Файл: Лабораторная работа 1 (два занятия) Изучение приборов для замера параметров буровых промывочных растворов.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.05.2024
Просмотров: 25
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Лабораторная работа №1
(два занятия)
Изучение приборов для замера параметров
буровых промывочных растворов,
а также освоение методики их измерения
Цель работы: изучить приборы входящие в лабораторию ЛГР-3, для замера параметров буровых и тампонажных растворов, а также освоить методику их измерения. Изучить конструкцию и методику работы на других приборах, имеющихся на кафедре.
Оборудование и дидактический материал: ареометр АБР-1 и ведро-футляр к нему; вискозиметр ВБР-1; прибор ВМ-6; секундомер, прибор СНС-2, прибор КТК-2, прибор для измерения реологических параметров промывочных жидкостей-ВСН-3. РН-метр, прибор ЦС-2, прибор ОМ-2, прибор ВИКА, конус АЗНИИ, электронные весы. Консистометр, устройство для омагничивания буровых и тампонажных растворов, лабораторная мешалка, инструкции.
Порядок работы
-
Изучить характеристики, порядок работы и технологию замера параметров на всех вышеперечисленных приборах
2. Привести рисунки, составить описание основных узлов и изложить порядок работы по определению параметров буровых и тампонажных растворов.
3. Защитить лабораторную работу после ее оформления.
Плотность бурового раствора
Плотность промывочной жидкости – это масса единицы ее объема. Единицей измерения плотности в системе СИ является кг/м3. Относительной плотностью называется отношение плотности бурового раствора к плотности пресной воды. Величина плотности определяет гидростатическое давление РГС, Па, на забой и стенки скважины столба промывочной жидкости
(1)
где – плотность промывочной жидкости, кг/м3; g – сила тяжести, Н/кг; Н – высота столба промывочной жидкости, м.Измерение плотности
Для измерения плотности промывочных жидкостей используют ареометр АБР-1, рычажные весы-плотномер ВРП-1, пикнометр, плотномеры АВП-1, ПП-1, индикатор плотности или их импортные аналоги.
Ареометр АБР-1 (рис. 1) состоит из мерного стакана 4, съемного груза 1, крышки 6 и донышка 5 поплавковой камеры и стержня 7. Мерный стакан имеет две полости: первую – для пробы исследуемого раствора; вторая является компенсационной камерой. В компенсационной камере размещается металлический балласт 3, необходимый для устойчивости погруженного в воду прибора, и компенсационный груз (чугунная дробь) для тарировки. Дробь и балласт изолированы полиэтиленовой заглушкой 2. Плавучесть ареометра обеспечивает поплавковая камера. Стержень 7 изготовлен из дюралевой трубки и крепится к поплавку на резьбе эпоксидным клеем. Трубка сверху закрывается полиэтиленовой пробкой. Съемный груз 1, обеспечивающий два диапазона измерения ареометром, представляет собой стальную арматуру, залитую снаружи полиэтиленовой оболочкой. Эластичность полиэтилена используется для соединения съемного груза с мерным стаканом. На поверхность стержня 7 нанесены две шкалы – для измерения плотности в пределах 0,9-1,7 г/см3 и 1,6-2,4 г/см3. При измерениях по второй шкале (утяжеленные растворы) груз 1 снимают.
Техническая характеристика АБР-1
Диапазон измерения плотности, г/см3: со съемным грузом - 0,9-1,7; без груза - 1,6-2,4. Цена деления шкалы, г/см3- 0,01. Вместимость мерного стакана, см3 - 78,5±0,3.
Порядок работы.
Отделить донышко поплавка от мерного стакана, донышко и стакан промыть водой и насухо вытереть.
Налить в ведро чистую воду (пресную или морскую), имеющую температуру 20±5°С. Уровень воды в ведре с погруженным в нее ареометром должен находиться не более чем в 5 мм от края ведра.
В мерный стакан ареометра налить воду из ведра, в котором производится замер, стакан при этом держать вертикально. Соединить донышко со стаканом поворотом до упора. Погрузить ареометр в ведро. В пресной воде он должен погрузиться под воду до деления на шкале поплавка 1,0±0,005 г/см3. При больших отклонениях показаний ареометра необходимо изменить количество дроби в цилиндрической части поплавка.
Поднять прибор, отсоединить стакан от донышка и вылить воду в ведро. Протереть внутреннюю часть стакана от капель воды. Залить в мерный стакан ареометра предварительно перемешанную пробу промывочной жидкости, соединить стакан с донышком. Тщательно смыть водой излишки бурового раствора с поверхности ареометра.
Погрузить ареометр в ведро с водой, вращением стержня согнать пузырьки воздуха и по делению основной шкалы, до которого ареометр опустится в воду, прочесть значение плотности . При надетом калиброванном грузе отсчет брать по левой шкале с оцифровкой от 0,9 до 1,7 г/см3. Если ареометр при надетом калиброванном грузе погрузится так, что шкала окажется под уровнем воды в ведре, то следует снять груз и отсчет брать по правой части основной шкалы с оцифровкой от 1,7 до 2,4 г/см3.
Вязкость – это мера внутреннего трения между слоями жидкости. Различают условную, динамическую и структурную вязкость.
Физический смысл условной вязкости – характеристика гидравлического сопротивления прокачиванию промывочной жидкости. По мере ее увеличения гидравлические сопротивления возрастут, в связи с этим ухудшаются условия очистки забоя от выбуренной породы, затрудняется перенос энергии от насосов к забойному двигателю, ослабляется интенсивность размыва породы на забое скважины, а следовательно, резко падает механическая скорость бурения.
В полевых условиях измеряют условную вязкость (УВ, с). Она определяется временем истечения в секундах 500 см3 промывочной жидкости.
Вискозиметр ВБР-1 (рис. 2) представляет собой воронку 1, в нижней части которой находится вертикальная латунная трубка 2 длиной 100 мм с калиброванным отверстием диаметром 5 мм. В верхней части воронки размещают сетку 3 для очистки раствора от крупных твердых частиц. В состав ВБР-1 также входит мерная кружка 4.
Техническая характеристика ВБР-1
Постоянная вискозиметра (время истечения 500 см3 дистиллированной воды при температуре 20±5 °С - 15 с; абсолютная погрешность постоянной вискозиметра - ±0,5 с.; диаметр отверстия трубки вискозиметра – 5 мм, длина трубки вискозиметра - 100 мм, вместимость при температуре (20 ± 5) °С воронки вискозиметра - 700 см3, мерной кружки - 500 см3,
Воронку вискозиметра и мерную кружку промыть водой. Подготовить пробу промывочной жидкости, тщательно перемешать ее и, закрыв отверстие трубки пальцем правой руки, через сетку залить исследуемую жидкость в воронку до перелива. Подставить мерную кружку под трубку вискозиметра. Убрав палец, открыть отверстие трубки и одновременно левой рукой включить секундомер. В момент заполнения кружки до краев промывочной жидкостью остановить секундомер, закрыть отверстие трубки пальцем и прочесть показания секундомера. За условную вязкость промывочной жидкости принимается среднее значение результатов трех измерений, отличающихся между собой не более чем на 2 с. После каждого измерения мерную кружку необходимо ополаскивать водой.
Периодически осуществляемую проверку постоянной вискозиметра проводят в следующей последовательности: воронку вискозиметра подвешивают на стойке в вертикальном положении (отклонение от вертикали не должно превышать 10), закрывают отверстие трубки пальцем и заливают в воронку до перелива дистиллированную воду (допускается использование чистой пресной воды). Под трубку вискозиметра ставят мерную кружку, открывают отверстие трубки и одновременно включают секундомер. Производят не менее трех замеров, среднее значение которых для пригодного к работе вискозиметра должно составлять (15±0,5) с.
Вискозиметр ВБР-1 используется для регулярных измерений условной вязкости на каждой буровой установке и в лабораторных условиях.
Также для измерения условной вязкости пользуются вискозиметром Марша, который представляет собой воронку диаметром 6 дюймов и высотой 12 дюймов. К нижней части воронки прикреплена гладкостенная трубка длиной 2 дюйма с внутренним диаметром 3/16 дюйма. Проволочный фильтр с отверстиями размером 1/16 дюйма, перекрывающий половину воронки, прикреплен на расстоянии 3/4 дюйма ниже верхней части вискозиметра.
Держа воронку вертикально, закрывают отверстие пальцем и наливают порцию свежего бурового раствора через фильтр до тех пор, пока уровень раствора не достигнет нижней части фильтра (1500 мл). Сразу же убирают палец, перекрывающий выпускное отверстие, и измеряют время, необходимое для заполнения принимающего сосуда до уровня 946 мл (1 кварта). Для калибрования вискозиметра Марша заполняют воронку до нижней части фильтра (1500 мл) пресной водой с температурой 70F (91С)5F. Время истечения одной кварты воды из воронки должно равняться 26 с 0,5 с.
Статистическое напряжение сдвига (СНС), определяется минимальным касательным напряжением сдвига, при котором начинается разрушение структуры в покоящемся глинистом растворе, СНС характеризует прочность тиксотропной структуры, и интенсивность упрочнения во времени. СНС1 – характеризует удерживающую способность раствора, СНС10 – показывает сколько надо приложить сил, чтобы раствор привести в движение. Статическое напряжение сдвига принято выражать в дПа (мг/см2).
Величина СНС определяет возможность удержания во взвешенном состоянии частиц шлама и утяжелителя при остановках циркуляции промывочной жидкости. Очевидно, что для обеспечения этой возможности величина статического напряжения сдвига должна превышать величину усилия, создаваемого весом частиц выбуренной породы или утяжелителя. В противном случае эти частицы при отсутствии циркуляции промывочной жидкости будут оседать в призабойную часть скважины, что в конечном итоге может привести к прихвату бурового инструмента шламом. Однако с увеличением СНС ухудшаются условия самоочистки промывочной жидкости от шлама на поверхности, а также возрастает величина импульсов давления на забой и стенки скважины при инициировании течения промывочной жидкости (при пуске насоса) и при проведении спускоподъемных операций (СПО), что в свою очередь, повышает вероятность нарушений устойчивости стенок скважин, гидроразрывов пластов и поглощений промывочной жидкости. Кроме этого уменьшается коэффициент наполнения цилиндров буровых насосов, затрудняется спуск геофизических приборов и вытеснение и замещение бурового раствора тампонажным при цементировании. Таким образом, величина статического напряжения сдвига должна быть минимальной, но достаточной для удержания во взвешенном состоянии в покоящейся промывочной жидкости частиц выбуренных пород и утяжелителя.
Для измерения статистического напряжения сдвига используется прибор СНС-2 , (рис. 3), а также ротационные вискозиметры ВСН-3, ВСН-2М и др.
Для оценки характера нарастания прочности структуры во времени делают измерения через 1 мин (1) и 10 мин (10) покоя. Кроме названных показателей структурно-механические свойства промывочных жидкостей характеризуют и коэффициентом тиксотропии (тиксотропия – способность глинистых растворов загустевать в спокойном состоянии и вновь приобретать текучесть и другие свойства жидкости при перемешивании)
(2)Рекомендуется КТ=1-2, т.е. величина 10 не должна превышать величину 1 более чем в два раза, при этом предпочтение следует отдавать промывочным жидкостям, коэффициент тиксотропии которых близок к единице.
Рис. 3. Прибор СНС-2
1 - плита-основание; 2 - внешний цилиндр; 3 - кронштейн; 4 - диск со шкалой;
5 -трубка; 6 - упругая нить; 7 - подвеска; 8 - стойка; 9 - подвесной цилиндр;
10 - вращающийся столик; 11 - установочный винт; 12 - электродвигатель
Принцип работы этих приборов основан на измерении сдвиговых напряжений в контролируемой среде, расположенной между соосными цилиндрами. Мерой сдвиговых напряжений является угол поворота подвесного цилиндра вокруг своей оси.
Прибор СНС-2
Основные характеристики: пределы измерений, Па (мг/см2): при диаметре нити 0,3 мм - 0-4 (0-40); при диаметре нити 0,4 мм - 0-10 (0-100); при диаметре нити 0,5 мм - 0-20 (0-200); основная приведенная погрешность измерения, % - ±3; допускаемая продолжительность измерения, с - 60; частота вращения внешнего цилиндра, мин-1 (об/мин) - 0,2 (0,2); питание электродвигателя от сети переменного тока напряжением, В - 220.
Порядок работы: поместить подвесной цилиндр 9 во внешний цилиндр 2 и подвесить нить 6 на пробку; тщательно перемешать пробу бурового раствора; залить раствор меркой, прилагаемой к прибору, в установленный на вращающемся столике 10 внешний цилиндр, подвесной цилиндр при этом должен быть погружен в раствор точно до верхнего края; быстро установить «0» шкалы 4 против риски указателя и пустить секундомер; через 1 мин остановить секундомер и включить электродвигатель прибора 12; после остановки подвесного цилиндра произвести отсчет угла закручивания нити; установить шкалу в нулевое положение, оставить раствор в состоянии покоя на 10 мин, затем снова включить прибор и замерить максимальный угол закручивания нити.