Руководство для обучения инженеров по буровым растворам - часть 66

 

421 

Vs= 

u

Pm

Ps

GD

C

6

,

92

)

(

2

2



  

где Vs -скорость оседания (фут/сек), 

G - ускорение силы тяжести, ф./сек, 
D

C

- диаметр обломка большего размера ф. Реi —, 

Pm - плотность раствора, ф./фут? 
Ps- плотность шлама, ф./фут? 
 u - вязкость раствора (0,000673 х вязкость), сП. 

Это  простое  математическое  выражение  обычно  наблюдаемого  события,  т.е.  чем 

плотнее  частица,  тем  быстрее  она  оседает  (Р  ).  Чем  больше  частица,  тем  быстрее  она 

оседает  D

2

C

.  Чем  ниже  вязкость  раствора,  выше  скорость  оседания  (1/u)  Если  “G” 

увеличивается 

механическим 

способом, 

пропорционально 

ускоряется 

оседание. 

Увеличение пропорционально квадрату скорости. 

Промысловый  опыт  показывает,  что  чем  ниже  расход  и  вязкость  раствора,  тем 

больше  оседает  больших  и  тяжёлых  частиц.  Поэтому  удаление  песка  и  выбуренной 
породы  этим  методом  практично,  но,  если  раствор  содержит  барит,  он  также  оседает. 
Закон  Стокса  говорит,  что  так  и  должно  быть.  Частицы  разной  плотности,  но 
изменяющегося  размера  могут  иметь  одинаковую  скорость  оседания.  Частица  песка  или 
глины  в  11/2  раза  больше  данной  частицы  барита  оседает  с  равной  скоростью,  как  в 
отстойнике,  так  и  в  циклоне  или  в  центрифуге.  Таким  образом,  невозможно  отделить 
нужные и ненужные частицы, если у них одна масса (или скорость оседания). 

Техника  оседания  не  обеспечит  отделение  частицы  глины  размером  60  микрон  от 

частицы барита в 40 микрон. Единственный способ отделить все выбуренные частицы от 
барита  при  условии,  что  все  выбуренные  частицы одного  размера,  а  барита  -  другого.  В 
циркуляционных системах это невозможно. 

Прежде,  чем  рассмотреть  различные  механические  средства  разделения  частиц, 

необходимо  определить  размер  частиц,  обнаруженных  в  буровом  растворе.  Размер 
отличается  от  очень  малого  или  коллоидного  до  нескольких  дюймов.  Об  очень  малом 
размере легче установить термин микрон, т.к. 1 дюйм = 25400 микрон. Тогда облегчается 
классификация частиц по размеру: 

коллоидный - 2 микрона или меньше, 
алеврит -2-74 микрона, 
песок -  более 74 микрон. 

 

422 

 

 

 

Рис.1. Кривые содержания твердых частиц. 

 

 

 

Рис.2. Микроны. 

 

423 

 

Рис.3.  Увеличенный  масштаб  (1:68)  размер  фильтра  от  12  до  325  меш.  Для  испытаний 
песка  по  методу  АНИ  используется    фильтр  размером  200  меш.,  все  частицы,  не 
прошедшие  через  фильтр,  считаются  песком.  97%  барита  хорошего  качества  проходит 
через  200  меш.      и    95%    проходит  через  325  меш.(44  микрона).  Т.е.  барит  подходит  к 
категории алеврита. Глины высокого качества - М-I-GEL



, относятся к коллоидным 2 или 

менее микрон. 

АНИ  не  дает  отдельного  определения  алеврит  или  песок.  К  алевриту  может 

относиться  ил,  глина,  мелкий  кварцевый  песок  и    промышленный  барит.  Песок  может 
включать  кварцевый  песок,  глину,  обломки  материала,  потери  циркуляции  и  крупный 
барит. Широкое применение алмазных пород относит очень большую  долю выбуренных 
пород  к  обеим  этим  категориям,  т.к.  они  скорее  дробят  и  нарезают  породу,  а  не 
соскабливают и  снижают породу. 

Термин  «глина»  применительно  к  буровому  раствору  обычно  относится  к  любому 

материалу, обеспечивающему пластичность при добавлении воды. Считается, что такими 
могут  быть  промышленные  материалы:  глина  высокого  качества,  бентонит,  но 
выбуренный  шлам  и  барит  могут  действовать  как  глина  при  размалывании  до 
коллоидного размера. 

На  рис.4  показан  этот  процесс.  Деградация  твёрдого  вещества  механическим 

действиям. 

Эта  «глинистая»    фракция  образует  вязкость  а  именно  её  следует  держать  под 

постоянным контролем. 

 

424 

 

 

Рис.4. Деградация твёрдого вещества механическим действием 

 

Методы разделения твёрдых частиц

. 

Отстойники  и  песколовушки.  Скорость  оседания  твёрдых  частиц  в  отстойниках 

зависит  от:  1)  размера,  формы  и  уд.веса  частиц;  2)  плотности  жидкости-носителя;    З) 
вязкости  носителя  и  4)  типа  жидкости  потока.  Только  когда  жидкость  находится  в 
состоянии  ламинарного  или  пластического  течения,  оседание  частиц  по  закону  Стоксу 
будет эффективным. В большинстве случаев инженеры по буровым растворам выбирают 
низкую вязкость и статическое напряжение сдвига как меру осаждения частиц. В условиях 
турбулентного  потока  частицы  практически  не  оседают,    за  исключением  частиц  очень 
большой массы. 

Часто  для  лучшей  очистки  ствола  увеличивают  кажущуюся  вязкость.  Эти  меры 

временные  и  неэффективные.  В  этих  условиях  контр  за  твердой  фазой  затруднителен  в 
результате  добавления  очень  тонко  размолотых  промышленных  глин  и  бентонита  для 
получения нужной вязкости. 

Ещё  одно  усилие  было  направлено  на  изменение  “индекса  поведения  потока”  или 

величину «N»  ( N = 3,31   log Θ (600/Θ300, где Θ600-600 об/мин на циферблате счётчика 
Fann  VG,  а  Θ300  -    это  300  об/мин  )  раствора  для  улучшения  несущей  способности  и 
эффективности очистки ствола. Она включает изменение отношения предела текучести и 
пластической  вязкости  в основном  применима  к  растворам  с  низкой  плотностью,  т.е.  до 
12,0  фунт/гал.  При  этом  отмечается  в  конечном  счёте  увеличение  вязкости,  а  при 
избыточном  значении  контроль  становится  затруднительным.  Поскольку  в  числителе  
уравнения  Стокса  появляется  фактор  вязкости,  любое  большое  увеличение  её  замедляет 
оседание частиц. По этой же причине увеличение усилия «G»,  требуемое для устранения 
увеличения в сепараторами, может быстро привести к разрушению механизма. Поэтому с 
точки  зрения  экономии  и  эффективности  увеличения  вязкости  следует  по  возможности 
избегать. 

 

Вибрационные сита 

Наиболее  важным  устройством  механического  контроля  твёрдых  частиц  является 

вибрационное сито. Сито - это вибрационный или вращающийся сеточный сепаратор для 
удаления  крупных  обломков  из  бурового  раствора.  На  рис.5  показаны  наиболее