Руководство для обучения инженеров по буровым растворам - часть 62

 

405 

совместимым  с  ними  (т.е.  цемент/вода  дизельное  топливо  /буровой  раствор).  Их 
применение рекомендуется повсеместно, где возможно. 

Тип  агента  может  изменяться  в  широком  диапазоне,  но  одно  несомненно: 

вытесняемый  флюид  должен  быть  как  можно  жиже,  а  вытесняющий  -  как  можно  гуще. 
Такой подход обеспечивает “поршневой эффект” вытесняющего флюида, форсируя выход 
вытесняемого  флюида  из  ствола,  способствуя  минимальному  проскальзыванию  и 
максимальной  очистке от глинистой корки. 

 

Надпакерные  растворы 

Успешно  используются  системы  VERSADRIL



  и  VERSACLEAN



  в  качестве 

надпакерных  жидкостей.  Этот  тип  раствора  обладает  следующими  преимуществами:  1) 
температурной  стабильностью  в  течение  длительного  времени  2)  прекрасными 
характеристиками взвешенного состояния; З) длительной зашитой предметов от коррозии. 
Очень немногие растворы на водяной основе могут иметь такие преимущества. 

Успех  системы  с  надпакерной  жидкостью  гарантируется,  если  перед  установкой 

пакера выполняются следующие рекомендации. 

1.  Используемый  флюид  должен  быть  тождествен  буровому  раствору  предыдущих 

операций  или  содержать  возможно  больший  его  объём.  Растворы,  на  которых 
проводилось бурение имеют тенденцию быть боле стабильными в результате обработки; 
тепло  цикличности,  стабильному  размеру  капель  воды  и  возможного  снижения  размера 
частиц  содержащейся  твёрдой  фазы.  Если  используется  новый  раствор,  флюид  должен 
циркулировать и обрабатываться для 2-З циркуляций или больше. 

2. Циркуляционная система должна соединяться с  фильтром для  удаления больших 

частиц,  не  образующих  взвесь.  Это  очень  важный  момент  при  создании  правильной 
надпакерной жидкости. Размер ячеек должен быть по возможности наименьшим включая 
200. 

3.  Следующий  критический  момент,  удаление  водо-смачиваемых  твёрдых  частиц, 

которые  стремятся  образовать  большие  конгломераты  с  быстрым  оседанием. 
Значительная  водосмачиваемость  может  свести  на  нет  обработку  органических  глин 
относительно  образования  адекватного  статического  напряжения  сдвига.  Поэтому 
необходимо  провести  пилотные  испытания  с  VERSAWET



  и  VERSA  SWA



, 

VERSAMUL



, для гарантии исключения водосмачиваемости. 

4.  Циркуляционная  система  должна  быть  обработана  известью  до  стабилизации 

щелочности. Во всех системах с надпакерной жидкостью должен быть избыток извести в 
2  ф./бар.  В  новый  раствор  извести  добавляется  больше,  однако  добавки  извести  могут 
привести 

к 

состоянию 

водосмачиваемости, 

поэтому 

необходима 

обработка 

VERSAWET



,VERSA SWA



, VERSAMUL



 

5.  Приведенные  выше  условия  потребуют  обработку  органо  глин  для  получения 

статического  напряжения  сдвига  после  10  минут  покоя  равного  15-25,  что  является 
прекрасной защитой от осаждения утяжелителя после длительного периода статического 
состояния. 

 

Надпакерные жидкости в обсадной колонне 

Растворы  на  нефтяной  основе  успешно  применяются  в  качестве  надпакерных 

жидкостей в обсадной колонне и отвечают следующим критериям. 

1.  Сохранению  утяжелителя  во  взвешенном  состоянии  на  забое  в  течение 

длительного времени. 

2. Устойчивым физическим и химическим свойствам. 
3. Стабилизации ствола или пласта в течение длительного времени. 
Правильно обработанные  VERSADRIL и VERSACLEAN обладают всеми нужными 

свойствами.  Как  и  надпакерные  жидкости,  растворы  на  нефтяной  основе  должны 

 

406 

стабилизироваться  с  помощью  циркуляции  и  температуры    до  конечной  обработки  в 
качестве надпакерной жидкости в обсадной колонне. 

 

Методика испытания 

Плотность (вес бурового раствора) 
Оборудование. 

1. Плотность выражается в фунтах на галлон, фунтах на куб.фут, граммах на куб.см, 

как  уд.вес  или  градиент  давления.  Используется  любой  измерительный  прибор 
достаточной точности в пределах ± 0,1 ф./гал, ± 0,5 ф./фут? (+0,01 гр. на см?). Чаще всего 
это  весы  для  бурового  раствора.  Вес  чашки  с  буровым  раствором  на  одном  конце 
коромысла уравновешивается закрепленным на другом конце контргрузом со свободным 
движением рейтера по шкале. На коромысле крепится пузырек уровня. 

2. Термометр. 
Методика. 

1. Основание прибора устанавливает приблизительный уровень. 
2.  Замерить  и  записать  температуру  раствора.  Заполнить  чистую  сухую  чашку 

раствором  для  испытания.  Повернуть  чашку  до  прочной  посадки.  Убедиться,  что  часть 
раствора вытеснена через отверстие чашки в свободно улавливаемый воздух или газ. 

3. Вымыть или вытереть раствор с наружной стороны чашки. 
4.  Установить  коромысло  на  опору  и  уравновесить  движением  рейтера  вдоль 

градуированной  шкалы.  Коромысло  уравновешено,  когда  пузырёк  находится  на 
центральной линии. 

5. Снять показание плотности на стороне рейтера к кромке ножа. Если используется 

удлинитель указания, сделать корректировку. 

6. Отметить плотность до 0,1 ф./гал или по 0,5 ф./фут? (0,01 гр./см?). 
7. Для перевода в другие единицы используется следующая зависимость: 

Удельный вес = 

3

,

62

/

.

3

фут

ф

    

33

,

8

/

. гал

ф

  или гр./см? 

Градиент раствора в  рsi /фут = 

144

/

.

3

фут

ф

 

24

,

19

/ гал

фунт

 или 

31

,

2

/

3

см

гр

 

Тарировка. 

Прибор  часто  тарируется  пресной  водой,  которая  должна  дать  показания  8,33 

фунта/гал  или  62,3  ф./фут?  (1,0  гр/см?)  при  21°С,  в  противном  случае  необходима 
регулировка  уравнительным  винтом  или  количеством  свинца,  выстреливаемого  в 
скважину на конце градуированного плеча. 

 

Вязкость и статическое напряжение сдвига 

Оборудование. 

Для  замера  вязкости  и  напряжения  сдвига  буровых  растворов  используются 

следующие приборы. 

1. Воронка Марша - простое устройство для обычного замера вязкости. 
2 Вискозиметр прямого показания, используется для замера  пластической вязкости, 

предела текучести и напряжения сдвига. 

3. Термометр 
 

Воронка Марша 

Описание. 

Воронка  Марша  размечена  таким  образом,  что  по  стандартной  методике  время 

истечения одной четверти (946 см?)  пресной воды при 21±3°С составляет 26±0,5 секунд. 
В качестве приемника используется градуированная чашка или четвертушка (бутылка). 

 

407 

Методика. 

1. Закрыть отверстие пальцем и влить свежую пробу раствора через фильтр в чистую 

сухую вертикальную воронку пока уровень жидкости достигнет иная фильтра. 

2. Быстро убрать палец и измерить время заполнения раствором приемного сосуда до 

отметки 946 см?. 

3.  Отметить  результат  до  секунды  как  вязкость  по  воронке  Марша,  отметить 

температуру в 0°С. 

 

Вискозиметр прямой регистрации 

Описание. 

Это  прибор  вращающегося  типа,  работающий  от  электромотора  или  от  ручной 

рукоятки.  Раствор  находится  в  кольцевом  пространстве  между  двумя  цилиндрами. 
Наружный  цилиндр  или  муфта  ротора  приводится  в  движение  постоянной  скоростью 
вращения.  Вращение  муфты  ротора  в  растворе  создает  крутящий  момент  на  внутреннем 
цилиндре 

или 

поплавка. 

Скручивающаяся 

пружина 

ограничивает 

движение. 

Прикрепленный  к  поплавку  циферблат  указывает  на  вытеснение  поплавка.  Константы 
прибора настроены на получение величин пластической вязкости и предела текучести при 
300-600 об/мин. Кажущаяся вязкость равна 600 об/мин, разделенных на 2, в ск. 

Внимание. 

Эти вискозиметры рассчитаны не максимальную температуру 93°С в негерметичных 

флюидах.  При  испытании  при  температуре  выше  93°С  поплавок  должен  быть  либо  из 
прочного металла, либо гарантировано сухой внутри (поплавок полый). Попавшая внутрь 
поплавка  жидкость  может  испариться  и  вызвать  разрыв  поплавка  при  повышении 
температуры. 

Методика:

 Пластическая вязкость, предел текучести и кажущаяся вязкость. 

1.  Поместить  пробу  раствора  в  термо  чашку  и  погрузить  муфту  ротора  точно  до 

начерченной  линии.  Замеры  проводятся  без  промедления  с  момента  отбора.  Испытания 
проводятся при 50-60±1°С. 

2.  Нагреть  или  охладить  пробу  до  избранной  температуры.  Пробу  следует 

встряхивать  для  равномерного  нагрева  или  охлаждения  при  300  об/мин.  Зафиксировать 
t°С пробы. 

З.  При  вращении  со  скоростью  600  об/мин  подождать,  пока  не  будет  достигнута 

постоянная  величина  на  циферблате  (время  зависит  от  характеристики  раствора). 
Отметить показания при 600 об/мин. 

4.  Снизить  скорость  до  300  об/мин  до  устойчивой  величины,  зафиксировать 

показания. 

5.  Пластическая  вязкость  (  РV  )  в  сн  равняется  показанию  при  600  об/мин  минус 

показания при 300 об/мин. Предел текучести (УР) в ф./100

2

 фут равняется показанию при 

300  об/мин  минус  пластическая  вязкость.  Отметить  температуру  в  °С.  Кажущаяся 
вязкость в сп равна показанию при 600 об/мин, деленному на 2. 

 

Предельное статическое напряжение сдвига 

1. Поместить пробу раствора в положение, указанное выше. Мешать 10 минут. 
2.  Оставить  пробу  в  полном  покое  в  течение  10  секунд.  Затем  медленно  и 

равномерно повернуть маховичок против часовой стрелки для получения положительного   
показания  циферблата.  Максимальное  показание  -  это  статическое  напряжение  сдвига  в 
фунтах  на  100  фут

2

.    Для  приборов  со  скоростью  3  об/мин  максимальным  значением 

после начала вращения до 3 об/мин будет начальный сдвиг. Отметить температуру °С. 

3.  Перемешать  раствор  с  высокой  скоростью в  течение  10  секунд,  а  затем  оставить 

пробу  на  10  минут.  Провести  замер  как  в  предыдущем  пункте  и  зафиксировать 
напряжение сдвига через 10 минут после покоя в ф./100 фут

2

. Отметить t°С. 

Тарировка. 

 

408 

Работа прибора в качестве вискозиметра прямого показания зависит от правильного 

натяжения пружины  и скорости вращения втулки. Эти сведения выдаются изготовителем. 
Обычно  же  надежность  прибора  проверяется  замером  ньютоновской  жидкости  с 
известной  вязкостью  (силиконовая  жидкость,  раствор  сахара  или  нефть  с  известной 
вязкостью при оговоренной температуре. 

 

Фильтрация 

Испытание при высокой температуре и под высоким давлением. 

Внимание

!  Строго  соблюдать  рекомендации  изготовителя  по  ограничению  объема 

пробы и использованию t°  и давления. 

Прибор  состоит  из  регулируемого  источника  давления,  камеры,  выдерживающей 

рабочее  давление  70,3  кгс/см

2

,    системы  нагревания  камеры  и  подходящей  рамы, 

удерживающей  камеру  и  нагревательную  систему.  Для  испытания  фильтрации  при  t°  
выше  93,4°С  герметизированная  сборная  камера  должна  выдерживать  рабочее 
противодавление  35,3  кгс/см

2

    для  предотвращения  мгновенного  испарения  фильтрата 

при высокой температуре. 

Фильтрующая  камера  оборудована  термометром,  карманом  для  термометра, 

нефтестойкими  прокладками,  упором  для  фильтрующей  среды.  Для  149°С  применяется 
фильтровальная  бумага  (ватман  №  50  или  эквивалент).  При  температуре  выше  149°С 
используется  стекловолокно  и  ватман.  В  качестве  источника  давления  рекомендуется  не 
опасный газ: азот (предпочтителен), двуокись углерода. Свыше 149°С - только азот. 

Для размешивания желательна мешалка с высокой скоростью – 11000-17000 об/ мин 

под  нагрузкой  с  одним  рифленым  рабочим  колесом  диаметром  25  мм  и  контейнером  - 
типа Hamilton Beach с чашкой № М- 110-Д. 

Примечание

: Каждый фильтр или стекловолокно используется только 1 раз. 

 

Температура испытания не выше 149°С 

1.  Соединить  нагревающий  кожух  с  источником  напряжения  до  проведения 

испытания. Поместить термометр в карман. Предварительно нагреть кожух на 20 °F выше 
испытательной температуры. Отрегулировать термостат для поддержания заданной t°С 

2.  Перемешивать  пробу  с  раствором  в  течение  10  минут.  Подготовить  камеру  с 

фильтровальной бумагой и нагрузить её пробой на 13 мм от верха для расширения. 

3.    Поместить  камеру  в  нагревательный  кожух,  закрыв  верхний  и  нижний  клапаны 

Перенести термометр в карман камеры. 

4.  Закрепить  на  верхнем  клапане  установку  давления.  Нижний  приемник  давления 

закрепить на нижнем клапане. Обеспечить давление на обеих установках 7,03 кгс/см

2

 при 

закрытых  клапанах.  Открыть  верхний  клапан  и  приложить  давление  7,03  кгс/см

2

  к 

раствору, нагревая до выбранной t°С. 

5. Когда t°   образца достигает выбранной величины или время нагрева равно 30 мин 

(что бывает прежде), увеличить давление верхней установки давления до 42,18 кгс/см

2

 и 

открыть нижний клапан для начала фильтрации. Отобрать фильтрат в  течение 30 минут, 
сохраняя  выбранную  температуру.  Если  противодавление  превышает  7,03  кгс/см

2

  в 

течение  испытания,  снизить 

медленно 

давление, 

выбросив 

часть 

фильтрата. 

Зафиксировать общий объем. 

6.  Объём  фильтрата  корректируется  по  площади  фильтра  45,8  см

2

  .  Если  площадь 

фильтра 22,6 см

2

,  удвоить объём фильтрата и записать. 

7.  В  конце  испытания закрыть оба  клапана.  Отвернуть  Т-образный винт и  стравить 

давление из обоих регуляторов. 

Внимание!

  Давление  в  камере  будет  составлять  З5  кгс/см

2

.    Сохранять  камеру  в 

вертикальном положении и охладить до комнатной . перед демонтажем.