Понятие о плотности бурового раствора и её расчёт, приборы для замера плотности.

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 8Следующая ⇒

Плотность – это масса единицы объема. Она влияет на величину гидростатического давления столба промывочной жидкости на стенки скважины и забой.

При наличии в разрезе водогазонефтепроявляющих пластов обычно давление бурового раствора в скважине поддерживают несколько большим пластового с тем, чтобы предотвратить поступление пластовых флюидов в скважину. Иногда плотность увеличивают для предупреждения обвалообразований.

При поглощениях бурового раствора плотность его уменьшают для снижения давления на забое.

Определяется плотность из условий создания противодавления на пласт по формуле:

где ρ – плотность бурового раствора, при вскрытии газонефтеводосодержащих пластов, кг/м³;

К – коэффициент превышения гидростатического давления бурового раствора в скважине над пластовым в зависимости от глубины;

Р_пл – пластовое давление, Мпа;

L_п – глубина залегания кровли пласта, м;

g – ускорение силы тяжести, м/с².

При L_п < 1200 м К ≥ 1, 10, при L_п > 1200 м К ≥ 1, 05.

Рассчитанное по формуле значение плотности ρ необходимо проверить, чтобы не допустить гидроразрыва слабого пласта гидростатическим давлением промывочной жидкости.

кг/м³

где Р_Г – давление гидроразрыва слабого пласта, МПа;

L _С – глубина залегания подошвы слабого пласта, м.

Необходимо, чтобы ρ _Г > ρ.

Проверочный расчет на гидроразрыв выполняется при наличии в геологическом разрезе слабого пласта.

Измеряется плотность бурового раствора с помощью ареометра, рычажных весов или пикнометра в кг/м³ или г/см³.

14. Параметры, характеризующие реологические свойства бурового раствора, приборы для их определения.

Реологические свойства, т. е. свойства, связанные с сопротивлением деформированию и течению.

Характеризуются вязкостью, статическим и динамическим напряжением сдвига.

Вязкость характеризует прокачиваемость буровых растворов и обусловлена внутренним трением в них. При бурении следует поддерживать минимально необходимую вязкость раствора. При излишне высокой вязкости, вследствие больших гидравлических сопротивлений в кольцевом пространстве, возможны раскрытие трещин в слабых пластах (гидроразрыв) и поглощения промывочной жидкости, хуже очищается раствор от шлама и газа; увеличивается давление на забой; снижаются подача бурового насоса и мощность турбобура; хуже охлаждается долото. Но, раствор с повышенной вязкостью поглощается менее интенсивно, выносит шлам при меньшей скорости восходящего потока.

Обычно измеряют динамическую, пластическую и условную вязкость. Динамическая и пластическая вязкость определяется с помощью ротационного вискозиметра (ВСН-3), в Па·с, условная вязкость замеряется полевым вискозиметром СПВ-5, ВБР-1, в с.

Глинистые растворы обладают способностью образовывать структуру в состоянии покоя и переходить в подвижное состояние при перемешивании.

Для характеристики прочности структуры в покое и при движении приняты два показателя: статическое напряжение сдвига (СНС) и динамическое напряжение сдвига (ДНС).

СНС– это максимальное касательное напряжение, которое возникает в глинистом растворе в момент начала его движения. Измеряют СНС через 1 и 10 минут покоя раствора, в Па или дПа.

ДНС – условная величина, характеризующая предел текучести в потоке бурового раствора, в Па или дПа.

Динамическое и статическое напряжение сдвига определяют на ротационном вискозиметре ВСН-3. СНС еще замеряют на приборе СНС-2.

В связи с различными условиями проводки глубоких скважин, к реологическим свойствам предъявляются разные требования. Так, с увеличением реологических параметров возрастают гидравлические сопротивления. Это приводит к большим давлениям на буровых насосах, особенно при турбинном бурении. Поэтому следует снизить и довести до нормальной величины эти параметры.

С повышением статического напряжения сдвига увеличивается удерживающая способность глинистого раствора и уменьшается уход промывочной жидкости в зонах поглощения. При электрометрических работах нежелательна большая величина СНС, поскольку затрудняется спуск замеряющих устройств в скважину.

Высокие значения СНС ухудшают очистку бурового раствора от выбуренной породы. Высокая прочность структуры раствора снижает степень очистки промывочной жидкости.

Промывочная жидкость должна обладать способностью образовывать структуру с минимальной прочностью, достаточной для удержания частиц выбуренной породы и утяжелитель во взвешенном состоянии при прекращении циркуляции раствора.

15. Фильтрационные свойства бурового раствора, виды фильтрации и их характеристика. Прибор для определения фильтрации.

Фильтрационные свойства, т. е. свойства, связанные с проникновением дисперсионной жидкой среды растворов в контактирующие с ним горные породы и образованием фильтрационной корки на стенках скважины из веществ твердой фазы растворов.

Для характеристики этих свойств измеряют водоотдачу и толщину фильтрационной корки.

Водоотдача характеризует способность бурового раствора отдавать воду в пласт под действием перепада давления. Замеряют водоотдачу на приборе ВМ-6. Определяют объем выделившейся воды за 30 мин. в см³.

Различают 3 вида фильтрации бурового раствора.

1. Призабойная фильтрация приурочена к призабойной зоне. В следствие работы долота происходит уменьшение величины фильтрационной корки и может произойти почти полное ее разрушение. Поэтому фильтрация в этой зоне характеризуется наибольшей водоотдачей и наименьшей толщиной корки.

2. Статическая фильтрация происходит при остановке циркуляции бурового раствора. Например, при смене долота. Корка в этом случае имеет наибольшую толщину. Вследствие этого фильтрация, происходящая после сформирования корки, заметно замедляется. Водоотдача получается наименьшей.

3. Динамическая фильтрация происходит в процессе циркуляции промывочной жидкости. В этом случае происходит гидродинамическая эрозия корки. Величина водоотдачи и толщины корки занимает промежуточное положение между первыми двумя видами.

Величина водоотдачи и корки зависит от ряда факторов, в том числе, от качества бурового раствора. Решающее влияние оказывает степень дисперсности глинистых частиц в растворе. Чем она выше, тем плотнее укладываются частицы фильтрационной корки и тем меньше отверстия для фильтрации воды. В итоге водоотдача уменьшается.

Увеличение степени дисперсности повышает гидратацию частиц твердой фазы, что способствует уменьшению водоотдачи.

Фильтрация увеличивается при увеличении разности давлений между гидростатическим в скважине и пластовым.

При увеличении температуры водоотдача и толщина корки увеличиваются.

Большая величина водоотдачи бурового раствора вызывает ряд негативных последствий:

а) при бурении в слабосцементированных породах вода способствует их осыпанию и обваливанию. В соляных отложениях вода увеличивает размыв и растворение соли, образуя пустоты, каверны;

б) большая фильтрация в продуктивном горизонте может резко снизить возможные дебиты нефти и газа. Вода проникает в пласт и создает дополнительные трудности продвижения нефти или газа к забою. В результате чего увеличиваются сроки освоения скважины, и уменьшается дебит нефти (газа);

в) при большой водоотдаче на стенках скважины отлагается толстая липкая фильтрационная корка. Толстая липкая корка уменьшает диаметр скважины и значительно увеличивает опасность прихвата бурильного инструмента.

Прихват может привести к тяжелой аварии. При спуске и подъеме толстая рыхлая корка может быть причиной длительных проработок ствола скважины. Налипшая на бурильный инструмент (долото, турбобур, УБТ, замки бурильных труб) корка может действовать при подъеме инструмента как поршень и создавать в скважине условия, вызывающие осыпи и обвалы неустойчивых пород. Также может создавать условия для поступления из пласта в скважину газа, нефти и воды, и увеличивать возможность газоводонефтяного выброса.

Толстая глинистая корка отрицательно влияет на качество цементирования скважины, препятствуя прочному сцеплению цементного камня с горной породой.

Статическая фильтрация не дает полного представления о реальной величине водоотдачи в скважине. По данным ряда исследований она составляет 10-30 % от всей водоотдачи. Остальные 10-90 % воды выделяется в процессе циркуляции. Объясняется это тем, что при циркуляции бурового раствора происходит частичное размывание корки. Причем, после некоторого начального периода формирования корки устанавливается равновесие между ее нарастанием и размывам.

Размыв корки начинается с разрушения пограничного или переходного слоя. Пограничный слой образуется над коркой в статических условиях. Этот слой неоднородный. У поверхности корки он практически от нее ничем не отличается. По мере удаления от поверхности корки концентрация твердой фазы в переходном слое падает и на расстоянии 3-5 мм становится равной концентрации бурового раствора.

Высоковязкий структурированный слой является той средой, через которую идет диффузия отделившейся жидкой среды.

Опыты показали, что смыв пограничного слоя не оказывает существенного влияния на водоотдачу. Величина разрушения пограничного слоя и самой корки зависит и от скорости циркуляции бурового раствора. При относительно небольшой скорости циркуляции раствора до 1, 5 м/с смывается в основном пограничный слой. При более высокой скорости циркуляции бурового раствора происходит турбулентное течение потока и начинается разрушение корки [3].

Известны исследования, из которых следует, что при турбулентном течении бурового раствора эрозия корки возрастает приблизительно пропорционально квадрату скорости циркуляции.

По мере перехода к нижним слоям корки замедляется ее разрушение. Объясняется это двумя причинами:

1. Увеличением прочности корок от верхних слоев к нижним.

2. По мере размыва корки усиливается фильтрация и коркообразование.

Параллельно с размывом корки идет процесс уплотнения вследствие вымывания крупных частиц и увеличивается плотность укладки оставшихся частиц. При малой скорости течения промывочной жидкости второй процесс может превалировать и статическая водоотдача может оказаться выше динамической.

Фактором снижения динамической водоотдачи является также диспергирование глинистых фракций бурового раствора в процессе циркуляции.

Проходящие в корке процессы осложняются чисто механическими факторами: повреждением и сдиранием корки долотом, турбобуром, УБТ, центраторами, замками бурильных труб в процессе расхаживания бурильной колонны при турбинном бурении.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 Следующая ⇒