Розчин у вигляді пульпи

5.5 Розрахунки при обважненні бурових розчинів

Приймемо – густина обважнювача; – густина вихідного бурового розчину; – густина обваженого бурового розчину.

Під час розрахунків необхідно знати, яку кількість обважнювача треба ввести в об’єм бурового розчину ( ) заданої густини., щоб отримати буровий розчин із більшою густиною.

Приймемо, що густина обважненого розчину

, (5.4)

Оскільки , а то справедливо записати:

, (5.5)

, (5.6)

, (5.7)

, (5.8)

, (5.9)

З врахуванням вологості формула прийме вигляд:

(5.10)

Якщо буровий розчин густиною ₁ обважнювати розчином з густиною , яка більша від , то отримаємо розчин з густиною . У цьому випадку , а об’єм знайдений за формулою, що буде отримана внаслідок таких перетворень:

; (5.11) ; (5.12)

, (5.13)

де – об’єм бурового розчину, який підлягає обважненню.

Коли будемо розбавляти розчин з густиною водою, або наітою густиною для отримання розчину з густиною , при цьому . Об’єм буде отримано в результаті перетворень

, (5.14)

, (5.15)

ЛЕКЦІЯ № 6

ОСНОВНІ СТРУКТУРНО-МЕХАНІЧНІ

ВЛАСТИВОСТІ БУРОВОГО РОЗЧИНУ

6.1 Класифікація основних структурно-мехнанічних

властивостей бурових промивальних рідин

Головна технологічна операція промивання свердловини – прокачування промивальної рідини через бурильні труби та кільцевий простір свердловини. Щоб реалізовувати цю операцію необхідно виконувати ряд допоміжних операцій, а саме:

– приготування бурового розчину;

– обважнення;

– обробка хімічними реагентами;

– очищення від шламу, газу.

Виконуючи ці операції, ми оцінюємо якість бурових промивальних рідин за показниками їх властивостей. Властивості бурового розчину можна поділити в першу чергу на фізичні і хімічні, які оцінюються низкою показників (рис. 6.1).

6.2 Реологічні властивості бурових промивальних рідин

Рідина, яка рухається трубопроводом завжди має нерухомий шар на стінці труби. Швидкість цього шару дорівнює нулю, а швидкість сусідніх шарів поступово збільшується до максимуму у центрі трубопроводу (рис. 6.1).

Збільшення від нульової швидкості біля стінки труби до максимальної у центрі – результат ковзання одного шару по іншому: більш швидкий шар ковзає по сусідньому шару, який має меншу швидкість і т.д.

Ковзання шарів рідини супроводжується напруженнями зсуву, які залежать від швидкості і в’язкості рідини.

В природі всі рідини поділяються на дві групи: ньютонівські і неньютонівські (аномальні). Вивченням питань деформації тіл займається наука реологія.

P₁

– максимальна швидкість;

, – початкове та кінцеве значення тиску

Рисунок 6.2 – Потік рідини в трубі

Деформація рідин розглядається, як швидкість зсуву елементарної частини потоку і описується відношенням різниці швидкостей зсуву до висоти елементарної частинки потоку рідини (рис. 6.3)

Рисунок 6.3 – Елементарний кубик рідини до (а) і після зсуву (б)

, (6.1)

Зміна швидкості в напрямку, перпендикулярному до самої швидкості, носить назву градієнта швидкості зсуву.

Експериментальними дослідженнями встановлено, що напруження зсуву  залежить від градієнта швидкості зсуву лінійно і нелінійно.

Рідини, що описуються лінійною залежністю називаються ньютонівськими (рис. 6.4)

Рисунок 6.4 – Лінійна залежність між напруженням зсуву і градієнтом швидкості зсуву

, (6.2)

де, F –сила, що урівноважує сили внутрішнього тертя між прошарками потоку рідини; S – площа опору руху прошарків потоку рідини; – коефіцієнт пропорційності, який характеризує в’язкісні властивості рідин.

В’язкість є міра сил внутрішнього опору, яка визначається силами зчеплення молекул рідини при їх вимушеному русі, тобто в’язкість – це властивість, яка визначає величину напружень, які виникають під час ковзання одного шару рідини по іншому.

На рис.6.5 зображені типові реограми для неньютонівських рідин.

Суспензії глин є структуровані системи Шведова-Бінгама, які описуються залежністю

; (6.3)

де – динамічне напруження зсуву, яке характеризує міцнісний опір бурового розчину руху; – пластична в’язкість, яка характеризує в’язкісний опір руху рідини і не залежить від дотичних напружень. – згідно графіка рис.6.6.

а – неньютонівська; б – псевдопластична рідина; в – тіксотропна (тіло Освальда); г – пластична; д – в’язкопластична; е – тіксотропно-пластична

Рисунок 6.5 – Типові реограми для неньютонівських рідин

Рисунок 6.6 – Залежність між дотичним напруженням і градієнтом швидкості зсуву для пластичних і в’язкопластичних рідин

Величина, яка характеризує в’язкісний та міцнісний опір течії промивальної рідини і дає оцінку “уявній в’язкості” при певних швидкостях зсуву (швидкості руху розчину) називається ефективною в’язкістю і не є постійною величиною і визначається відношенням напруження зсуву до відповідного градієнта швидкості (рис.6.7).

Ефективна в’язкість зменшується із збільшенням дотичних напружень

– згідно графіка.

В’язкопластичні рідини при напруженнях  не деформуються, а при великих поводяться, як ньютонівські рідини.

Для пластичних рідин залежність між дотичними напруженнями та градієнтами швидкості зсуву має вигляд:

, (6.4)

– статичне напруження зсуву характеризує таке напруження зсуву, яке необхідно прикласти до бурового розчину, щоб вивести його із стану рівноваги.

Рисунок 6.7 – Зміна ефективної в’язкості в залежності від