5.3 Вимірювання статичного напруження зсуву бурового розчину

Теоретичні відомості

Міцність сформованої суспензією тиксотропної структури у стані спокою та інтенсивність її зміцнення у часі характеризується статичним напруженням зсуву (СНЗ). Здатність суспензій утворювати у стані спокою структуру з певною міцністю і втрачати її при перемішуванні або при струшуванні називається тиксотропією.

Граничне СНЗ – це те мінімальне напруження зсуву, яке необхідно прикласти до бурового розчину, який знаходиться у стані спокою, щоб зруйнувати тиксотропну структуру і вивести його зі стану рівноваги (відновити текучість системи).

У стані спокою міцність тиксотропної структури зростає у часі асимптотичне, наближаючись до верхньої межі. Вона оцінюється двома значеннями СНЗ. які свідчать про здатність промивальної рідини виконувати певні функції. Початкове значення СНЗ заміряють через одну хвилину стану спокою промивальної рідини. Воно характеризує утримувальну здатність промивальної рідини. При виборі показників промивальної рідини обґрунтовується мінімальне значення при якому і буде забезпечене виконання вказаної функції. Тобто СНЗ за 1 хв. повинно бути достатнім для утримання в змуленому стані шламу після припинення циркуляції.

Друге значення СНЗ заміряють через 10 хвилин, як промивальна рідина була у стані спокою. Воно характеризує інтенсивність зміцнення тиксотропної структури у часі. Така тенденція поведінки бурового розчину має кілька негативних аспектів. Міцність структури при тривалому знаходженні у спокою може досягти таких значень, при яких у момент відновлення циркуляції опір структури буде причиною зростання тиску, який може бути більший за тиск гідророзриву пласта. Висока міцність структури суттєво погіршує просування геофізичних приладів у свердловині, що є однією з причин обриву геофізичного канату, або недоходження приладу до встановленої глибини. Також можливе часткове зменшення гідростатичного тиску у свердловині за рахунок утворення тиксотропної структури бурового розчину. Позитивний аспект високої міцності структури проявляється при попаданні високо тиксотропних промивальних рідин у тріщини горизонтів, де вони згущуються і сприяють уникненню поглинань. Тиксотропність структури характеризується коефіцієнтом тиксотропії, який можна визначити за формулою:

(5.3)

Статичне напруження зсуву можна визначити на приладах СНС-2 і ВСН-3.

Прилади і матеріали для проведення роботи

Прилад СНС-2, секундомір, буровий розчин.

Опис приладів для проведення дослідів

П рилад СНС-2 (рис. 5.3) складається з вимірювальної частини, стійки 3 і плити основи До вимірювальної частини відноситься циліндр 9, який підвішений на стійці за допомогою стальної нитки 5 і занурений в стакан 10 з буровим розчином. Для визначення кута повороту циліндра служить проградуйований на 360° лімб 7 з ціною ділення 1. Диск жорстко з’єднаний через трубку 6 з циліндром 9. Для відліку ділення проти диску закріплений прозорий візир 8 з двома рисками. Стакан 10 встановлюється на обертовий столик, з’єднаний гнучкою передачею з редукторним електродвигуном 12, який обертає стакан зі швидкістю 0,2 об/хв. В комплект приладу входить набір 3-х пар пружних ниток (діаметр 0,3; 0,4; 0,5 мм), які рекомендується використовувати при різних діапазонах вимірювання.

Перевірка приладу в лабораторних умовах повинна виконуватися перед кожним циклом замірів, на бурових – не менше ніж один раз в місяць.

Послідовність перевірки приладу:

1 Встановити прилад на столі, де відсутні вібрації.

2 Підвісити циліндр за допомогою нитки до стійки.

3 Регулювальним гвинтом добитися концентричного розміщення циліндрів.

4 Встановити “нуль” шкали проти риски на візирі шляхом плавного повороту диска підйомної системи.

5 Зняти підвісну систему і покласти її на стіл.

6 Підключити прилад до електромережі і включити тумблер, перевірити роботу електродвигуна.

7 Взяти секундомір і покласти його біля приладу.