Файл: Учебнометодическое пособие для выполнения лабораторных работ по дисциплинам Промывочные жидкости и промывка скважин.pdf

1
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФИЛИАЛ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
В Г. ОКТЯБРЬСКОМ
Кафедра бурения нефтяных и газовых скважин
Кафедра разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений
Методы измерения параметров
промывочных жидкостей
на углеводородной основе
(ПО ГОСТ 33697 – 2015 (ISO 10414-2: 2011)
Учебно-методическое пособие для выполнения лабораторных работ по дисциплинам
«Промывочные жидкости и промывка скважин»,
«Буровые промывочные жидкости»
УФА
2020

2
В учебно-методическом пособии описаны приборы и методики измерения параметров буровых промывочных жидкостей на углеводородной основе в соответствии с ГОСТ 33697-2015 (ISO 10414-2:2011) «Растворы буровые на углеводородной основе. Контроль параметров в промысловых условиях».
Предназначено для выполнения лабораторных работ студентами всех форм обучения по специальности 21.05.06 «Нефтегазовые техника и технологии» специализация «Технология бурения нефтяных и газовых скважин» и направления подготовки 21.03.01 «Нефтегазовое дело» профиля «Бурение нефтяных и газовых скважин».
Публикуется в авторской редакции.
Составители: Садыкова Э.Р., преподаватель
Мамаева О.Г., доц., канд. техн. наук
Дихтярь Т.Д., доц., канд. техн. наук
Рецензент Конесев Г.В., проф., д-р техн. наук
© ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», 2020

3
1 Измерение плотности на рычажных весах
Общие сведения и принцип измерения
Плотность (ρ) – параметр, характеризующий гидростатическое давление, создаваемое столбом буровой промывочной жидкости на пласт. Измеряется при помощи рычажных весов (рисунок 1), которые позволяют определить плотность в диапазоне 0,8–2,7 г/см
3
с точностью до 0,01 г/см
3
Рисунок 1 — Схема рычажных весов
Принцип работы весов основан на уравновешивании чаши определенного объема, закрепленной на одном конце коромысла, противовесом, расположенном на его противоположной части; скользящий указатель- противовес (рейтер) может свободно перемещаться вдоль градуированной шкалы. Равновесие системы показывает пузырьковый уровень, установленный на коромысле.
Приборы и материалы: рычажные весы; термометр с диапазоном измерения 0-100°С.
Последовательность операций измерения
1 Разместите основание прибора на горизонтальной поверхности.

4 2 Измерьте и зафиксируйте температуру промывочной жидкости.
3 Заполните чистую сухую чашу прибора пробой исследуемой промывочной жидкости до края.
4 Закройте чашу крышкой и слегка надавите на нее для плотного прилегания, при этом небольшое количество жидкости должно выйти наружу через отверстие в крышке; это будет свидетельствовать об отсутствии в чаше воздуха или газа и о ее полном заполнении.
5 Закройте отверстие в крышке большим пальцем, вымойте и тщательно протрите насухо все части весов.
6 Установите коромысло на опору основания и перемещайте рейтер по шкале до тех пор, пока коромысло не придет в равновесие (пузырек уровня будет находиться в центре метки).
7 Снимите показание плотности промывочной жидкости (можно считывать в г/cм
3
(sp.gr); кг/м
3
(psi/1000ft);фунтах/галлон (ppg; lb/gal) или фунтах/фут
3
(lb/ft
3
).
8 После проведения измерения вылейте исследуемую жидкость в специально приготовленную емкость, тщательно вымойте и высушите прибор.
Калибровка
Калибровка прибора проводится с использованием пресной воды.
Показание прибора при температуре воды 21°C (70°F) должно быть 1 г/см
3
или
1 000 кг/м
3
. Если это не так, отрегулируйте количество свинцовой дроби в установочном винте на конце градуированного рычага, либо принять погрешность прибора и производить замер с учетом погрешности.
Измерение плотности на рычажных весах под давлением
Плотность промывочной жидкости, содержащей увлеченный воздух или газ, определяется на специальных рычажных весах (рисунок 2), в которых образец бурового раствора находится в чаше под давлением. По конструкции они аналогичны обычным рычажным весам, за исключением того, что в центре

5 крышки данного прибора располагается обратный клапан, который пропускает жидкость в измерительную чашу в одном направлении; кроме того, весы дополнительно укомплектованы плунжером (рисунок 3), функция которого подобна действию шприца.
Рисунок 2 – Рычажные весы для определения плотности буровой промывочной жидкости под давлением
Рисунок 3 – Плунжер рычажных весов для определения плотности буровой промывочной жидкости под давлением
При соединении корпуса плунжера с обратным клапаном создается давление на жидкость, находящуюся в чаше. Когда давление достигает нужного уровня, то клапан автоматически закрывается (рисунок 4). За счет поддержания давления промывочной жидкости в измерительной чаше находящийся в растворе воздух или газ уменьшаются в объеме до пренебрежимо малой величины, что позволяет измерить плотность промывочной жидкости в условиях, приближенных к условиям на забое скважины. Диапазон измерения плотности на таких весах

6 0,8–2,6 г/см
3
с точностью до 0,01 г/см
3
Приборы и материалы: рычажные весы для определения плотности жидкости под давлением; термометр с диапазоном измерения 0-105°С.
Рисунок 4 – Положение обратного клапана рычажных весов для определения плотности буровой промывочной жидкости под давлением
Последовательность операций измерения:
1 Разместите основание прибора на горизонтальной поверхности.
2 Измерьте и зафиксируйте температуру промывочной жидкости.
3 Заполните измерительную чашу прибора пробой исследуемой промывочной жидкости, не доливая до верха примерно 6,5 мм.
4 Закройте чашу крышкой с обратным клапаном в нижнем (открытом) положении и прижмите ее для вытеснения избыточной промывочной жидкости через обратный клапан. Закрутите резьбовую крышку чаши и оботрите излишки раствора на внешней поверхности чаши.
5 Для заполнения плунжера промывочной жидкостью задвиньте поршень внутрь и, держа вертикально, погрузите его конец в раствор. Заполните его

7 раствором, оттягивая шток поршня вверх.
6 Поместите носовую часть плунжера в посадочное кольцо клапана крышки.
Надавите на корпус плунжера так, чтобы клапан оставался в нижнем открытом положении; одновременно надавливайте на шток поршня, прилагая усилие около
225 Н (23 кг). Обратный клапан на крышке приводится в действие с помощью давления, поэтому при повышении давления внутри чаши, обратный клапан поднимется в верхнее (закрытое) положение.
7 Для закрытия клапана медленно поднимайте вверх корпус плунжера, продолжая давить на поршень. Когда клапан закроется, перестаньте давить на поршень и отсоедините плунжер.
Если при надавливании на шток поршня он полностью заходит внутрь плунжера, то это значит, что в чаше весов не создано необходимое давление и обратный клапан остался в нижнем (открытом) положении. В этом случае п. 5–7 следует повторить.
8 Необходимо промыть и насухо вытереть внешнюю поверхность чаши.
9 Установите коромысло на опору основания и перемещайте рейтер по шкале до тех пор, пока коромысло не придет в равновесие (пузырек уровня будет находиться в центре метки).
10 Снимите показание плотности промывочной жидкости (можно считывать в г/cм
3
(sp.gr); кг/м
3
(psi/1000ft);фунтах/галлон (ppg; lb/gal) или фунтах/фут
3
(lb/ft
3
) и зафиксируйте в таблице (приложение А).
11 Открутите резьбовую крышку чаши. Уменьшите давление в чаше, присоединив пустой плунжер к обратному клапану и надавив на него.
12 После проведения измерения вылейте исследуемую жидкость в специально приготовленную емкость, тщательно вымойте и высушите прибор. Проверьте чистоту и работу клапана. Наберите воду в насос и несколько раз ополосните его.
Калибровка данного прибора проводится аналогично калибровке обычных рычажных весов.

8
2 Определение пластической вязкости, динамического напряжения
сдвига и статического напряжения сдвига с использованием
вискозиметра прямой индикации
Пластическая вязкость (PV;

пл
) – параметр, характеризующий долю эффективной вязкости, которая возникает вследствие структурообразования в потоке промывочной жидкости; в значительной степени обусловлена механическим трением между частицами дисперсной фазы и зависит от размера, формы и концентрации твердых веществ в системе и вязкости дисперсионной среды.
Динамическое напряжение сдвига (YP; ДНС) – параметр, косвенно характеризующий прочностное сопротивление буровой промывочной жидкости течению, т.е. мера прочности структуры в условиях динамического равновесия
(количество образованных связей между частицами равно количеству разрушенных связей при сдвиге); обусловлено наличием сил притяжения между частицами системы.
Статическое напряжение сдвига
(СНС
10с/10мин
)
– параметр, характеризующий прочность структуры промывочной жидкости, сформированной за время покоя, и интенсивность ее упрочнения во времени.
Определяется минимальным напряжением сдвига, при котором начинается разрушение структуры в покоящейся жидкости и восстанавливается ее течение.
Пластическая вязкость и динамическое напряжение сдвига характеризуют способность буровой промывочной жидкость транспортировать шлам на поверхность, а статическое напряжение сдвига – удерживать его во взвешенном состоянии при остановке циркуляции.
Для измерения реологических параметров промывочных жидкостей используются вискозиметры прямой индикации с регулируемой температурой нагревательного элемента вискозиметра (рисунок 5).

9
Рисунок 5 – Вискозиметр прямой индикации «Fann» с нагревательным элементом
Приборы и материалы: вискозиметр прямой индикации; секундомер; термометр-щуп с диапазоном измерения 0-105°С; нагревательный элемент.
Последовательность операций измерения:
1 Налейте образец буровой промывочной жидкости в стакан вискозиметра до метки. Поместите стакан в нагревательный элемент вискозиметра. Поднимите платформу, погрузите рукав ротора точно до разметочной линии.Поместите термометр-щуп в жидкость или в специальное гнездо нагревательного элемента.
Запрещено погружать роторную втулку в жидкость выше уровня риски!
2 Произведите нагрев пробы до температуры (50±1) °С при постоянном касательном напряжении (300 или 600 об/мин) до достижения однородной температуры.
Зарегистрируйте температуру образца.
Максимальная
рекомендуемая температура измерения 90°С!

10 3 Установите скорость вращения ротора 600 об/мин, подождите, пока показание шкалы вискозиметра не установится на одном значении. Запишите показания при 600 об/мин (R
600
).
4 Установите скорость вращения ротора 300 об/мин, подождите пока показание шкалы вискозиметра не установится на одном значении. Запишите показания при 300 об/мин (R
300
).
5 Установите скорость вращения ротора 600 об/мин и перемешайте буровой раствор в течение 10 с. Остановите вращение ротора вискозиметра. В момент остановки ротора включите секундомер.
6 Через 10 с установите переключатель в положение «GEL» и зафиксируйте максимальное отклонение шкалы (СНС
10с
).
7 Повторите п. 5. Через 10 мин установите переключатель в положение
«GEL» и зафиксируйте максимальное отклонение шкалы (СНС
10мин
).
При выполнении п. 5-7 показания шкалы необязательно должны возвращаться к нулю после остановки ротора. Поэтому, если при определении максимального отклонения шкалы прибор начинает отсчет не с нуля, никаких поправок делать не нужно.
8 После проведения измерений вылейте исследуемую жидкость в специально отведенную емкость; снимите роторную втулку, боб и брызговик. Все части прибора вымойте и высушите.
Расчеты
Эффективная вязкость:
AV = R
600
/ 2, мПа·с (сПз) где R
600
– показание шкалы при скорости вращения ротора 600 об/мин.
Пластическая вязкость:
PV = R
600
− R
300
, мПа·с (сПз) где R
300
– показание шкалы при скорости вращения ротора 300 об/мин.
Динамическое напряжение сдвига:

11
YP = R
300
– PV, фунт/100фут
2
;
YP = 4,79 х (R
300
– PV), дПа
Статическое напряжение сдвига:
СНС
10с/10мин
= СНС
10с
/ СНС
10мин
, фунт/100фут
2
;
СНС
10с/10мин
= 4,79·СНС
10с
/ 4,79·СНС
10мин
, дПа; где СНС
10с
– максимальное отклонение показаний шкалы через 10 с покоя;
СНС
10мин
– максимальное отклонение показаний шкалы через 10 мин покоя.
Калибровка
Показания шкалы не должны отклоняться от «0», если роторная втулка и боб не погружены в жидкость и вискозиметр выключен. При вращении ротора со скоростью 600 об/мин показания шкалы по воздуху (роторная втулка и боб чистые и сухие и не погружены в жидкость) не должны превышать 1, по дистиллированной воде должны быть в пределах от 1,5 до 3. Если эти условия не соблюдаются, прибор не годен к работе и должен быть отправлен на ремонт.
Примечание
При транспортировке или переносе прибора на другое место втулку ротора боб и брызговик нужно обязательно снимать!
3 Измерение показателя фильтрации с помощью фильтр-пресса
высокого давления и высокой температуры
Общие сведения и принцип измерения
Фильтрация буровых растворов на углеводородной основе значительно зависит от температуры, поэтому фильтрационные испытания проводят при повышенных температурах, вплоть до 175°С.
На фильтрационные характеристики буровых растворов на углеводородной основе влияют: тип, количество и размер твердых частиц; состав и содержание эмульгированной водной фазы; свойства углеводородной фазы.