1.5 Показатель фильтрации. Приборы для определения показателя фильтрации

Показатель фильтрации понятие более широкое. Водоотдача, как отмечено, величина условная не определяет фактическую величину фильтрации бурового раствора при бурении. Фактическая величина фильтрации зависит не только от свойств промывочной жидкости: её состава, объёмной энергии, концентрации и активности компонентов, но и от свойств горной породы: поверхностной энергии, потенциала пористости, трешиноватости и условий фильтрации: давления столба промывочной жидкости, скорости циркуляции, температуры.

При наличии в растворе электролитов за счет взаимодействия его компонентов с отрицательно заряженными частицами стенок скважин происходит адсорбция катионов, поверхностная энергия снижается, снижается и фильтрация раствора.

Поверхностная энергия зависит от потенциала горной породы. По энергетической способности минералы (горные породы) делят на четыре группы:

- минералы с высоким потенциалом - кислородосодержащие не нейтрализованные поливалентными катионами (кварц),

- минералы с пониженным потенциалом, частично нейтрализованные чаше всего одновалентными катионами (калиевые шпаты),

- минералы с низким потенциалом, обычно нейтрализованные поливалентными катионами (кальцит, доломит),

- нейтральные минералы (тальк).

Большое влияние на фильтрацию бурового раствора оказывает объемная энергия бурового раствора и горной породы.

Если объемная энергия перебуриваемой горной породы выше объемной энергии промывочной жидкости, то молекулы воды будут перемещаться из промывочной жидкости в поры горной породы. Так при бурении глины глинистым раствором объемная энергия глины будет всегда выше объемной энергии глинистого раствора, поэтому его водоотдача в этом случае не снижается.

При бурении глины щелочными (гуматными) растворами и активированными (лигносульфонатными) растворами указанные реагенты активируют глинистые частицы горной породы, что приводит к повышению показателя фильтрации раствора.

В трещиноватых и пористых горных породах с высоким потенциалом наблюдается активное «всасывание» фильтрата в поры и трещины, что также повышает показатель фильтрации.

Далее. В приборах по определению водоотдачи давление жидкости на фильтр составляет всего 0,1 МПа. Действительное давление столба промывочной жидкости в скважине во много раз превышает эту величину. Для то¬го, чтобы создавать давление в соответствии с действительным, прибор дол¬жен иметь приспособление для его регулирования.

Существенное влияние на показатель фильтрации оказывает скорость циркуляции жидкости, которая также не учитывается при измерении фильтрации в указанных приборах. Для приведения прибора в соответствие с действительной скоростью прибор должен иметь механизм для её регулирования.

С увеличением глубины температура в скважине возрастает. Повышение температуры растет водоотдача, что также нужно учитывать при определении показателя фильтрации.

Таким образом, для определения действительного показателя фильтрации необходимо иметь прибор с механизмом регулирования давления, скорости циркуляции бурового раствора, его температуры.

К приборам в которых можно регулировать давление исследуемой жидкости, относится прибор ФЛР-1 (фильтр-пресс).

Фильтр-пресс ФЛР-1 состоит из стакана 1, редуктора 4 с винтом 3, баллона 5 с газом, который подается в редуктор, а оттуда по рукаву через пропускной клапан 2 в стакан с раствором.

Принцип работы ФЛР-1 основан на способности отфильтровывать под давлением из раствора дисперсионную среду.

Порядок работы. Снять стакан 1, вывернуть крышку стакана, сполос¬нуть их водой и высушить. Фильтровальную бумагу смочить водой, избыток воды удалить сухой фильтровальной бумагой.

Рисунок 1.16. Фильтр-пресс ФЛР-1

Отвернуть полностью винт редуктора 3, пропускной клапан 2 завернуть до упора. Залить в стакан буровой раствор, установить уплотняющее кольцо, на него положить фильтровальную бумагу, сетку, закрыть стакан крышкой и установить его в рабочее положение поворотом на бобышке на 90 . Под стакан подставить измерительный цилиндр на 10 или 50 мл в зависимости от предполагаемой интенсивности фильтрации, с помощью которого будет замерено количество фильтрата .

Отвернуть вентиль баллона; поворотом регулировочного винта редуктора по часовой стрелке установить давление на выходе из редуктора 0,7 МПа. Отвернуть винт пропускного клапана 2 на 3,5 оборота и одновременно включить секундомер; закрыть вентиль баллона, снятьл стакан, вывернуть крышку, убрать уплотнительное кольцо, вылить раствор. Стакан, крышку и кольцо промыть и высушить.

Показатель фильтрации (в мл):

Ф = 2 ,

где 2 — отношение площади стандартного фильтра диаметром 75 мм к площади фильтрации фильтр-пресса.

Прибор позволяет измерять водоотдачу при перепаде давления до 15 МПА и скорости циркуляции промывочной жидкости равной скорости восходящего потока бурового раствора в скважине.

Недостатки: 1) Нельзя регулировать температуру, 2) вместо горной породы используется бумажный фильтр.

Д ля измерения водоотдачи промывочной жидкости при повышенных давлении и температурах применяют установку УИВ-2. (рис. 1.17.)

Прибор состоит из пневматической системы (трубопровод, манифольд 13 с вентиляторами, баллон - ресивер 14, манометр 12) и гидравлической системы (автоклав 7, трубка 5, холодильник с вентилем 20).

Р

19, электронагревателя 9, и теплоизоляционно

ис. 1.17 Установка УИВ - 2

Автоклав нагревают с помощью наружного электронагревателя 9, вы­полненной из нихромовой проволоки с фарфоровыми изоляторами. Мощ­ность нагревателя регулируется автотрансформатором 16 типа РНО-250-2 и контролируется амперметром 17. Температуру пробы измеряют хромеь-копеловой термопарой 4 в комплекте с регистрирующим потенциалом 1, с помощью которого заданная температура поддерживается автоматически. Фильтрационный элемент 8, над которым установлена металлическая шайба-отбойник 2, соединен с крышкой 6, прижимающейся к корпусу автоклава че­рез резиновое уплотнительное кольцо 3 с помощью нажимной гайки 10. Ме­шалка 11 приводится во вращение однофазным электродвигателем 15.Термостат, в котором установлен автоклав состоит из винтообразной рубашки охлаждения.

кожуха 18.

Порядок работы. Промывочную мывочнуюную жидкость заливают в автоклав На решетке фильтра закрепляют фильтровальную бумагу (при t=150°C - асбесто­вую бумагу) устанавливают собранную крышку автоклава 6, закрепляют её гайкой 10, на крышке закрепляют воздухопровод и трубку для отвода фильт­рата 5, устанавливают стрелку потенциометра на деление, соответствующей заданной температуре, включают электродвигатель.

Открыв вентили «баллон I» и «автоклав IV», подают сжатый воздух в автоклав, после достижения заданной температуры, подают воду в холодиль­ник.

Измерение водоотдачи начинается с момента открытия вентиля «фильтрат» 20. Охлажденный в холодильнике фильтрат поступает в измери­тельную ёмкость. По окончании измерения необходимо отключить электро­двигатель, с помощью вентиля «сброс III» снизить давление в автоклаве до атмосферного и отсоединить от крышки автоклава воздухопровод и трубку, отводящую фильтрат, разобрать фильтр, извлечь автоклав, вылить раствор, установить начальное давление в баллоне с помощью вентиля II. Толщину фильтрационной корки определяют линейкой.

Недостатки:

1) Нельзя регулировать скорость циркуляции;

2. вместо горной породы используется фильтровальная бумага, что не позволяет оценить влияние на фильтрацию горной породы.

3. установка весьма сложная и дорогая.

Рис. 1.18. Схема установки для измерения водопроницаемости цекментного камня

Определить показатель фильтрации на реальной горной поде можно с помощью установки для измерения водопроницаемости цементного камня (рис. 1.18). Установка состоит из кернодержателя (цилиндра с крышкой 4 и днищем 7). Создание давления осуществляется с помощью масловодосистем, состоящей из плунжерного пресса 16 разделительной (наполненной маслом) и напорной (наполненной водой) емкостей и трубопровода. Вместо маслосистемы давление можно создавать с помощью сжатого азота,

Перед измерением коэффициента проницаемости горной породы из емкости 2 набирают воду в ёмкости 9, а из неё в днище кернодержателя. В кернодержатель устанавливают образец исследуемой горной породы, через открытый вентиль 3 набирают воду под крышку 4 в кернодержатель до тех пор пока вода не будет вытекать через штуцер 5. После этого вентиль 3 за­крывают. Создают давление в напорной ёмкости и далее под образцом сту­пенями 0,5 1 ,0 и 1 ,5 МПа. Вода через образец поднимается вверх и поступает через трубопровод в стеклянную трубку 19. Коэффициент проницаемости определяют по формуле:

K=

где V - объем воды профильтровавшийся через образец за время t, м³, μ ???- вязкость раствора, Пас; l - длина образца, м; F - площадь поперечного сечения образца, м ; р - давление, замеряемое манометром, Па.

=