Читать книгу Строительство нефтяных и газовых скважин - А. С. Новиков - Страница 35

Параметры бурового раствора и методы их контроля: [50]

Параметры (показатели) бурового раствора, подлежащие контролю, можно разделить на 3 группы:

1. Параметры, контроль которых обязателен для всех скважин:

• Плотность (ρ);

• Условная вязкость (УВ);

Статическое напряжение сдвига (СНС);

• Показатель фильтрации (Ф);

• Толщина фильтрационной корки;

• Концентрация водородных ионов (рН);

• Концентрация твердых примесей (песка).

В случае использования специальных буровых растворов (ингибирующих, эмульсионных) необходимо контролировать:

• Состав фильтрата бурового раствора;

• Содержание нефти;

• Напряжение электропробоя (для эмульсионных растворов);

• Концентрацию твердой фазы (общую и глинистую).

2. Специальные параметры, контроль которых обязателен для скважин с осложненными геологическими условиями (поглощения, нефте-газопроявления, высокая минерализация пластовых вод и др.). Эта группа включает:

• Фильтрацию при повышенных температурах (Ф);

• Содержание газа;

• Динамическое напряжение сдвига (ДНС);

• Пластическую вязкость (ηпл.);

• Степень минерализации;

• Содержание Са2+, Mg2+, Na+, Сl-, К+;

• Содержание и состав твердой фазы;

• Напряжение электропробоя (для эмульсионных растворов).

3. Факультативные параметры, дающие дополнительную информацию о свойствах бурового раствора. Это:

• Динамическое напряжение сдвига (ДНС) и пластическая вязкость (ηпл.) при повышенной температуре;

• Смазочная способность;

• Коэффициент трения корки (КТК).

По технологическому принципу свойства буровых растворов можно разделить на 5 групп:

1. Физико-механические:

• Плотность (ρ);

• Условная вязкость (УВ);

• Статическое напряжение сдвига (СНС);

• Динамическое напряжение сдвига (ДНС);

• Пластическая вязкость (ηпл.).

2. Показатели фильтрации и стабильности:

• Показатель фильтрации;

• Толщина фильтрационной корки;

• Показатель стабильности;

• Суточный отстой;

• Напряжение электропробоя (для эмульсионных растворов).

3. Фрикционные:

• Смазочная способность (коэффициент трения пары сталь-сталь);

• Коэффициент трения корки (КТК);

4. Показатели загрязнения:

• Твердые примеси;

• Пластовые флюиды.

5. Компонентный и химический состав:

• Содержание компонентов (глины, воды, утяжелителя, смазочных веществ и др.), а также различных ионов солей, общая минерализация и т. д.

Условная вязкость (Т). – условная характеристика гидравлического опротивления бурового раствора прокачиванию. Замеряется прибором ВБР-2. Замеряют продолжительность истечения 500 см³ раствора из залитых 700 см³. Водное число 15 сек… Стандартная вязкость 25 сек, Рис. 8.1. Прибор ВБР-2

Рис. 8.1. Вискозиметр бурового раствора ВБР-2

Удельный вес (γ). – вес единицы объема бурового раствора. Определяют ареометром – АГ-1; АГ-2; АГ-3ПП, АБР-2, рычажными весами, и пикнометром, измеряется в г/см³, кг/м³. Рис. 8.2.

Рис. 8.2. Ареометр АБР-1

Водоотдача (В) – это объем фильтрата, отделившегося от бурового раствора за 30 минут. Экспресс метод: при пропускании раствора через бумажный фильтр через 7,5 мин., а полученную величину умножают на 2, при этом давление на раствор составляет 1 кгс/см². Измеряется прибором ВМ-6, Рис 8.3.

Рис. 8.3. ВМ-6

Толщина фильтрационной корки, мм – величина, характеризующая способность бурового раствора к образованию временной крепи на стенках скважины, определяется толщиной слоя дисперсной фазы, отложившейся на проницаемой перегородке при определении показателя фильтрации. Определяется с помощью линейки.

Рис 8.4. Отстойник ОМ-2

Удельное электрическое сопротивление (ρ0, Ом*м) – величина, определяемая сопротивлением бурового раствора проходящему через него току, отнесенным к единице поперечного сечения и длины взятого объема бурового раствора.

Для измерения используется резистивиметр РВ-1.

Содержание песка характеризует степень загрязнения бурового раствора грубодисперсными фракциями различного минералогического состава.

Песком (П,%) считают все грубодисперсные частицы независимо от их происхождения (в том числе комочки нераспустившейся глины).

Отмытым песком (ОП,%) являются собственно песчаные частицы, неспособные размокать (распускаться) в воде.

Для определения содержания песка используется металлический отстойник ОМ-2.

Общее содержание песка определяют по формуле: N = 2V0,

Где N – общее содержание песка, %;

Vo – общий объем осадка, выпавший за 1 минуту, см³;

2 – коэффициент для выражения результатов в %.

Наиболее удобен для работы комплект для определения содержания песка ф. FANN.

Рис. 8.5. СНС-2

Статическое напряжение сдвига (θ1/10). – это наибольшие касательные напряжения, возникающие на стенке внутреннего цилиндра, погруженного в буровой раствор вращающегося со скоростью 0,2 об/мин. Характеризует прочность тиксотронной структуры за 1 мин и за 10 мин, измеряется мгс/см² на приборе СНС-2, Рис. 8.5.

Концентрация водородных ионов – рН-водородный показатель. рН-7 – среда нейтральная, рН<7 – кислая, рН>7 – щелочная. Измеряется индикаторной бумагой по цвету.

Динамическое напряжение сдвига – τ₀ измеряется в ДПа на ротационном вязкозиметре, раствор в движении набирает структуру постоянно, с меньшими значениями чем в статике. Физический смысл – величина усилия разрушения структуры раствора в движении. Динамическое напряжение сдвига (τ₀), дПа – это условная величина, характеризующая прочность структурной сетки, не зависит от давления прокачки и увеличивается с ростом вязкостного сопротивления. Измеряется с помощью ротационных вискозиметров ВСН-3; ВСН-2М, ф. FANN. Она не имеет определенного физического смысла, ее нельзя непосредственно измерить с помощью приборов, определяют расчетным путем. τ₀ зависит от присутствия коллоидных глин и от загрязнения раствора неорганическими солями.

Пластическая вязкость – ή измеряется в МПахс на ротационном вязкозиметре. В отличие от других параметров раствора используются при гидравлических расчетах. Физический смысл – величина трения между частицами раствора в движении. Измеряется с помощью ротационных вискозиметров ВСН-3; ВСН-2М, ф. FANN. Она не имеет определенного физического смысла, ее нельзя непосредственно измерить с помощью приборов, определяют расчетным путем. Пластическая вязкость зависит от вязкости дисперсионной среды и суммарного объема твёрдой фазы.

Оптимальное соотношение этих величин следующее: Кр = τ0 / ή = 0,33–0,5

При Кр<0,33 – раствор нестабильный, в утяжеленных растворах может выпадать утяжелитель.

При Кр>0,5 – у раствора тяжелая реология, давление на насосах будет завышенное. [60]

Условная величина силы трения. При СПО движению бурильных противодействуют различные силы, в том числе силы трения о стенки скважины. И от того какая корка образовалась в результате фильтрации на стенке скважины, зависит величина силы трения. Прибор КТК-2 предназначен для определения коэффициента трения фильтрационной корки бурового раствора непосредственно на буровой, измеряется в %. Рис. 8.6.

Рис. 8.6. КТК-2

Содержание ионов калия в фильтрате растворов, можно измерять при помощи индикаторных полосок.