Методичка по бурению

требуемые удерживающие и выносящие свойства раствора достигаются концентрацией биополимера, которая регулируется в зависимости от тиксотропности раствора (СНС), реологических показателей ( , ). Дообработку раствора биополимером КЕМ-Х производить из расчета 0,2-0,4 кг на 1 м3 раствора.

При необходимости пополнение объема СБР производится солевым раствором плотностью не ниже 1065 кг/м3, обработанным КМЦ или КМЦ и биополимером КЕМ-Х, в указанном выше количестве. Плотность раствора регулируется хлоридом натрия. Очистка солевого биополимерного раствора осуществляется через вибросито. При необходимости используется песко и илоотделитель. Для уменьшения загрязнения бурового раствора твердой фазой требуется обеспечить качественную работу вибросита путем подбора сеток с соответствующим размером ячеек, регулировки их наклона и вибрации.

Контроль параметров СБР проводится в соответствии с СТП 10-99 («Сборник методик контроля параметров буровых и тампонажных растворов») и методикой АPI.

СБР с содержанием хлоридов натрия более 60000 мг/л (плотность не ниже 1065 кг/м3) стоек к биоразложению до 20 суток. При необходимости сохранения раствора для дальнейшего его использования, рекомендуется произвести дообработку его бактерицидом в количестве 0,2-0,3 кг на 1 м3 раствора.

В настоящее время для бурения БС также рекомендуется применять растворы на основе биополимерных систем (например, фирмы IKF, FLO-PRO и

т.п.)

11

5. Лаборатория буровых растворов фирмы «Baroid»

5.1. Реометр фирмы «Вaroid»

Реометр фирмы «Baroid» - это ротационный вискозиметр, позволяющий определить вязкость при двух значениях скорости вращения. Этот прибор приводится в действие оператором, вращающим рукоятку, которая через прецизионную зубчатую передачу приводит во вращение шпиндель. Скорости, равные 300 и 600 об/мин, выбираются с помощью рычага переключения передач. Вращение, необходимое для определения предельного напряжения сдвига, достигается с помощью маховичка ручной подачи, имеющего насечку. Для уменьшения размеров прибора опорные колонны сделаны телескопическими с максимальной высотой всего 216 мм. Ширина основания равна 114 мм, длина – 216 мм. Прибор весит 2,95 кг и имеет синтетическое покрытие коричневого цвета. Электропитания прибор не требует.

Последовательность операций при работе: Для измерений на скорости 600

об/мин передвиньте рычаг переключения передач (9) вниз до фиксации защелкой

изатем вращайте рукоятку (7) со скоростью, достаточной для обнаружения проскальзывания. Для измерений на скорости 300 об/мин передвиньте рычаг переключения передач (9) на полный его ход вверх и снова вращайте рукоятку с достаточной для появления проскальзывания скоростью. Еще более высокая скорость, необходимая для перемешивания, достигается при перемещении рычага переключения передач на полные его ход вниз за фиксирующую защелку

ипри последующем вращении рукоятки.

Рис.5.1. Схема реометра фирмы «Baroid»: 1-подвешенный груз; 2- цилиндр ротора; 3-линия уровня; 4-отверстия для контроля скорости; 5-шпиндель; 6- шкала индикатора; 7-рукоятка; 8-маховик для определения СНС; 9- рычаг переключения скорости; 10-телескопические опорные колонны; 11-стопорная гайка; 12-основание.

12

Чтобы получить показания прибора для величины напряжения сдвига для пробы бурового раствора при 300 и 600об/мин, необходимо выполнить следующие операции:

1.Поместите свежеперемешанную пробу раствора в подходящую тару и опустите головку прибора в раствор до уровня, при котором цилиндр ротора

(2)погрузится точно до нанесенной на нем линии (3). Чтобы зафиксировать это положение, затяните стопорную гайку (11), имеющуюся с левой стороны прибора. При включенной на самую высокую скорость передаче вращайте рукоятку в течение приблизительно 15 секунд, затем освободите переключатель передач (9), перейдя на скорость 600 об/мин, и продолжайте вращать рукоятку.

2.Подождите, пока показания на шкале (6) не придут к установившемуся значению (необходимое для этого время зависит от характеристик исследуемой пробы). Это и есть отсчет при высокой скорости (600 об/мин). Передвиньте рычаг переключения передач на полный ход вверх, вращайте рукоятку и выжидайте, пока показания на шкале не придут к установившемуся значению. Это будет отсчет при низкой скорости (300 об/мин).

Кажущуюся вязкость истинных или пластичных жидкостей можно определить с помощью реометра фирмы «Бароид», пользуясь значением, измеренным при полной скорости. Вязкость определяется делением на 2 показания, полученного при 600 об/мин.

Для истинной или ньютоновской жидкости, характеризуемой прямолинейной кривой потока, проходящей через начало координат, кажущаяся вязкость равна пластической вязкости. Для пластичных жидкостей, таких, как буровые растворы, величина кажущейся вязкости имеет ограниченное значение, так как для них наклон кривой потока невозможно определить, измеряя скорость сдвига только при одной скорости вращения.

Цилиндр и подвешенный грузик реометра необходимо промывать и высушивать после каждого использования прибора. Цилиндр снимается простым его отворачиванием при удерживании шпинделя, расположенного над ним. Подвешенный грузик и брызговик можно снять для промывки, отвернув грузик. При промывке держите прибор в вертикальном положении, чтобы не допустить попадания воды в подшипники. Если прибор возвращается для ремонта, его следует тщательно упаковать, чтобы избежать дополнительных повреждений при перевозке.

Показания реометра фирмы «Бароид» прямо связаны со скоростью вращения цилиндра. Чтобы получить точные и согласующиеся значения

13

пластической вязкости и предельного динамического напряжения сдвига для бурового раствора, существенно, чтобы прибор работал при значениях скорости 300±6об/мин и 600±12об/мин. Требования, предъявляемые к новому или отремонтированному прибору, разрешают лишь половину указанного допуска. При вращении цилиндра реометра в воздухе его скорость должна быть немного выше 300 и 600 об/мин.

Один из методов контроля скорости в полевых условиях описан ниже. Он основан на стробоскопическом эффекте, возникающем при освещении люминисцентной лампой тех равноотстоящих друг от друга отверстий, которые имеются в верхней части ротора. (На приборах более ранних выпусков, у которых нет таких отверстий, для контроля скорости имеются равноотстоящие друг от друга черные и белые полоски). Когда ротор вращается точно со скоростью 300 или 600 об/мин, эти отверстия кажутся неподвижными. Если действительная скорость вращения будет выше, чем 300 или 600 об/мин, отверстия будут казаться поворачивающимися по часовой стрелке, а если действительная скорость вращения будет ниже, чем 300 и 600 об/мин, то отверстия будут казаться вращающимися протии часовой стрелки.

Последовательность операций при контроле скорости:

1.Выберите подходящее место, освещенное люминисцентной или неоновой лампой, работающей от источника тока с частотой 60 Гц. Чем ближе к прибору расположена лампа, тем отчетливее будут видны отверстия ротора.

2.Опустите цилиндр и грузик реометра в пробу моторного масла марки10W20 на надлежащую глубину.

3.Вращайте рукоятку реометра, установив предварительно рычаг переключателя передач в положение скорости 30 об/мин. Измерьте время в секундах, необходимое для прохождения 12 вращающихся отверстий. Это время должно быть равно по меньшей мере 10 секундам.

4.При рычаге переключения передач, установленном в положении скорости 600 об/мин, измерьте время в секундах, необходимое для прохождения мимо 12 отверстий. Это время должно быть равно по меньшей мере 5 секундам.

5.Если любое из приведенных значений выходит за указанные границы, то требования, предъявляемые инструкцией к величине скорости, оказываются нарушенными. В этом случае реометр следует вернуть в отдел оборудования

фирмы для наладки.

Предельное статическое напряжение сдвига для бурового раствора определяется с помощью реометра следующим образом:

1.Перемешайте пробу раствора при самой высокой скорости в течении приблизительно 15 с.

2.Обеспечьте необходимую для успокоения выдержку времени (10 секунд или 10 минут) и затем медленно и равномерно вращайте по часовой стрелке маховичок (8), предназначенный для измерения СНС и расположенный на ступице рычага переключения скорости.

14

Максимальное отклонение, измеренное по шкале перед разрывом геляэто и есть предельное СНС в фунтах на 100кв. футов (1 фунт/100 кв. футов=0,0488 кг/см2).

5.2. Миниатюрный фильтр-пресс

Чтобы удовлетворить потребность в компактном испытательном оборудовании, фирма «Бароид» разработала фильтр-пресс с половинной площадью. Каждый пресс можно использовать обычным образом, либо в перевернутом положении, чтобы проводить измерения без осаждения твердой фазы раствора. Лабораторные исследования показывают, что изменение скорости фильтрации может быть достигнуто благодаря осаждению твердой фазы: эти прессы делают возможным проведение регулярных измерений для более точного определения истинной фильтрации и условий образования фильтрационной корки в скважине.

Фильтр-пресс половинной площади имеет уменьшенную вдвое площадь фильтрации по сравнению со стандартом API, поэтому все объемы фильтрата следует умножать на 2, чтобы можно было сопоставлять их с данными технических требований API. Фильтр-пресс половинной площади состоит из ячейки (2) с нагнетательным патрубком для сжатого газа, регулятора давления

(3) и манометра (4). Предусмотрен резиновый стакан (5), который содержит буровой раствор и отделяет его от сжатого газа. Этот стакан позволяет ячейке фильтра работать в любом положении. Специальное крепление ячейки позволяет проводить фильтрацию в обычном или перевернутом положении. Предусмотрен монтируемый на стене кронштейн для установки фильтр-пресса на стене или на имеющемся специальном стенде.

Рис.5.2. Фильтр-пресс миниатюрный: 1-мензурка цилиндрическая; 2-ячейка; 3- регулятор давления; 4-манометр; 5-резиновый стакан; 6-крышка; 7-обойма для баллончика СО2; 8-фильтровальная бумага; 9-металлическое сито; 10-отверстие для фильтрата.

Последовательность операций:

15

1.При регуляторе с Т-образной рукояткой (3), максимально выдвинутом наружу, отверните от блока давления обойму (7) и поместите в нее

баллончик, содержащий СО2. Заверните обойму обратно и затяните ее резьбу до прокола баллончика.

2.Поместите резиновый стакан (5) в ячейку, убедившись, что он хорошо прилегает по всей окружности ее верхнего края. Верхний край этого стакана является прокладкой, которая обеспечивает уплотнение фильтровальной бумаги и крышки.

3.Налейте жидкость в резиновый стакан до уровня 1,59мм от его верха. Положите фильтровальную бумагу (8) необходимого размера сверху стакана и плотно заверните крышку (6). Достаточно затяжки вручную.

4.Укрепите ячейку в держателе на стене или стенде для фильтр-пресса. Для фильтрации в перевернутом положении крышка должна быть сверху, а пипетка должна быть введена через ее держатель и уплотнена кольцевой прокладкой внутри фильтрационной трубки. Для фильтр-пресса половинной площади используйте 5 мл и 10 мл пипетку. При фильтрации в обычном положении с фильтр-прессом половинной площади используется 10 мл цилиндрическая мензурка (1).

5.Откройте впускной клапан ячейки и подайте давление 100 фунтов на кв. дюйм (7,03 кг/см2), быстро повернув регулятор с Т-образной рукояткой. С этого момента начинается отсчет времени испытаний.

6.По истечении 30 минут закройте впускной клапан ячейки. При этом воздух выйдет также и из ячейки и пропадет давление на стакан. Однако в случае фильтрации вверх снимите показания объема фильтрата в пипетке до снятия давления, приложенного к буровому раствору. Если давление пропадает до снятия показаний, некоторая часть фильтрата может быть втянута из пипетки обратно в раствор.

7.Запишите объем фильтрата, собранного в цилиндрическую мензурку или в пипетку. Из-за половинной площади умножьте результат на 2 в соответствии с нормами API.

8.ВНИМАНИЕ: Следует быть осторожным при обращении с ячейкой, заполненным буровым раствором, остерегаясь того, чтобы клапан случайно не открылся до заворачивания крышки.

Фильтр-пресс низкого давления используется для исследования цемента для нефтяных скважин при комнатной температуре. Фильтрующей средой является сито из нержавеющей стали плотностью 325 меш (12,8 отверстий на линейный мм) в сочетании с ситом из нержавеющей стали плотностью 60 меш (2,37 отверстий на линейный мм). Эти сита используются вместо фильтрованной бумаги и сита 60 меш, которые обычно применяются при исследовании буровых растворов. Кроме того, может потребоваться цилиндрическая мензурка больших размеров, чем используемая с буровыми растворами. Следующие рабочие операции основаны на требованиях норм API RP10В:

16

Подготовка фильтр-пресса и цементного раствора:

1.Соберите фильтр-пресс и осушите мензурку.

2.Подготовьте цементный раствор в соответствии с Разделом 2 норм RP10В API и как можно быстрее поместите его в пресс. Интервал времени между прекращением перемешивания и приложение давления не должен превышать двух минут. Определите температуру цементного раствора в градусах Фаренгейта.

3.Если испытания проводятся на цементных растворах, приготовленных в полевых условиях или на растворах, прошедших обработку температурой и/или давлением, отметьте метод приготовления раствора и особенности обращения с ним.

Последовательность операции при испытании:

1.Заполните стакан, по меньшей мере, двумя дюймами (50,8мм) цементного раствора, закройте крышку и прикрепите его к раме. Поместите сухую цилиндрическую мензурку под сливную трубку для приема фильтрата. Закройте предохранительный клапан и подавайте давление 100фунтов на кв. дюйм (7,03 кг/см2) в течение пяти секунд.

2.Измеряйте время испытаний с момента первоначального приложения давления. Снимайте показания объема фильтрата спустя 15 секунд, 30 секунд, одну, две минуты и пять минут, а затем с пятиминутными интервалами до истечения 30 минут. Если обезвоживание происходит до истечения 30 минут, зарегистрируйте время, необходимое для полного обезвоживания. В конце 30 минутного периода испытаний снимите

давление и откройте предохранительный клапан. Результаты:

Запишите начальную температуру раствора в градусах Фаренгейта. Запишите объем фильтрата следующим образом:

1.Для 30-минутного периода измерений зарегистрируйте объем фильтрата как потери жидкости при давлении 100 фунтов на кв. дюйм (7,03 кг/см2)

2.Для цементных растворов, которые обезвоживаются быстрей, чем через 30 минут, или при испытаниях продолжительностью менее 30 минут, можно вычислить ожидаемое значение для 30-минутной потери жидкости, построив график полученных результатов в двойном логарифмическом масштабе и проведя их экстраполяцию к 30 минутам, либо используя следующее соотношение:

Q30 Q t 5,477 t

Здесь:

Q30 – количество фильтрата через 30 минут

Qt – количество фильтрата в момент обезвоживания. T– время фильтрации

17

Все вычисленные таким образом значения 30-минутной потери жидкости должны быть отмечены, а не выдаваться за истинные измеренные значения.

3.Зарегистрируйте использовавшийся временной график застывания.

5.3. Комплект для определения содержания песка

Комплект фирмы «Baroid» для определения содержания песка состоит из сита 200-меш (7,9 отверстий на линейный мм), воронки и измерительной стеклянной пробирки, прокалиброванной значениями от 0 до 20%, чтобы можно было прямо считывать объем песка в процентах.

Рис. 5.3. Комплект для определения содержания песка: 1-сито; 2-воронка; 3- стеклянная пробирка; 4- уровень заполнения водой; 5-уровень заполнения раствором; 6- шкала определения содержания песка в %.

Последовательность операций:

1.Залейте буровой раствор в пробирку для измерения содержания песка фирмы «Бароид» до метки «уровень раствора» (5). Затем добавьте воды до метки «уровень воды» (4). Закройте пробирку большим пальцем и энергично потрясите ее.

2.Вылейте эту смесь через сито (1), при этом тщательно вымойте все содержимое из пробирки чистой водой через то же самое сито. Промойте песок, оставшийся на сите, потоком воды, чтобы удалить все частицы раствора и сланцевой глины.

3.Поместите воронку (2) широкой ее частью на сито (1), медленно переверните воронку вместе с ситом, вставьте узкий конец воронки в пробирку (3) и смойте песок обратно в пробирку тонкой струей чистой воды, направляемой на тыльную сторону сита. Дождитесь оседания песка в пробирке.

4.Определите количество песка, осевшего в калиброванной пробирке по шкале (6): это и есть содержание песка в буровом растворе.

Результаты:

Запишите содержание песка в буровом растворе в процентах к объему. Учтите другие грубые примеси, полученные на сите.

18

После каждого использования вымойте сито, воронку и пробирку от любых возможных загрязнений и тщательно высушите. Особенно позаботьтесь о чистоте и просушке сита.

Замечания:

1.Выполнение этапа 2 приведенной последовательности операций – проливание смеси бурового раствора и воды сквозь сито – можно облегчить, постукивая сбоку по ситу ручкой шпателя.

2.Содержимое, оставшееся на сите после этапа 2 приведенной последовательности операций, не следует разминать, размешивать или продавливать вручную через сито пальцем, карандашом и т.п., так как это даст ошибочный результат и может повредить сито.

Устройство и принцип работы. Прибор для определения коэффициента трения глинистой корки (рисунок 6.1) состоит из следующих основных узлов: столикаоснования 8, регулировочных винтов 7, подъемной плиты 5, электродвигателя (ДСМ-2) 6, установленного на корпусе, который крепится к подъемной плите, ложа 3, груза 2, основной шкалы 1, шкалы нониуса 4.

Основание – столик опирается на лабораторный стол двумя регулировочными винтами 7 и ножкой. Подъемная плита 5 поворачивается вокруг горизонтальной оси с момента включения электродвигателя или вращения подъемного винта. Двигатель ДСМ-2 не реверсивный. Для возвращения плиты в исходное состояние (установка на «0») в корпусе расположена кнопка.

На подъемной плите 5 закреплено ложе 3 с цилиндрической поверхностью диаметром 60 мм, на которое устанавливается фильтр с фильтрационной коркой.

19

На фильтрационную корку устанавливается груз 2 диаметром 38мм и весом 140г. Отношение диаметра груза к диаметру ложа равно 0,65.

Принцип действия прибора основан на определении угла подъема φ (в градусах) подвижной плиты в момент страгивания цилиндра и перевод его значения в коэффициент трения по прилагаемой к прибору таблице тангенсов.

Рис. 6.1. Прибор КТК-2: 1 – шкала основная; 2–груз, 3 – ложе; 4 - шкала нониуса винт, 5 –плита подъемная, 6 – винт подъемный или двигатель, 7 – винты регулировочные, 8 – столик-основание.

Порядок работы. Фильтр, с образовавшейся на нем глинистой коркой после измерения водоотдачи на приборе ВМ-6 или фильтр-прессе, установить на ложе, затем опустить сверху на глинистую корку груз. Включить прибор в сеть, после срабатывания кнопки (слышен щелчок) приводится в движении подъемная плита, при этом следует наблюдать за положением груза. В момент страгивания груза прибор отключить от сети. Определить по шкале угол подъема плиты. Если штрих нониуса, с обозначением «0», совпадает с каким либо штрихом основной шкалы, то отсчитывается целое значение угла только по основной шкале. Если этот штрих не совпадает ни с одним штрихом основной шкалы, то отсчет состоит из двух частей: целое значение угла, кратное 1º, определяют по ближайшему меньшему значению основной шкалы, и к этому значению добавляют дробное значение размера по нониусу, которое определяется значением штриха нониуса, совпадающим со штрихом основной шкалы.

Полученное значение угла φ в градусах перевести в коэффициент трения (Ктр = tgφ) по прилагаемой к прибору таблице 1 и занести в журнал регистрации параметров промывочной жидкости.

Для обеспечения указанной в технических характеристиках точности определения коэффициента трения необходимо обеспечить следующие требования:

устанавливать фильтр с глинистой коркой на ложе симметрично относительно продольной оси, смещение не более 1,5 мм;

опускать груз на глинистую корку по возможности без перекосов, медленно без удара;

обеспечить отсутствие толчков и вибрации на прибор;

перед каждым новым замером протирать груз бензином и просушивать;

20