пресса, используя стандартную для прибора фильтровальную бумагу. Порядок сбора указан в его паспорте. Б. Залейте буровой раствор в контейнер так, чтобы он приблизительно на 1/2 дюйма не доходил до верха (заполняйте контейнер доверху в том случае, когда в растворе необходимо сохранить газ) и установите его на опору рамы фильтр-пресса. Верхнюю крышку установить на контейнер, зажать винтом рамы до упора клапан подачи газа – в рабочее положение (в камеру). В. Установите мерный цилиндр для приема фильтрата и с помощью редуктора подайте давление 7атм (l00 ± 5psi), включив при этом таймер или секундомер. Г. Через 30 минут давление стравливают (клапан подачи газа в положении стравливания), в мерном цилиндре отмечают объем фильтрата (в миллилитрах), который и является показателем фильтрации. Разобрав фильтр-пресс (в обратном порядке) и вылив раствор из контейнера, осторожно снимите фильтровальную бумагу с фильт-рационной коркой и под слабой струёй воды смойте избыток бурового раствора. Толщину фильтрационной корки измеряют с точностью до 1/2мм. Также полезно записать и комментарии о состоянии фильтрационной корки. Д. После использования тщательно вымойте и вытрите насухо части прибора. Примечание: По спецификации АНИ площадь фильтрования в камере должна составлять 7,1дюйм2. Однако есть фильтр-прессы, площадь фильтрования в которых в два раза меньше. Для того, чтобы полученный на таком фильтр-прессе результат согласовывался с требованиями АНИ, его нужно удвоить. ^ Процедура замера показателя фильтрации на НТНР фильтр прессе Показатель фильтрации при температуре выше 100°С измеряется следующим образом: А. Перед началом опыта подключите нагревательную рубашку прибора к сети соответствующего напряжения. Установите термометр в гнездо рубашки. Нагрейте рубашку до требуемой температуры. Отрегулируйте термостат так, чтобы температура была на 5-6°С выше заданной и была постоянной во времени Б. В дно камеры, которое будет верхом, закручивается до упора клапан, камера переворачивается и в нее заливается раствор до уровня 1,5см ниже края (при температуре испытаний до 149°С) и 3,8см (при температуре выше 149°С) ниже уровня внутреннего среза. На опору среза аккуратно устанавливается бумажный фильтр. В отверстие камеры устанавливается ее нижнее дно с резиновым уплотнением и ввернутым в него нижним клапаном. Нижнее дно фиксируется по окружности винтами, которые должны попасть в выемки по кольцу нижнего дна. Нижний клапан поворачивается до упора ключом. В. Камера переворачивается и устанавливается в нагревательную рубашку. Во время установки надо проявлять осторожность, чтобы избежать ожога. В гнездо камеры вставьте второй термометр. Г. Установите блок создания давления на верхний клапан и закрепите его. Внизу установите приемник фильтрата и также закрепите его. При закрытых клапанах подайте давление в 100 psi? в оба устройства, работающие под давлением. Откройте верхний клапан и, продолжая нагревать раствор, подайте в камеру с раствором давление равное 100 psi. Д. ^ При испытаниях, когда температура ниже 149°С. нужно придерживаться следующего порядка проведения работ. Когда температура пробы достигнет заданной, увеличьте давление в верхнем устройстве, работающем под давлением до 600 psi, и откройте нижний клапан, чтобы началась фильтрация, одновременно включив таймер или секундомер. Поддерживая постоянную температуру с колебаниями ± 3°С, соберите фильтрат за З0 минут. При желании, можете измерить мгновенную фильтрацию за 2 секунды. В процессе измерения противодавление может повышаться выше l00 psi, во избежание этого периодически осторожно сливайте часть фильтрата в мерный цилиндр. Запишите его общий o6ъем. Е. Объем фильтрата должен быть приведен к площади фильтрования, равной 7,1дюйм2. Если площадь фильтрования равна 3,5 дюйм2, объем фильтрата следует умножить на 2. Ж. По окончании опыта закройте оба клапана, закройте редукторы высокого давления, выкрутив винты до свободного хода. Стравите давление на верхней и нижней линии высокого давления до нуля, открыв выпускные краны барашками с насечкой. Предупреждение: В фильтрационной камере все еще остается давление около 500 psi. Удерживая в вертикальном положении камеру, осторожно вытащите, охладите до комнатной температуры, а затем стравите давление. С целью принятия мер по сохранению фильтровальной бумаги, переверните камеру, открутите крепежные винты по окружности и вытащите нижнее дно. Осторожно достаньте фильтрационную корку и промойте слабой струёй воды от избытка раствора, определите ее толщину с точностью до одного миллиметра и запишите результат. 6.6. Содержание песка в буровом растворе Оборудование Прибор для измерения содержания песка включает в себя сетку размером ячеек 200меш (74мкм), воронку и стеклянную мерную пробирку, про-градуированную в процентах. Процедура 1. Влейте в пробирку раствор до отметки "Mud to here", а затем добавьте воды до отметки "Water to here". Закройте горлышко пробирки пальцем и хорошо встряхните ее. 2. Вылейте смесь через сетку и смойте с нее все остатки чистой водой. Чтобы облегчить смывание, постукивайте по ребру сетки пальцем. Если на сетке остается что-нибудь, не проходящее через нее, не нужно раздавливать этот остаток и силой продавливать через сетку, т.к. это даст неправильный результат и может привести к разрыву сетки. Смойте песок, оставшийся на сетке струёй воды, чтобы смыть с него буровой раствор. 3. Установите воронку поверх сетки, затем медленно ее переверните и, вставив носик воронки в пробирку, cmойте песок с сегки тонкой струёй воды. Подождите, пока осядет песок. 4. Запишите объем песка в пробирке в процентах. 5. Тщательно промойте сетку и пробирку. 6. 7. Содержание жидкой и твердой фаз Оборудование Для определения содержания жидкой и твердой фаз в буровом растворе используется реторта. Тщательно отмеренный объем пробы помещают в реторту и нагревают до тех пор, пока жидкая фаза не испарится. Пары пропускают через конденсатор и собирают в измерительном цилиндре. Объем жидкости, как воды, так и нефти, можно определить в процентах. Объемный процент содержания твердой фазы, как суспендированной, так и растворенной, находят путем вычитания процентного содержания жидкой фазы из 100% объема. По этим данным рассчитывают плотность твердой фазы. Процедура 1. Влейте однородную пробу бурового раствора в калиброванную реторту, накройте ее обтекающей крышкой, лишний объем удалите тряпкой. 2. Заполните свободный объем в камере испарения реторты тонкой стальной ватой. Смажьте резьбу термосмазкой. 3. Соберите реторту и установите под конденсатором мерный цилиндр для сбора жидкой фазы. Сборку установите в нагреватель реторты и закройте крышку. 4. Включите нагреватель реторты. Продолжайте нагревание до тех пор, пока из конденсатора не перестанет капать жидкость. 5. Измерьте объем полученной воды и нефти и рассчитайте их процентное содержание, а также процентное содержание твердой фазы. Примечание: В зависимости от типа применяемого прибора эта процедура, может иметь некоторые отличия. 6. Охладите прибор и шпателем удалите из него всю твердую фазу. Нефтяной осадок можно удалить растворителем. На основе объемного содержания фаз в растворе можно определить усредненную плотность твердой фазы: Относительное содержание барита и глины во взвешенной твердой фазе в пресных утяжеленных растворах
|
