Лекция № 6. Основные технологические параметры бр.

Технологические свойства БР являются показателем пригодности для конкретных условий бурения. Рассмотрим эти свойства. К ним относятся: структурно – механические, реологические, фильтрационные и коркообразующие.

Плотность. Это масса единицы объема БР. Измеряется плотность в кг/м³ или г/см³. Зная плотность раствора, можно определить давление, которое оказывает БР на пласты, залегающие на различных глубинах. Это давление (в мПа) называется гидростатическим и в любой точке скважины определяется из уравнения:

Рг = ρ Н / 100,

где ρ – плотность БР, г/см³ ; Н – расстояние от уровня БР в скважине до рассматриваемой точки про вертикали, м; 100 – расчетный коэффициент для перевода в мПа.

Следовательно, зная плот­ность, можно регулировать давление БР на пласт. При измерении плотности следует иметь в виду, что выходящий из скважины буровой раствор может содержать газ, по­этому плотность такого рас­твора считается кажущейся. Истинная плотность уста­навливается на основании измерения кажущейся и содержания газа. Плотность определяют взвешиванием известного объема раствора на рычажных весах (плотномерами ВРП – 1), пикнометрами или ареометрами АГ-3ПП, АБР – 2 и др.

Условная вязкость. Вязкость жидкостей характеризуется внутренним трением между отдельными слоями жидкости при ее движении. Истинные растворы и вообще жидкости, не имеющие структуры, обладают истинной вязкостью, которая не зависит от механического воздействия на жидкость. При добавке глины в буровой раствор не образуется истинного раствора. Она распадается (диспергируется) на мельчайшие частицы, покрывающиеся пленкой, которая предупреждает эти частицы от слипания и обеспечивает, таким образом их подвижность и вместе с этим подвижность всего раствора. В растворе, находящемся в покое, глинистые частицы под действием молекулярных сил, соединяются друг с другом концами, где защитные пленки тоньше, и образуют сетчатую структуру, что приводит к загустеванию раствора вплоть до потери текучести. Чтобы заставить такой раствор снова течь и снизить его вязкость, необходимо разрушить образовавшуюся в нем структуру.

Таким образом, буровые растворы обладают структурной вяз­костью, которая в отличие от истинной, зависит от механического воздействия на раствор. Измерение структурной вязкости очень сложно, поэтому в полевых условиях обычно измеряется условная вязкость.

Условная вязкость Т в с характеризует подвижность бурового раствора и измеряется по времени истечения 500мл бурового рас­твора из стандартной воронки ВП-5, заполненной 700 мл раствора.

Водоотдача или показатель фильтрации. Водоотдачей бурового раствора называется способность раствора при повышенном давлении отфильтровывать воду.

При бурении в поры обнаженной породы проникает буровой раствор. Частички его твердой фазы оседают на стенках пор и умень­шают их, образуя своеобразный фильтр, через отверстия которого может пройти только жидкая фаза раствора (чаще всего вода). Вода отфильтровывается в пласт под влиянием перепада давления, рав­ного разнице между давлением столба бурового раствора и пластовым. На стенках скважины образуется фильтрационная глинистая корка. По мере ее утолщения сопротивление прохождению через нее жидкой фазы возрастает, и скорость фильтрации снижается. Величина водоотдачи определяется свойствами фильтрационной корки. Скорость образования и толщина различны и зависят от ряда факторов, в том числе и от качества БР. Высокодиспергированные растворы образуют тонкую, но плотную корку, а грубодисперсные низкокачественные нестабильные растворы образуют толстую, рыхлую и неплотную корку.

Фильтрационная корка характеризуется толщиной и липкостью. Толстая рыхлая корка уменьшает диаметр скважины, приводит при выполнении СПО к образованию пробок и затяжкам бурильного инструмента, к росту перепадов давления на стенки скважины. Липкая корка, даже тонкая, плотная может привести к прихвату бурового инструмента, особенно при бурении глубоких наклонных скважин. При нормальных условиях бурения толщина фильтрационной корки не должна превышать 2 мм.

Водоотдача В при нормальной температуре ( + 20⁰ С) измеряется количеством жидкости в мл, отфильтровавшейся из бурового рас­твора за 30 мин под действием перепада давления в 1 кгс/см² при температуре 20⁰ С с площади фильтра 44 см². Для измере­ния В используют один из приборов: ВМ-6, ВГ-1М, ГрозНИИ.

Предельное статическое напряжение сдвига. В буровом растворе, находящемся в покое, образуется сетчатая структура, что приводит к потере его подвижности. Чтобы заставить такой раствор течь, необходимо разрушить эту структуру. Сила, которую надо прило­жить для этого, определяет статическое напряжение сдвига. Величина его выра­жается в миллиграммах силы, действующей на 1 см² поверх­ности раствора (мг с/см²).

СНС характеризует прочность структуры и определяет способность БР удерживать во взвешенном состоянии частицы разрушенной породы и пузырьки газа (воздуха), проникать в трещины и поры ГП и удерживаться там под воздействием нагрузок. Повышать СНС следует в случае, если интенсивность разрушения ГП при бурении достаточно велика и продукты разрушения имеют значительные размеры и плотность, если необходимо утяжелить БР специальными утяжелителями, а также в условиях возможных поглощений БР в трещиноватых или пористых породах. При этом необходимо иметь в виду, что повышенное СНС ухудшает условия дегазации и очистки БР от продуктов разрушения ГПА и посторонних включений.

Предельное статическое напряжение сдвига, измеря­емое на приборе СНС – 2, определяется величиной уси­лия, которое возникает на погруженном в стакан с бу­ровым раствором подвесном цилиндре при вращении ста­кана с определенной ско­ростью.

Водородный показатель. Является важнейшим диагностирующим признаком состояния БР, обуславливающим методы химической обработки.

рН = – lg [H⁺]

В нейтральных растворах рН = 7, в кислых рН < 7 и умень­шается с ростом кислотности. В щелочных растворах рН > 7 и повышается с увеличением щелочности. Концентрация водород­ных ионов рН - важный показатель, определяющий характер физико-химических процессов в промывочной жидкости и необ­ходимость обработки ее реагентами. В каждой дисперсной си­стеме при определенных значениях концентрации водородных ионов наступает максимум и минимум стабильности.

Для различных промывочных жидкостей существует своя оптимальная концентрация водородных ионов, при которой они наиболее полно удовлетворяют требованиям технологии буре­ния в конкретных геолого-технических условиях. Контроль за величиной рН позволяет определить причины изменения свойств промывочной жидкости в процессе бурения и принять меры по восстановлению ее качества. Концентрацию водородных ионов промывочных жидкостей измеряют колориметрическим и элект­рометрическим способами, а также с помощью универсальной индикаторной бумаги по изменению цвета по сравнению с эталонами.

Содержание песка и абразивных частиц. Оно характеризует степень загрязненности БР грубодисперсными фракциями различного минералогического состава. Ими принято считать все мелкие обломки ГП, в том числе комочки недиспергированной глины. Чрезмерное содержание песка приводит к абразивному износу гидравлического оборудования и бурового снаряда, уменьшению механической скорости бурения. Для БР нормальным считается содержание песка до 4 %. Определяют его с помощью прибора – отстойника ОМ – 2.

Стабильность и суточный отстой. Эти параметры используются в качестве технологических показателей устойчивости БР как дисперсной системы.

Показатель стабильности измеряется с помощью прибора ЦС – 2, представляющего собой металлический цилиндр объемом 800 см³ со сливным отверстием в середине. При измерении от­верстие перекрывают резиновой пробкой, цилиндр заливают ис­пытываемым раствором, закрывают стеклом и оставляют в по­кое на 24 ч. По истечении этого срока отверстие открывают и верхнюю половину раствора сливают в отдельную емкость. Ареометром определяют плотность верхней и нижней частей раствора. За меру стабильности принимают разность плотно­стей раствора в нижней и верхней частях цилиндра. Чем мень­ше значение С, тем стабильность раствора выше.

Суточный отстой измеряют с помощью стеклянного мерного цилиндра объемом 100 см³. Испытывае­мую жидкость осторожно наливают в мерный цилиндр до от­метки 100 см³, закрывают стеклом и оставляют в покое на 24 ч, после чего визуально определяют величину слоя прозрачной во­ды, выделившейся в верхней части цилиндра. Отстой выража­ют в процентах выделившейся жидкости от объема пробы. Чем меньше суточный отстой, тем устойчивее, стабильнее промывоч­ная жидкость.