Меню

Свойство бурового раствора снс статическое напряжение сдвига это

Предельное статическое напряжение сдвига

Предельное статическое напряжение сдвига (СНС) является условной характеристикой прочности тиксотропной структуры, возникающей в промывочной жидкости после нахождения в покое в течении одной (СНС1) или десяти (СНС10) минут, обозначается Q и измеряется в паскалях. Величина СНС1 характеризует удерживающую способность промывочной жидкости. При выборе параметров промывочной жидкости принимается меньшее значение величины СНС1, при котором обеспечивается выполнение указанной функции.

В связи с тиксотропностью промывочной жидкости прочность структуры при длительном нахождении в покое может достичь таких значений, при которых в момент восстановления циркуляции сопротивление структуры вызовет очень большое увеличение давления промывочной жидкости, что способствует разрыву пласта. Поэтому, кроме величины СНС1, измеряют и СНС10, причем тиксотропность характеризуется частным от деления второй величины на первую.

Измерение статического напряжения сдвига промывочной жидкости производится с помощью прибора СНС-2 по методике, которая косвенно моделирует удерживающую способность промывочной жидкости путем задержки вращения подвесного цилиндра с помощью упругой нити.

Имеются более совершенные методы измерения, например, с помощью приборов ВСН-3 (ротационный вискозиметр) или РВР (с автоклавом и нагревателем), что позволяет определить СНС в условиях, близких к естественным.

Водоотдача

Водоотдача В – характеризует способность промывочной жидкости отфильтровываться в стенки скважины под влиянием перепада давления с образованием малопроницаемой фильтрационной корки. При измерении этого параметра моделируется процесс отделения дисперсионной среды из промывочной жидкости в стенки скважины при перепаде давления 9,8 × 10 4 Па за 30 мин при фильтрации через бумажный фильтр диаметром 44 мм. В случае применения больших перепадов давления отмечают их величину. Водоотдача может измеряться при температурах, соответствующих скважинным условиям. Можно также определять водоотдачу, моделируя активное перемешивание бурильным инструментом и прокачку насосами.

Приборы для измерения водоотдачи делятся на два основных типа: в одних водоотдача измеряется по уменьшению объема промывочной жидкости, находящейся над фильтром (ВМ-6, ВГ-1), в других – по объему получаемого фильтрата (прибор ГрозНИИ, фильтрпресс ФП-3 и т.д.).

Содержание твердой фазы и абразивных частиц

Загрязненность промывочной жидкости песком и недиспергированными частицами глины характеризуется показателем «содержание песка», измеряется в процентах и обозначается П. Количество отмытого песка (абразивных частиц) характеризует загрязненность только песчаными частицами, неспособными распускаться в воде, измеряется в процентах, обозначается ОП.

Содержание песка определяется в стеклянном отстойнике Лысенко или металлическом отстойнике ОМ-1, ОМ-2.

Концентрация ионов водорода

Концентрация ионов водорода оказывает большое влияние на свойства промывочных жидкостей. Удобно ее выражать в виде водородного показателя pH, который является логарифмом величины, обратной концентрации ионов водорода в молях на 1 л. В нейтральном растворе концентрация ионов водорода H + и гидроксида ОН — одинаковы, каждая равна 10 — 7 моль/л. Раствор с рН = 7 нейтрален. Уменьшение рН ниже 7 свидетельствует о наличии кислой среды (ионов водорода), а рост рН выше 7 – об увеличении щелочности (ионов гидроксида). Каждая единица рН представляет десятикратное изменение концентрации.

Методы измерения рН — калориметрический с использованием полосок индикаторной бумаги и электрометрический с использованием прибора со стеклянным электродом.

Влияние технологических свойств

Промывочных жидкостей на процессы бурения

И освоения скважин

Регулированием свойств промывочных жидкостей обеспечивают минимизацию затрат на промывку скважины; максимальную скорость проходки; эффективный вынос шлама на поверхность; снижение отрицательных и положительных импульсов давления при спуско-подъемных операциях, а также давления, необходимого для восстановления циркуляции; отделение выбуренной породы и растворенного пластового газа; снижение до минимума эрозии ствола скважины. Требования к реологии промывочной жидкости, обеспечивающие достижение этих целей, часто оказываются противоречивыми. Поэтому необходимо оптимизировать свойства промывочных жидкостей, чтобы добиться лучших показателей бурения. Это обуславливается наличием ряда факторов.

Мощность буровых насосов

Мощность насосов должна быть достаточной для поддержания необходимой для выноса выбуренной породы скорости потока. Необходимая гидравлическая мощность насосов находится в зависимости от условий течения в бурильной колонне, насадках долота. С точки зрения реологии для снижения потерь давления в бурильной колонне желательно использование полимерных промывочных жидкостей с малым содержанием твердой фазы, обладающих способностью резко снижать трение, особенно при турбулентном режиме течения.

Влияние свойств промывочной жидкости

На скорость проходки

Наибольшее влияние на скорость проходки оказывает плотность промывочной жидкости. Чем выше плотность промывочной жидкости, тем больше перепад давления, и, следовательно, давление, удерживающее шлам на забое в статических условиях. Это повышает также вероятность образования шламовой подушки на забое и сальников на буровом наконечнике, колонковой трубе и переходниках. Так, при повышении перепада давления от 0 до 7 МПа скорость проходки снижается более чем на 70 % (подобный эффект наблюдается в условиях ДУШЗ – динамического удерживания шлама на забое при росте частоты вращения бурильного вала при бурении долотом).

Таким образом, когда это допустимо, необходимо поддерживать плотность промывочной жидкости как можно меньшей и при возможности переходить на бурение с аэрированной жидкостью, пеной или воздухом.

К факторам, оказывающим существенное влияние на скорость проходки, относится также вязкость промывочных жидкостей. Низкая вязкость способствует высоким скоростям бурения за счет хорошей очистки забоя скважины от шлама под долотом.

Объемная доля твердой фазы – свойство промывочной жидкости, от которого зависит скорость проходки. Известна закономерность: чем выше объемная доля твердой фазы, тем ниже скорость проходки, так как при этом повышается плотность и вязкость промывочной жидкости. При приближении к нулю содержания твердой фазы механическая скорость бурения резко возрастает. Объяснением этому может служить снижение эффекта динамического удерживания шлама на забое (ДУШЗ).

Читайте также:  По напряжению различают пульс ритмичный аритмичный скорый медленный полный пустой твердый мягкий

При бурении большинства скважин необходимо регулировать уровень фильтрации, для этого промывочная жидкость должна иметь в своем составе коллоидную фазу, что затрудняет поддержание объема твердой фазы на низком уровне. Поэтому некоторое снижение механической скорости проходки неизбежно. Но достаточно высокие скорости проходки возможны при условии содержания массовой доли твердой фазы в пределах 2-4 %. В этом случае промывочная жидкость обладает способностью к коркообразованию (образованию сводовых перемычек), но в то же время не может мгновенно проникать в породу и образовывать внутреннюю фильтрационную корку (под долотом), способствующую росту ДУШЗ или шламовую подушку и сальники.

Для поддержания низкого уровня содержания твердой фазы рекомендуется следующее:

· суспензия должна иметь вязкость, близкую к вязкости воды, и нулевое предельное динамическое напряжение сдвига. Такие характеристики обеспечивают только полимеры, благодаря которым промывочная жидкость обладает неструктурной вязкостью;

· с целью отделения твердой фазы в промывочную жидкость вводят флокулянты – растворимые соли или совместимые органические флокулянты, например, сополимеры полиакриламида;

· обеспечение буровой подходящими средствами отделения твердой фазы — пескоотделителями, илоотделителями, земляными резервуарами с развитой желобной системой и отражательными перегородками;

· для регулирования уровня фильтрации необходимо применение невязких добавок, например, кальциевых лигносульфонатов;

· если в процессе бурения ожидается, что ствол скважины вскроет обваливающиеся глинистые сланцы, главное внимание при выборе полимера должно уделяться его способности поддерживать ствол.

В случае увеличения диаметра ствола для выноса шлама из скважины в промывочной жидкости приходится добавлять загустители, поэтому сохранение требуемого уровня содержания твердой фазы становится трудновыполнимым.

Невозможно поддерживать низкий уровень содержания твердой фазы при бурении в мягких несцементированных глинистых сланцах. В этом случае полимерные растворы используются для сохранения устойчивости ствола, а не для повышения скорости проходки.

Источник

Показатели свойств буровых растворов

Плотность бурового раствора – это отношение массы к объему, единица измерения – г/см 3 ; кг/м 3 . Плотность определяют при помощи пикномеров и весов рычажных плотномеров, а на буровой-специальными ареометрами АГ-ЗПП.

Ареометр АГ-ЗПП (рисунок 26) состоит из мерного стакана 5, поплавка 4 со стержнем 3 и съемного грузика 6; стакан крепится к поплавку при помощи штифтов. На стержне имеется две шкалы: основная 1, по которой определяется плотность раствора, и поправочная, используемая при применении минерализованной воды.

Основная шкала для удобства делится на две части: одна служит для измерения плотности от 900 до 1700 кг/м 3 (0,9-1,7 г/см 3 ), при этом на мерный стакан навинчивается грузик 6; вторая служит для измерения плотности от 1600 до 2400 кг/ м 3 (1,6-2,4 г/см 3 ) — при снятом грузике.

Рисунок 26. Ареометр АГ-ЗПП

1 – основная шкала

2- ведерко для воды

3 – стержень

4 – поплавок

5 – мерный стакан

6 – съемный грузик

7 – крышка ведерка

Вязкость. Условная вязкость определяется стандартным полевым вискозиметром.

Время вытекания определенного объема глинистого раствора из ВП характеризует вязкость раствора. Чем вязче раствор, тем больше времени потребуется для его вытекания.

Рисунок 27. Стандартный вискозиметр СПВ-5

2 – мерная кружка

СПВ-5 (рисунок 27) состоит из воронки 1, оканчивающейся трубкой 4, внутренний диаметр трубки 5 мм, длина 100 мм. В комплект вискозиметра входят мерная кружка 2 и сетка 3. Кружка разделена внутренней перегородкой на два отделения объемом 200 и 500 см 3 . Время истечения из вискозиметра 500см 3 воды составляет 15 с и носит название водного числа вискозиметра.

Вязкость определяют следующим образом: воронку и кружку промывают водой, на воронку накладывают сетку для задержания на ней крупных частиц песка и комочков глины. В воронку через сетку, прикрыв пальцем нижнее отверстие, наливают измерительной кружкой сначала 200 см 3 , а затем 500 см 3 промывочной жидкости.

Измерительную кружку, предварительно промытую водой, подставляют под воронку отделением в 500 см 3 . Затем отнимают палец от нижнего отверстия трубки и по секундомеру засекают время. Время истечения промывочной жидкости в емкость кружки (до ее краев), исчисляемое в секундах, и будет характеризовать вязкость раствора.

Рисунок 28. Прибор для определения показателя

2- груз-шкала;

5-фильтрационный стакан;

10-кронштейн;

11-чашка для фильтра

Водоотдача – это способность бурового раствора отдавать воду пористым породам под действием перепада давления. Единица измерения водоотдачи – см 3 /30 мин. Определяется водоотдача с помощью прибора ВМ-6 (рисунок 28).

Испытуемый раствор наливается в фильтрационный стакан 5 с фильтром на решетке 6, закрытой клапаном 8, до его открытия фильтрация не может начаться. На фильтрационный стакан навинчен цилиндр.

В цилиндр 3 входит плунжер 1 с грузом-шкалой 2, создающей давление 0,1 МПа.

Для установки шкалы прибора на нуль и спуска масла из цилиндра после определения показателя фильтрации в нижней части цилиндра имеется отверстие, перекрываемое иглой 4. После создания давления открывается канал 8 и начинается фильтрация. Объем пробы раствора в фильтрационном стакане по мере фильтрации уменьшается на количество выделившегося фильтрата, и плунжер под действием груза опускается. Количество выделившегося фильтрата определяют по перемещениям плунжера по шкале, градуированной в кубических сантиметрах.

Читайте также:  Чему равно опорное напряжение

Толщина корки. Существует два метода измерения толщины корки. При первом методе вынутый из прибора для определения водоотдачи фильтр с коркой глины помещают на стеклянную пластинку и толщину корки замеряют помощью стальной линейки. Этим методом пользуются в полевых условиях.

В условиях лаборатории для определения толщины корки пользуются прибором Вика. Прибор Вика (рисунок 29) состоит из цилиндрического стержня 1, свободно перемещающегося во втулке 5 и укрепленного на станине 8. Ось стержня перпендикулярна к плите 9 станины 8. Для закрепления стержня на желаемой высоте служит пружинная защелка 6. На стержне укреплен указатель 3, а на станине—шкала 4 с делениями от 0 до 40 мм. Положение указателя на стержне регулируется стяжным винтом 2. В нижнюю часть стержня ввинчен на резьбе наконечник-пестик Тетмайера диаметром 10 мм.

Рисунок 29. Прибор Вика для определения

толщины фильтрационной корки

1 – стержень

3 – указатель

7 – наконечник-пестик

Стеклянную пластинку с помещенной на ней фильтром с коркой глины кладут на плиту 9. Перед тем как провести замер, указатель прибора 3 устанавливают на нуль и затем, придерживая стержень рукой, измеряют толщину корки в шести точках во взаимно перпендикулярных направлениях. По полученным шести замерам определяют среднюю толщину корки в миллиметрах.

Статическое напряжение сдвига (СНС) – это усилие, которое необходимо приложить, чтобы вывести из состояния покоя буровой раствор. Единица измерения – н/мм 2 .

Для определения статического напряжения сдвига пользуются специальным прибором СНС-2 (рисунок 30), основанным на измерении усилия, возникающего на поверхности цилиндра, который погружен в соосный медленно вращающийся цилиндр, заполненный испытуемым глинистым раствором.

Рисунок 30. Прибор СНС-2 для измерения

статического напряжения сдвига:

1 — вращающийся столик;

4-трубка для защиты проволоки;

5 – электродвигатель с редуктором;

6 -диск с калибровочной таблицей;

7-стальная проволока;

В стакан 3 заливают 120 см 3 предварительно хорошо перемешанного глинистого раствора. При этом надо следить, чтобы уровень раствора в стакане совпадал с верхним основанием цилиндра 2 после его погружения в раствор. Нулевое деление калибровочного диска 6 устанавливают против указателя 8. Затем раствор оставляют в покое в течение 1 мин, после чего включают электродвигатель 5, который через передачу медленно вращает столик 7 и установленный на нем стакан 3 с глинистым раствором. Вследствие взаимодействия между стенками цилиндра и жидкостью подвесной цилиндр 2 вращается вместе с жидкостью, а стальная проволока, на которой подвешен цилиндр, закручивается и оказывает сопротивление его вращению. Когда сила сопротивления, стремящаяся вернуть проволоку в исходное положение, будет равна предельному статическому напряжению сдвига, умноженному на величину соприкасающейся с жидкостью поверхности цилиндра, наступает равновесие двух противоположно направленных сил и вращение цилиндра прекращается.

Содержание песка. Металлический отстойник ОМ-2 (рисунок 31) представляет собой цилиндрический сосуд 3, оканчивающийся внизу трубкой, внутри которой помещена градуированная сменная пробирка 4 объемом 10 мл с ценой деления 0,1 мм. В верхней части отстойника на уровне, соответствующем объему 500 мл, имеется отверстие для слива воды 2. На горловину сосуда надевается крышка 1, которая служит одновременно для отмеривания бурового раствора (при заполнении до краев объем ее составляет 50 мл).

Рисунок 31. Отстойник ОМ-2

2 – отверстие

4 – сменная пробирка

Концентрация водородных ионов (водородный показатель). Одной из характеристик глинистых растворов является концентрация водородных ионов в них. В 1л воды при 22 °С содержится 10 -7 ионов водорода; если дисперсионная среда раствора кислая, то концентрация ионов водорода будет больше 10 -7 г-ион/л; если же дисперсионная среда щелочная, то концентрация ионов водорода будет меньше этой величины. Если раствор слабой кислотности содержит водородных ионов 10 -6 г-ион/л, то концентрация водородных ионов, обозначаемая индексом рН будет равна 6, т. е. показателю степени с обратным знаком (при основании, равном 10). Регулированием рН в растворе можно увеличить его стабильность, увеличить скорость застудневания и т. д.

Значение рН определяют либо колориметрическим путем (но окраске индикатора), либо электрическим путем.

Сущность колориметрического метода заключается в изменении цвета лакмусовой бумаги с красного на фиолетовый, а затем на синий по мере роста рН от 5 до 9. Применение колориметрического метода затруднительно вследствие непрозрачности глинистых растворов. Точные измерения рН следует проводить электрическим методом.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник



Свойства бурового раствора

Свойства бурового раствора имеют решающее значение при бурении.

Раствор, на протяжении всего бурения контролируется специальной службой. В процессе бурения раствор обрабатывается для поддержания заданных свойств.

Если плотность будет меньше заданной, уменьшится вес столба жидкости на забой, в связи с этим возможно ГНВП (газонефтеводопроявление).

Увеличение плотности сверх заданной, увеличит вес столба жидкости на забой, что в свою очередь может привести к разрыву пласта, поглощению раствора.

Вязкость влияет на способность выноса продуктов бурения от забоя.

Фильтрационные свойства влияют на стойкость стенок скважины к обваливанию и на способность бурового раствора впитываться в породу.

  • Плотность
  • Удельная теплоемкость
  • Коэффициент теплопроводности
  • Термический коэффициент объемного расширения
  • Термический коэффициент давления
Читайте также:  Схема распределительных устройств высшего напряжения
    • Условная вязкость
    • Пластическая вязкость
    • Динамическое напряжение сдвига
    • Эффективная вязкость
    • Статическое напряжение сдвига
    • Коэффициент коллоидальности твердой фазы
    • Показатель коллоидальности твердой фазы
    • Показатель консистенции
    • Показатель неньютоновского поведения
    • Касательное напряжение сдвига
    • Показатель седиментации
    • Показатель фильтрации
    • Толщина фильтрационной корки
    • Удельное электрическое сопротивление
    • Нарпяжение электропробоя
    • Показатель минерализации
    • Водородный показатель
    • Щелочность
  • Плотность – масса единицы объема бурового раствора. Плотность буровых растворов измеряется буровым ареометром и составляет, как правило, от 900 до 2500 кг/м 3 . Единица измерения — кг/м 3 (г/см 3 )

    Удельная теплоемкость — количество теплоты, необходимой для нагревания единицы массы бурового раствора на один градус. Единица измерения — Дж/(кг∙°С)

    Коэффициент теплопроводности – удельный тепловой поток, направленный по нормали к изотермической поверхности при градиенте температур, равном 1° на 1 м длины вдоль теплового потока.

    Термический коэффициент объемного расширения — величина, характеризующая изменение объема бурового раствора с изменением температуры при постоянном внешнем давлении и определяемая относительным изменением объема при нагревании на 1К, отнесенного к объему бурового раствора при данной температуре.

    Термический коэффициент давления — величина, характеризующая изменения давления постоянного объема бурового раствора при изменении температуры, определяемая относительным изменением давления в системе при нагревании на 1К, отнесенного к давлению при данной температуре.

    Условная вязкость — величина, косвенно характеризующая гидравлическое сопротивление течению, определяемая временем истечения заданного объема бурового раствора через вертикальную трубку. Единица измерения – с

    Пластическая вязкость — величина, характеризующая темп роста касательных напряжений сдвига, при увеличении скорости сдвига, когда зависимость касательного напряжения сдвига от градиента скорости сдвига представлена в виде прямой (не проходящей через начало координат), определяемая углом наклона этой прямой. Единица измерения — Па∙с

    Динамическое напряжение сдвига — величина, косвенно характеризующая прочностное сопротивление бурового раствора течению, определяемая отрезком на оси касательного напряжения сдвига, отсекаемым прямой, отображающей зависимость касательной напряжения сдвига от градиента скорости сдвига при течении бурового раствора. Единица измерения — Па

    Эффективная вязкость — величина, косвенно характеризующая вязкость бурового раствора, определяемая отношением касательного напряжения сдвига к соответствующему градиенту скорости сдвига. Один из наиболее важных показателей, характеризующий сумму вязкостного и прочностного сопротивлений течению бурового (цементного) раствора. Единица измерения – Па∙с

    Статическое напряжение сдвига — величина, характеризующая прочностное сопротивление бурового раствора, находящегося в покое заданное время. Также можно описать, как касательное напряжение сдвига, соответствующее началу разрушения структуры бурового раствора, находящегося в покое определенное время. Единица измерения – Па

    Коэффициент коллоидальности твердой фазы — величина, равная отношению показателя коллоидальности дисперсной фазы бурового раствора к показателю коллоидальности эталонной дисперсной фазы бурового раствора.

    Показатель коллоидальности твердой фазы — величина, косвенно характеризующая физико-химическую активность дисперсной фазы бурового раствора, определяемая количеством вещества, адсорбированного единицей массы дисперсной фазы.

    Показатель консистенции — коэффициент степенной функции, отображающей зависимость касательного напряжения сдвига от градиента скорости сдвига в выбранном интервале скоростей при течении бурового раствора. Единица измерения – Па

    Показатель неньютоновского поведения — показатель степени функции, отображающей зависимость касательного напряжения сдвига от градиента скорости сдвига при течении бурового раствора.

    Касательное напряжение сдвига — величина, характеризующая сопротивление бурового раствора сдвигу, определяемая силой, вызывающей этот сдвиг и приложенной к единице поверхности сдвига. Единица измерения – Па

    Показатель седиментации — величина, косвенно характеризующая стабильность бурового раствора и определяемая количеством дисперсной фазы, отделившейся от определенного объема бурового раствора в результате гравитационного разделения компонентов за определенное время.

    Показатель фильтрации — величина, косвенно характеризующая способность бурового раствора отфильтровываться через стенки ствола скважины, определяемая количеством дисперсионной среды, отфильтрованной через проницаемую перегородку ограниченной площади под действием определенного перепада давления за определенное время. Единица измерения – см 3

    Толщина фильтрационной корки — величина, косвенно характеризующая способность бурового раствора к образованию временной крепи на стенках скважины, определяемая толщиной слоя дисперсной фазы, отложившейся на ограниченной поверхности проницаемой перегородки под действием определенного перепада давления за определенное время. Единица измерения – мм

    Удельное электрическое сопротивление — сопротивление бурового раствора проходящему через него электрическому току. Единица измерения – Ом

    Нарпяжение электропробоя — величина, косвенно характеризующая стабильность пробоя буровых растворов на углеводородной основе, определяемая разностью потенциалов в момент разряда тока между расположенными на определенном расстоянии электродами, погруженными в буровой раствор. Единица измерения – В

    Показатель минерализации — величина, косвенно характеризующая содержание водорастворимых солей в буровом растворе, условно определяемая эквивалентным содержанием солей хлористого натрия.

    Водородный показатель — величина, характеризующая активность или концентрацию ионов водорода в буровом растворе, равная отрицательному десятичному логарифму активности или концентрации ионов водорода

    Щелочность — объединенная способность основания, измеряемая максимальным количеством эквивалентов кислоты, с которой оно вступает в реакцию и образует соль. В анализах воды она представляет карбонаты, бикарбонаты, гидроокислы, а иногда силикаты и фосфаты в воде. Определяется титрованием со стандартной кислотой до определенных точек.

    Источник