1.9. Плотность промывочной жидкости. Приборы для определения плотности

Плотность промывочной жидкости это масса единицы объема, кг/м³.

При бурении скважин непременным условием предупреждения водопроявлений, обвалов стенок скважин и связанных с ними осложнений является регулиро­вание гидростатистического давления столба бурового раствора в зависимости от давления водоносных пластов и порового давления глинистых пород. В зонах ано­мально высоких пластовых давлений, зонах неустойчивых горных пород, чтобы не допустить водопроявлений и обвалов, необходимо поддерживать плотность раство­ра, при которой давление на стенки скважины было бы несколько больше пластово­го давления флюида.

С другой стороны повышенное давление жилкости способно вызвать гидравлический разрыв пластов, что может повлечь потери промывочной жидкости и другие последствия. Кроме того повышенная плотность бурового раствора резко понижает механическую скорость бурения;

где - механическая скорость бурения при промывке водой, р -?- плот­ность раствора, n - показатель степени, равный 2-3 .

Плотность раствора повышают путем увеличения концентрацию глины или ввода специатьных утяжелителей.

Буровые растворы, приготовленные на основе бентонитовых глин, имеют невысокую плотность 1050- 1080 кг/ . Каолинитовые и иллитовые глины в зави­симости от их качества позволяют получать растворы плотностью 1180-1300кг/м³, а за счет повышения концентрации и обработки химреагентами - разжижителями - 1400-1450 кг/м³. Однако повышение концентрации глины ведет к повышению вязкости раствора. Опыт показывает, что выгоднее использо­вать «нейтральные» утяжелители с высокой плотностью, способные повышать плотность раствора без повышения его вязкости и уменьшать расход утяжелителя.

Основной показатель качества утяжелителя - утяжеляющая способность, которую определяют по плотности раствора после введения 300 % утяжелителя (по массе к исходному раствору) при создании раствора с условной вязкостью 60 с и водоотдачей 5-6 за 30 минут.

Утяжеляющая способность утяжелителя зависит от его плотности, дисперс­ности, гидрофильности и химического состава. Высокая степень дисперсности утяжелителя способствует повышению вязкости, а вязкость не позволяет повы­шать концентрацию утяжелителя и плотность раствора. Низкая степень дисперс­ности утяжелителя снижает седиментационную устойчивость. В зависимости от минерального состава утяжелители делят на 4 группы: карбонатные (мергель, ρ=2650 кг/м³, известняк и мел ρ =2700 кг/м , доломиты ρ =2900 кг/м³, сидерит р =3900 кг/м³), баритовые (баритовые концентраты производства обогатительной фабрики цветной металлургии: КБ-1, КБ-2, КБ-3, КБ-4, КБ-5, плотностью 4050-4250 кг/ м³), железистые (гематит р=5300 кг/ м³, магнетит р =4900-5200 кг/м³, ильменит р =4790 кг/м).

Железистые утяжелители вследствии их абразивности применяют редко. При добавках галенита получают буровые растворы плотностью более 3000 кг/м''.

Дня промывки скважин в устойчивых горных породах особенно в трещи­новатых зонах с целью повышения механической скорости бурения и снижения поглощения плотность промывочной жидкости понижают (чаще сего за счет аэрации). Аэрация позволяет уменьшить плотность любых промывочных жидко­стей в широких пределах. При этом возрастает вязкость раствора при концентра­ции воздуха С=0-54% она равна

(I+3.6C)

где - исходная вязкость.

При концентрации воздуха С=54-96%

= -

Плотность аэрированной жидкости определяется по формуле

где - плотность аэрированной и исходной жидкостей, а - количество воздуха в единице объема аэрированной жидкости, р₀,р - атмосферное и задан­ное давление.

Гидростатистическое давление аэрированной жидкости р на глубине h –при статистических условиях определяют из соотношения

p= =ρh.

Для придания промывочной жидкости закупоривающей способности в неё вводят наполнители. Для надежного закупоривания трещин размеры частиц наполнителя должны быть в 2 раза меньше раскрытия трещин.

Для аэрации промывочной жидкости применяют специальные аэрато­ры, а для стабилизации аэрированных растворов - пенообразователи.

Плотность бурового раствора определяют с помощью аэромет­ра АБР-1, состоящего из поплавка со стаканом и съемным грузом и ведерка.

Перед измерением плотность раствора проверяют правильность пока­заний аэрометра. Для этого в стакан поплавка наливают пресную воду. Подсоединяют его к поплавку и опускают вместе с поплавком в ведерко с водой. Если по шкапе 0,8-1,7 уровень воды окажется выше или ниже деления 1,0, нужно определить причину (наличие засохшей глины в стакане, его деформацию, попадание воды в поплавок) и устра­нить её. При невозможности такой процедуры по поправочной шкале определить поправку.

После определения поправки стакан заполняют исследуемым раствором и отпус­кают его вместе с поплавком в ведерко с водой, по шкале 1,6-2,6 определяют плотность раствора; к этому показанию добавляют величину поправки. Если по­плавок не погружается в воду, к стакану подсоединяют груз и отсчет ведется по шкале 0,8-1,7.

Рис. 1.19. Рычажные весы-плотномер ВРП-1

Рис. 1.20. Ареометр АГ-ЗПП

Для измерения плотности могут быть использованы также рычажные весы - плотномер ВРП-1 (рис 1.19). Плотномер состоит из стойки и рычага со стака­ном. На рычаге имеются две призмы с помощью которых рычаг устанавливают на стойке, и две шкалы, соответствующие этим призмам. Для определения плот­ности стакан заполняют раствором до отверстия и закрывают крышкой, рычаг устанавливают на правую призму, с помощью подвижного груза стакан с раство­ром уравновешивают и показания снимают по нижней шкале.Для более точного измерения плотности раствора используют пикнометр представляющий собой стеклянный сосуд с притертой пробкой. …………………………

Для определения плотности раствора вначале взевшивают пой пикнометр , заполняют его до отметки исследуемым раствором, закрывают пробкой и вновь взвешивают

Плотность бурового раствора рассчитывают по формуле

ρ=

где V – объем пиктометра