7.5 Методи та прилади для заміру снз

Під час вимірювання СНЗ на прикладі СНС-2 разом із зовнішнім циліндром рухається і буровий розчин. Завдяки силам зчеплення між промивальною рідиною і стінками зовнішнього циліндра обертовий рух передається і внутрішньому циліндру. Внутрішній циліндр має ребристу поверхню і він підвішений на пружній дротяній нитці, яка закріплена в кронштейні приладу. Під час руху зовнішнього циліндра виникає зусилля F₁, яке перешкоджає руху внутрішнього циліндра. Це зусилля пропорційне куту повороту внутрішнього циліндра по відношенню до початкового напруженого стану , довжині дроту l і жорсткості дроту k.

, (7.13)

В початковий момент  = 0; F₁ = 0.

Внаслідок тіксотропності бурового розчину під час руху зовнішнього циліндра утворюється зусилля F₁, яке заставляє обертатися внутрішній циліндр, пропорційне СНЗ і площі контакту бокової поверхні внутрішнього циліндра S із буровим розчином.

F₂ = θ·S; S = 2rh.

На початок заміру СНЗ F₂  F₁, але із збільшенням кута закручування дротяної нитки меншає момент, коли F₂ = F₁, внутрішній циліндр припиняє обертатися або рухається у зворотному напрямку. В цей момент руйнується тіксотропна структура розчину, міцність якої оцінюється показником θ.

Оскільки ; F₂ =F₁, то

, (7.14)

, (7.15)

де r – радіус внутрішнього циліндра, м; h – висота внутрішнього циліндра, м.

Відношення приймемо за коефіцієнт С, який вказує, яке СНЗ відповідає повороту внутрішнього циліндра на 1 градус.

Отже в кінцевому варіанті маємо

, (7.16)

Тиском повітря розчин переміщають з правої частини у ліву частину U-подібної трубки, після чого припиняють подачу повітря і розчин буде намагатися повернутися у вихідне положення, але СНЗ буде цьому перешкоджати рис. 7.3.

Зусилля, спричинене гідростатичним тиском становить

, (7.17)

де r – радіус трубки.

Зусилля, яке перешкоджає повернутися розчину у початкове положення F залежить від СНЗ і знаходиться за формулою:

, (7.18)

а) б)

а – початковий момент заміру; б – кінцевий момент заміру

Рисунок 7.3 – Замір статичного напруження зсуву за допомогою

V-подібної трубки

Приривнявши F₁ = F₂ знаходимо θ:

, (7.19)

, (7.20)

Слід відмітити, що за даним методом можна визначити ступінь диспергування глин.

Вимірювання СНЗ за допомогою приладу СНС-2 наведено в лабораторному практикумі.

Лекція № 8 фільтраційні і кіркоутворюючі властивості бурових розчинів

8.1 Основні положення статичної фільтрації

Фільтрація є гідродинамічний процес руху дисперсної системи через пористу перегородку під дією перепаду тиску внаслідок чого система розділяється на фільтрат (рідка фаза) і прошарок твердих частинок бурового розчину (фільтраційна кірка).

У свердловині відділення дисперсійного середовища від бурового розчину відбувається коли виконуються дві умови:

– наявність репресії, тиск у свердловині більший за пластовий тиск ;

– наявність проникних горизонтів.

Уявимо одиничний об’єм дисперсної системи, що відфільтровується. Він розділяється на дві частини:

х – об’ємна доля фільтрату;

1-х – об’ємна доля фільтраційної кірки.

Для тієї кількості дисперсної системи, що відфільтрувалася справедливо

, (8.1)

(8.2)

Об’єм фільтраційної кірки можна записати як:

де: h – товщина фільтраційної кірки; S – площа фільтраційної кірки.

(8.3)

Згідно закону Дарсі можна записати:

(8.4)

де: Р – перепад тиску; k – коефіцієнт проникності; – в’язкість фільтрату.

(8.5)

Підставимо (5) в (4)

(8.6)

(8.7)

(8.8)

(8.9)

Рівняння (8.6) є головним рівнянням статичної фільтрації.

Оскільки тиск стовпа бурового розчину завжди повинен перевищувати тиск флюїдів у порах породи, то завдяки цьому буровий розчин має тенденцію проникати у проникні гірські породи, але інтенсивних поглинань бурового розчину не спостерігається через те, що тверда фаза проникає в пори та тріщини стінок свердловини, формуючи фільтраційну кірку низької проникності, через яку проходить тільки фільтрат бурового розчину.