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

12
Исследования проводят в статических условиях на фильтр-прессе высокого давления и высокой температуры (ВДВТ) при перепаде давления 3,5МПа (500 psi) и заданной температуре (рисунок 6).
Рисунок 6 – Фильтр-пресс высокого давления и высокой температуры в сборе
Показатель фильтрации определяется как объем дисперсионной среды, отфильтровывающийся из промывочной жидкости, находящейся под действием перепада давления, за определенный промежуток времени. Обозначается как
ВДВТ или HPHT (англ.).
Фильтр-пресс высокого давления и высокой температуры
(рисунок 7) имеет в своей конструкции:
- источник давления (баллончики СО
2
);
- верхний и нижний редуктор с регуляторами (для подачи прямого давления и противодавления);
- тестовую ячейку высокого давления;

13
- нагревательную рубашку для нагревания тестовой ячейки;
- подставку.
Рисунок 7 – Схема фильтр-пресс высокого давления и высокой температуры
Приборы и материалы: фильтр-пресс высокого давления и высокой температуры; источник давления с редуктором и манометром до 1000 или 1500psi
(6,9 или 10,35 МПа) и источник давления с редуктором и манометром до 500 или
1000psi (3,45 или 6,9 МПа) и выпускным клапаном; фильтровальная бумага диаметром 63 мм (ватман № 50); секундомер или таймер; градуированный цилиндр объемом 10, 25 или 50 мл; термопара или термометр-щуп до 300°С; гаечный ключ; шестигранный ключ 5/32 дюйма.
Последовательность операций измерения:
1 Подсоедините нагревательную рубашку к источнику питания. Поместите

14 термометр в специальное гнездо нагревательной рубашки и проведите предварительный нагрев рубашки до температуры на 6 ºС выше, чем требуемая температура теста. При достижении необходимой температуры установите регулятор на поддержание этой температуры, ориентируясь по индикаторной лампочке.
2 Сборка тестовой ячейки высокого давления (рисунок 8).
Рисунок 8 – Тестовая ячейка высокого давления
2.1 Убедитесь, что все уплотнительные кольца в хорошем состоянии
(кольца должны быть пластичными; не должно быть порезов и зазубрин).
Смажьте кольца тонким слоем силиконовой смазки.
2.2 Поместите по два уплотнительных кольца в соответствующие пазы на каждый шток клапана. Для увеличения срока службы клапанов и крышки рекомендуется наносить тонкий слой высокотемпературной смазки на коническую поверхность нижней части клапана.
2.3 Вверните шток клапана одним концом в тестовую ячейку и затяните его полностью гаечным ключом
2.4 Переверните ячейку клапаном вниз, поставив еѐ на полый цилиндр (для

15 этого можете воспользоваться второй аналогичной ячейкой). Поместите уплотнительное кольцо в паз, находящийся внутри ячейки.
2.5 Поместите в специальный паз на крышке второе уплотнительное кольцо, предварительно смазав его силиконовой смазкой.
2.6. Вверните в крышку ячейки шток второго клапана на один-два оборота, не затягивая его.
2.7 Перемешайте образец бурового раствора в течение 10 минут при скорости 1000 об/мин. Осторожно залейте его в ячейку, оставив от верхнего паза для уплотнительного кольца 25 мм. Оставшееся пространство необходимо для температурного расширения образца. Следите за тем, чтобы образец не попал в паз для уплотнительного кольца внутри ячейки.
2.8 Поверх уплотнительного кольца положите фильтровальную бумагу и, держа крышку за шток клапана, поместите еѐ в ячейку таким образом, чтобы отметки на крышке и корпусе ячейки совпали (рисунок 9).
2.9 Ввинтите стопорные винты и затяните их при помощи шестигранного ключа (затягивание винтов необходимо производить попарно «один против другого», чтобы не допустить перекоса крышки ячейки).
2.10 Затяните шток клапана на крышке ячейки при помощи гаечного ключа.
3. Переверните ячейку крышкой вниз и поместите еѐ в нагревательную рубашку, держа за шток верхнего клапана; проверните ячейку внутри нагревательной рубашки по часовой стрелке – держите еѐ за шток клапана гаечным ключом и поворачивайте еѐ до тех пор, пока шпилька на дне нагревательной рубашки не совпадет с отверстием на тестовой ячейке. Это позволит предотвратить вращение тестовой ячейки во время закручивания или откручивания штоков клапанов. Внимание! Во избежание ожогов не
прикасайтесь к нагревательной рубашке и выполняйте работу в
трикотажных перчатках.

16
Рисунок 9 – Метки и стопорные винты на тестовой ячейке высокого давления
4 Переместите термометр из нагревательной рубашки в специальное гнездо на тестовой ячейке.
5 Подсоедините верхний узел создания давления (источник давления с редуктором и манометром до 1000 или 1500 psi (6,9 или 10,35 МПа) к штоку верхнего клапана и закрепите его при помощи стопорной шпильки.
6 Подсоедините узел противодавления (источник давления с редуктором и манометром до 500 или 1000 psi (3,45 или 6,9 МПа) с приемником фильтрата к штоку нижнего клапана и закрепите его при помощи стопорной шпильки.
7 Убедитесь, что оба выпускных крана (верхний и нижний) закрыты.
8 Т-образным регулятором верхнего редуктора создайте давление 100 psi и откройте шток верхнего клапана на ½ оборота для того, чтобы подать давление на образец. Поддерживайте это давление до окончания нагрева образца и стабилизации температуры.
9. Если температура теста превышает 100 °С, то, сохраняя нижний клапан закрытым,
Т-образным регулятором нижнего редуктора создайте противодавление (рекомендуемые значения в зависимости от температуры теста представлены в таблице). Противодавление, подаваемое в приемник фильтрата, должно предотвратить его вскипание.

17
Таблица 1 – Рекомендуемые значения противодавления в зависимости от температуры теста
Температура теста
Рекомендуемое минимальное противодавление
ºC
ºF psi кПа
100 212 100 690 121 250 100 690 149 300 100 690 177 350 160 1104 204 400*
275 1898 232 450*
450 3105 260 500*
700 4830
* Для тестов с температурой выше 400 ºF необходимо использовать тефлоновые уплотнительные кольца
10 После нагрева образца до необходимой температуры увеличьте давление на верхнем регуляторе таким образом, чтобы оно было на 500 psi (3448 кПа) больше, чем противодавление.
Перепад давления (между верхним давлением и противодавлением) всегда должен составлять 500 psi. Таким образом, давление, подаваемое сверху в ячейку, может быть легко рассчитано.
11 Откройте шток нижнего клапана на ½ оборота для того, чтобы начать фильтрацию. Одновременно с этим включите секундомер.
12 Если во время теста противодавление возрастает, осторожно понизьте его, приоткрыв кран на приемнике фильтрата и слив небольшое количество фильтрата в градуированный цилиндр.
13 Продолжайте сбор фильтрата в течение 30 минут, поддерживая необходимую температуру с точностью ± 3ºС.
14 Если во время проведения теста давление в ячейке превышает установленное давление, осторожно приоткройте кран на верхнем узле создания давления для сброса избыточного давления. После этого закройте кран.
Рекомендуется проводить сбор фильтрата по мере прохождения 1 минуты,

18 7,5 минут и 30 минут после начала фильтрации. Собранный объем фильтрата на данных временных промежутках должен фиксироваться.
15 По истечении 30 мин закройте (затяните) вначале шток нижнего, а потом шток верхнего клапана, чтобы изолировать ячейку от источников создания давления.
16 Выкрутите Т-образные регуляторы верхнего и нижнего редукторов против часовой стрелки для того, чтобы прекратить подачу газа из баллончиков.
17 Откройте выпускной кран на приемнике фильтрата для сбора всего оставшегося фильтрата и сброса давления до нуля.
18 Сбросьте оставшееся давление с верхнего узла создания давления
(редуктора), открыв верхний выпускной кран.
19 Снимите оба узла создания давления, удалив верхнюю и нижнюю стопорные шпильки.
20 Охладите прибор и ячейку до комнатной температуры, отсоединив нагревательную рубашку от источника питания.
21 Скорректируйте общий объем фильтрата, собранного при проведении теста, на фильтр-пресс полной площади (48,5 см
2
) умножением объема фильтрата на два. Запишите общий объем фильтрата (умноженный на два), температуру, давление теста и время.
22 Разбор тестовой ячейки высокого давления
Внимание! Тестовая ячейка до сих пор находится под давлением!
22.1 При достижении нагревательной рубашкой и тестовой ячейкой комнатной температуры, не вынимая ячейку из нагревательной рубашки, полностью сбросьте давление в ячейке, максимально открыв штоки верхнего и нижнего клапанов.
Внимание! Давление из ячейки не может быть полностью сброшено
только через нижний клапан, т.к. фильтрационная корка не позволит газу
выйти из ячейки.

19 22.2 Убедившись, что давление в ячейке отсутствует, закройте (но не затягивайте) верхний клапан и, держа за него, извлеките ячейку из нагревательной рубашки и перенесите еѐ в раковину.
22.3 Откройте верхний клапан и извлеките его из ячейки.
22.4 Поместите остывшую тестовую ячейку вертикально так, чтобы крышка
(с фильтровальной бумагой) была направлена вверх.
22.5 Убедитесь, что клапан в крышке ячейки открыт. Ослабьте, но не удаляйте полностью, шесть стопорных винтов. Осторожно! В ячейке может
присутствовать остаточное давление! Медленно выкручивайте стопорные винты и, держа за шток клапана, пытайтесь извлечь крышку из ячейки, слегка ее покачивая. Корпус своего тела желательно держать на расстоянии вытянутой руки.
22.6 Извлеките из ячейки фильтрационную корку, промойте под мягкой струей воды и измерьте ее толщину с точностью до 0,1 мм; остаток бурового раствора вылейте в специальную емкость.
22.7 Отвинтите штоки клапанов, стопорные винты и извлеките уплотнительные кольца из пазов. Оботрите все компоненты ячейки ветошью, промойте мыльным раствором, в том числе внутренние каналы штоков клапанов, а затем ополосните проточной водопроводной водой и высушите.
22.8 Все уплотнительные кольца должны быть тщательно исследованы на предмет повреждений и, в случае необходимости, заменены.
4 Ретортный анализ содержания нефти, воды и твердых частиц
Ретортный анализ позволяет измерить объем воды и нефти, высвобожденных из пробы бурового раствора на углеводородной основе при нагреве в калиброванном и исправно работающем ретортном устройстве.
Данные о концентрации воды, нефти и частиц и их составе позволяют

20 контролировать свойства бурового раствора, такие как соотношение нефти и воды, реология, плотность, фильтруемость и содержание водной фазы, поскольку знание содержания твердых частиц в буровых растворах на углеводородной основе имеет важное значение для оценки оборудования для удаления твердой фазы.
В реторте проба бурового раствора на углеводородной основе известного объема или массы нагревается до испарения жидких компонентов. Эти пары затем конденсируются и собираются в приемнике с точной градуировкой.
В объемном методе вычисляют объемные доли нефти, воды и твердых частиц, выраженные в процентах, по полному начальному объему бурового раствора на углеводородной основе и объемы конденсированной воды и нефти, собранные в приемник.
Реторта с конденсатором для жидкостей показана на рисунке 10.
Нагревательный блок, поддерживающий температуру, представлен на рисунке 11.
Приборы и материалы: реторта на 10±0,05 или 50±0,25 см
3
с конденсатором для жидкостей; нагревательный блок, поддерживающий температуру реторты на уровне 500±40°С (рисунок 10); накопитель жидкости объемом 10±0,05 или 50±0,05 см
3
; стальная вата; высокотемпературная смазка; ершики для трубок; штопор; шпатель с лезвием, равным внутренним размерам ячейки для образца; воронка Марша.
Последовательность операций измерения
1 Пробу промывочной жидкости пропустите через сетку воронки Марша для удаления крупного шлама, охладите пробу примерно до температуры 27 °С.
2 Пробу бурового раствора тщательно перемешайте до состояния однородности. При перемешивании следует не допускать вовлечения воздуха и остатков твердой фазы на дне контейнера.

21
Рисунок 10– Реторта разобрана (слева) и реторта в сборе подсоединена к конденсатору (справа)
Рисунок 11 – Нагревательный блок для реторты с накопителем жидкости
3 Нанесите небольшое количество высокотемпературной смазки на резьбу ячейки реторты и конденсатора. Это предотвратит утечку пара через резьбу и облегчит разборку прибора после испытания.
4 Скатайте из стальной ваты 3-4 шарика и поместите их в камеру реторты
(рисунок 10).
Используйте достаточное количество стальной ваты, чтобы не допустить попадания твердых частиц в цилиндр для сбора жидкости.
5 Медленно заполните чашу реторты пробой во избежание вовлечения
камера реторты
крышка

22 воздуха. Легким постукиванием по стенке чаши удалите воздух. Закройте чашу крышкой, поворачивая ее для плотного прилегания. Небольшое количество бурового раствора должно вытечь через отверстие в крышке. Вытрите с крышки излишки бурового раствора, избегая захвата раствора через отверстие.
6 Закрутите ячейку с крышкой в камеру и подсоедините конденсатор
(рисунок 10).
7 Поместите реторту в нагревательный блок (рисунок 10) и закройте изолирующую крышку.
8 Поместите чистый сухой накопитель жидкости под выходным отверстием конденсатора.
9 Включите реторту и следите за жидкостью, стекающей из конденсатора.
После падения последней капли продолжите нагревание реторты еще 10 мин.
12 Уберите накопитель жидкости из-под реторты. Проверьте наличие твердых частиц в собранной жидкости. Если твердые частицы обнаружены, то испытание должно быть проведено повторно.
13 После охлаждения накопителя жидкости до комнатной температуры измерьте и запишите объемы воды (V
в
) и углеводородов (V
ув
).
14. Выключите реторту и дождитесь пока она остынет для очистки. Не
используйте холодную воду для охлаждения камеры! Извлеките стальную вату с помощью штопора и очистите ячейку реторты шпателем.
15 Крышку и ячейку реторты отполируйте стальной ватой; конденсатор, камеру реторты и все трубочки очистите с помощью ершиков, используя моющее средство.
Расчеты:
Объемное содержание воды:
100
V
V
об в
w



, %;
Объемное содержание углеводородов (смазки):

23 100
V
V
об ув o



, %;
Объемное содержание твердой фазы:
φ
s
= 100 – (φ
w
+ φ
o
), %, где V
в
– объем воды в накопителе жидкости, мл;
V
ув
– объем углеводородов в накопителе жидкости, мл;
V
об
– объем образца буровой промывочной жидкости (равен объему ячейки реторты), мл.
Водонефтяное соотношение (OWR) вычисляют по следующей формуле:
OWR = Содержание углеводородов / Содержание воды (%), о
о
Содержание воды = 100 - Содержание углеводородов, %
Примечание
Накопитель жидкости, идущий в комплекте с ретортой (стеклянный цилиндр с круглым дном и воронкой по верхнему краю), имеет две шкалы: в миллилитрах и процентах. При его использовании объемное содержание в процентах воды и углеводородов можно считывать напрямую со шкалы.
5 Определение электрической устойчивости (электростабильности)
Электрическая устойчивость (ES) бурового раствора на углеводородной основе связана со стабильностью его эмульсии и нефтесмачивающей способностью. Показатель ES определяют путем подачи линейно изменяемого напряжением синусоидального электрического сигнала через пару параллельных, плоско-пластинчатых электродов, погруженных в буровой раствор. Полученный ток остается низким до достижения порогового напряжения, после чего ток резко возрастает. Это пороговое напряжение называют электрической устойчивостью