Руководство для обучения инженеров по буровым растворам - часть 23

 

 

16(1000 + V

BAR

)  = 14(1000) + 35 (V

BAR

) 

V

BAR

 (35-16) =  1000 (16-14). 

V

BAR

  = 

19

2000

/

)

16

35

(

/

)

14

16

.(

_

1000







галл

фунт

галл

фунт

барр

 105,3 М-I BAR



 

= 105,3 барр х 

мешок

фунт

барр

фунт

/

_

100

/

_

1470

= 1548 мешков М-I BAR



 

Конечный объём можно определить по уравнению объёмного баланса. 

V

.

КОНЕЧН

 = V

.

ИСХ

 + V

BAR

 = 1000 + 105 = 1105 барр. бурового раствора плотностью 

16 фунт/галл. 

Следовательно, для того, чтобы поднять плотность бурового раствора от 14 фунт/галл до 

16,0  фунт/галл,  потребуется  1544  мешка  М-I  BAR



,  при  этом  конечный  объём  бурового 

раствора будет равен 1105 барр. 

 

Анализ содержания твердой фазы в буровом растворе. 

Материальный  баланс  используется,  наконец  для  определения  содержания  в  буровом 

растворе  твёрдой  фазы.  Рассмотрены  два  случая  -  с  неутяжеленным  буровым  раствором  на 
основе  пресной  воды  без  нефти  и  с  утяжеленным  буровым  раствором,  содержащий  соль  и 
нефть. 

Сначала  рассмотрим  неутяжеленный  буровой  раствор.  Единственными  компонентами 

этой системы являются твёрдая фаза с низким удельным весом (LGS) и вода. Для упрощения 
расчётов  приняли  допущение,  что  плотность  любой  твёрдой  фазы  низкого  удельного  веса 
равна  21,7  фунт/галл  (2,6  г/см?)   если  не  оговорено  иначе.  В  обоих  случаях  получаемым 
продуктом  является  буровой  раствор.  Иллюстрирующая  этот  случай  схема  состоит  из  двух 
частей. 

 

H

2

O 

8,33 фунт/галл 

 

 

  буровой раствор 

 

LGS 

21,7  фунт/галл 

 

 

 
 

 
Материальный баланс и объёмное уравнение имеют следующий вид: 

ρ

О

Н

2

 V

О

Н

2

 + ρ

LGS

 V

LGS

 =  ρ 

.

. р

б

.

. р

б

V

 

V

О

Н

2

+ V

LGS

 = 

.

. р

б

V

 

Где:    

ρ

О

Н

2

- плотность воды, 

ρ

LGS

 -  плотность. твердой фазы низкого удельного веса 

ρ 

.

. р

б

- плотность бурового раствора 

V

О

Н

2

- объём воды 

V

LGS

- объём твёрдой фазы низкого удельного веса 

.

. р

б

V

- объём бурового раствора. 

Плотность  воды,  твёрдой  фазы  низкого  удельного  веса  и  бурового  раствора  известны. 

Если объём бурового раствора составляет 100%, а его плотность известна, можно определить 
объём твёрдой фазы низкого удельного веса. Прежде всего следует определить объём воды по 
объемному уравнению: 

V

О

Н

2

= 100%- V

LGS

 

 

 

Затем это уравнение необходимо подставить в материальный баланс 

ρ

О

Н

2

(100% - V

LGS

)+ ρ

LGS

 V

LGS

 = ρ 

.

. р

б

(100%) 

Определяя объём твёрдой фазы низкого удельного веса, получим следующее уравнение: 

V

LGS

= 100%

)

(

)

.

.

_

(

2

2

О

Н

LGS

О

Н

р

б













 

Пример: 

Неутяжеленный  буровой  раствор  на  основе  пресной  воды  имеет  плотность  9,2 

фунт/галл. Определите процентное содержание твёрдой фазы низкого удельного веса:  

V

LGS

=100%

)

(

)

.

.

_

(

2

2

О

Н

LGS

О

Н

р

б













 

V

LGS

=100%

)

/

33

,

8

/

7

,

21

)

/

33

,

8

/

2

,

9

(

галл

фунт

галл

фунт

галл

фунт

галл

фунт





 

V

LGS

= 6,51 % 

Это уравнение также применяется с метрическими единицами. Если удельный вес этого 

бурового  раствора  равен  1,10,  каково  процентное  содержание  твёрдой  фазы  низкого 
удельного веса? 

V

LGS

=100%

)

(

)

.

.

_

(

2

2

О

Н

LGS

О

Н

р

б













 

V

LGS

=100%

)

1

6

,

2

)

1

10

,

1

(





 

V

LGS

= 6,25% 

Во  втором  случае  рассмотрен  утяжеленный  буровой  раствор,  содержащий  хлористый 

натрий  и  нефть.  Этот  материальный  баланс  является  одним  из  наиболее  сложных  из 
встречающихся при проведении инженерных расчётов. 

К этому примеру относятся следующие параметры: 

плотность бурового раствора = 16,0 фунт/галл,  
хлориды = 50000 мг/л,  
процентное содержание нефти - 5% (7,0 фунт/галл),  
вода из реторты - 63%,  
утяжелитель - М-I BAR



 (35,0 фунт/галл). 

С этими данными можно провести полный анализ твёрдой фазы. 
 

Этап 1.

 Начертите диаграмму компонентов. 

 

нефть 

 

соль 

H

2

O 

 
………………………
…………. 

LGS 

 

 
 
 
 

Рассол 
   

 

М-I BAR



 

 

 
 буровой раствор 

 

Этап  2.

  Определите  известные  и  неизвестные  переменные  и  обозначьте  компоненты. 

Используйте подходящие плотности для HGS,  LGS и нефти. 

 
 

Нефть 

7,0 ф/г 

 

 
буровой раствор 

 

 

 

Соль 

50,000 мг/л 

 

H

2

O 

8,33 ф/г 

63% 

 

 
………………………
…………. 

LGS 

21,7 фунт/галл 

 

 

 
 

Рассол 
   

 

М-I BAR



 

35,0 ф/г 

 

16,0 фунт/галл 

100 % 

 

Известное

 

  Неизвестное 

ρ

HGS

 (35,0 фунт/галл)

 

ρ

SW

 рассола

 

ρ

LGS

 (21,7 фунт/галл)

 

V

SALT

 соли 

Нефть  (7,0  фунт/галл) 

V

HGS

 

ρ 

.

. р

б

(16 фунт/галл-баланс бурового раствора)

 

V

LGS

 

.

. р

б

V

  (100 %)

 

 

V

НЕФТИ

  (5 % ретортная)

 

 

V

О

Н

2

  (63 % ретортная)

 

 

 

Этап 3

. Напишите уравнения материального баланса и объёма. 

ρ



.

.

.

.

р

б

р

б

V

 ρ

HGS

 V

HGS

+ ρ

LGS

 V

LGS

+ ρ

SW

 V

SW

+ ρ

OIL

 V

OIL

 



.

. р

б

V

 V

HGS

+ V

LGS

+ V

SW

+ V

OIL

= 100 % 

Объём  рассола  нельзя  определить  непосредственно.  С  помощью  реторты  можно 

измерить объём дистиллированной воды в пробе бурового раствора (V

О

Н

2

) 

Объём  соли  (V

SALT

)  можно  рассчитать  после  определения  концентрации  хлоридов 

фильтрата (рассола). 

Объём рассола равен объему роторной воды плюс рассчитанный объём соли,  

V

SW

= V

О

Н

2

+  V

SALT

.  Чтобы использовать эти переменные уравнения следует изменить: 

ρ



.

.

.

.

р

б

р

б

V

 ρ

HGS

 V

HGS

+ ρ

LGS

 V

LGS

+ ρ

SW

( V

О

Н

2

+V

SALT

)+  ρ

OIL

 V

OIL

 



.

. р

б

V

 V

HGS

+ V

LGS

+( V

О

Н

2

+V

SALT

)+  V

OIL

=100% 

 

Этап 4.

 Выведите соответствующие уравнения, для определения неизвестных. 

Плотность  рассола  можно  рассчитать  по  концентрации  хлоридов.  Приведенное  ниже 

уравнение  представляет  собой  приближение  значений  плотностей  к  концентрации  хлоридов 
для поваренной соли. 

SG

SW

= 1,0+1,166 х 10

6



(мг/л СI



) 

-8,375 х 10

13



 (мг/л СI



)? 

+1,338 х 10

18



(мг/л СI



)? 

SG

SW

= 1,0+1,66 х 10

6



(50000 мг/л СI



) 

 

 

-8,375 х 10

13



 (50000 мг/л СI



)? 

+1,338 х 10

16



( 50000 мг/л СI



)? 

SG

SW

= 1,0564 

 
Эту  плотность  можно  преобразовать  в  фунты  на  галлон  с  помощью  следующего 

уравнения: 

ρ

SW

 фунт/галл = SG

SW

 х 8,33 фунт/галл 

ρ

SW

 фунт/галл =  1,0564 х 8,33 = 8,80 фунт/галл. 

Весовой  процент  хлористого  натрия  рассола  рассчитывается  с  помощью  следующего 

уравнения: 

вес, % NaСI =  

10000

65

.

1

/







SW

SG

лCl

мг

 

вес, %  NaСI = 

%

81

.

7

10000

0564

.

1

65

.

1

/

50000









лCl

мг

 

 
Объёмный процент содержания соли в буровом  растворе (V

SALT

) можно  рассчитать по 

удельному весу и весовому проценту содержания хлористого натрия рассола по следующему 
уравнению: 

V

SALT

 = V

О

Н

2





























1

)

_

%

100

(

100

весNaCl

SG

SW

 

V

SALT

 = 63 % 

%

69

.

1

1

81

.

7

100

(

0564

.

1

100































 

Часто  концентрацию  соли  обозначают  в  фунтах  на  баррель,  производя  следующие 

преобразования: 

NaСI фунт/барр = (V

О

Н

2

+ V

SALT

)  



























100

5

.

3

10000

65

.

1

/ Cl

л

мг

 

NaСI фунт/барр = (63% - 1,69 %) 



























100

5

.

3

10000

65

.

1

/

50000

Cl

л

мг

= 18,68. 

Этап 5.

 Оставшиеся неизвестные можно  определить с помощью материального баланса 

и объемных уравнений:  

V

HGS

  и  V

LGS

  -    оставшиеся  неизвестные.  Прежде  всего  по  объёмному  уравнению 

определяют  V

LGS

  через  V

HGS

,  и  представляют  полученное  значение  в  уравнение 

материального баланса: 

V

HGS

 = 

LGS

HGS

OIL

OIL

SALT

O

H

SW

OIL

SALT

O

H

LGS

MUD

V

V

V

V

V

V





























)

(

)

(

)

100

(

)

100

(

2

2

 

V

HGS

 = 

7

.

21

35

)

5

(

7

)

69

.

1

63

(

8

.

8

)

5

69

.

1

63

100

(

7

.

21

)

100

(

16

















= 25,41 % 

 
Эта концентрация преобразуется в фунт/барр. следующим образом: 

HGS фунт/барр =(

100

HGS

V

) (ρ

HGS

 фунт/галл х 42) 

HGS фунт/барр = (

100

41

.

25

)  (35 х 42) = 373,5 фунт/барр. 

Затем, V

LGS

  можно определить по следующему уравнению: