Показатели качества буровых растворов и методы их измерения

Настоящий раздел Положения устанавливает показатели качества буровых растворов при строительстве нефтяных и газовых скважин на месторождениях ОАО НК ЮКОС.

Исполнение требований данного раздела обязательно для всех буровых подразделений ОАО НК ЮКОС и внешних буровых подрядчиков.

10.2.1. Общее положение.

Качество бурового раствора должно обеспечивать строительство скважин в нормативные сроки.

Целью контроля качества бурового раствора в процессе бурения является получение достоверной информации о значениях его показателей качества с целью быстрого обнаружения их отклонения от проектных значений и принятия своевременных мер.

10.2.2. Номенклатура показателей качества буровых растворов.

Номенклатура показателей качества буровых растворов и пункты методов определения приведены в Разделе 10.3.

Методы измерения показателей качества буровых растворов.

Обязательные измерения.

10.3.1.1. Плотность буровых растворов измеряется рычажными весами-плотномерами ВРП-1, ареометром АГ-3 и пикнометром.

При измерении плотности рычажными весами-плотномерами следует залить буровой раствор в мерный стакан до верхней кромки и закрыть крышкой. Затем установить подвижную часть весов на стойке и передвигая вправо или влево подвижный груз установить рычаг в положение равновесия и прочесть показания плотности по верхней шкале.

При измерении плотности ареометром следует заполнить мерный стакан буровым раствором, соединить его с поплавком, поворотом последнего до упора, тщательно обмыть снаружи, погрузить в емкость с водой и сделать отсчет плотности по основной шкале. Перед началом работ производится тарировка прибора на пресной воде.

При измерении плотности пикнометром заданного объема и веса необходимо заполнить его буровым раствором до метки, закрыть пробкой, вытереть досуха и взвесить.

Плотность бурового раствора рассчитывается по формуле:

ρ = (Р – Рп) / Vп ,

где:

Vп – объем пикнометра, ом ³ .

Рп – вес пустого пикнометра г ;

Р – вес заполненного пикнометра, г.

10.3.1.2. Условная вязкость измеряется стандартным вискозиметром ВБР-1, состоящим из воронки и мерной кружки емкостью 500мл. Следует закрыть отверстие пальцем и налить в воронку через сетку испытуемый раствор до краев, подставить мерную кружку под вискозиметр и убрав палец открыть отверстие, одновременно включив другой рукой секундомер. В момент заполнения мерной кружки до краев остановить секундомер, закрыть отверстие пальцем и прочесть показания секундомера.

10.3.1.3. Статическое напряжение сдвига измеряется прибором СНС-2 и зависит от продолжительности выдержки в покое бурового раствора.

При измерении статического напряжения сдвига прибором СНС-2 следует залить в, установленный на вращающемся столике, цилиндр 120 см3, предварительно размешанного раствора. После чего погрузить подвесной цилиндр во внешний цилиндр и подвесить нить на пробку. Быстро установить "0" шкалы против риски указателей и пустить секундомер.Через 1 минуту, включив электродвигатель прибора, отсчитать максимальный уголзакручивания нити. Повторить процесс измерения с той лишь разницей, что включить электродвигатель прибора необходимо после 10 минут выдержки в покое бурового раствора.

Статическое напряжение сдвига как за одну, так и за 10 минут покоя рассчитывается по формуле:

Q _1;10 = C *φ _1;10 ,

где:

φ_1;10– максимальный угол закручивания нити, град.

С -коэффициент прибора, Па /град.

Для определения величины статического напряжения сдвига в требуемый (более длительный, чем 10 мин) момент выдержки в покое бурового раствора, следует воспользоваться формулой:

Q = Q ₁₀ ( 0,1 * t)^k ,

где:

t – требуемая продолжительность выдержки бурового раствора в покое, мин;

k = 1,1 * lg Q₁₀/Q₁ – коэффициент тиксотропности.

10.3.1.4. Показатель фильтрации измеряется фильтр-прессом ФЛР-1 или прибором ВМ–6.

При измерении показателя фильтрации фильтр-прессом ФЛР–1 следует залить в стакан буровой раствор, установить уплотняющее кольцо, положить на него смоченную водой фильтрованную бумагу, закрыть стакан крышкой и установить его в рабочее положение. Под стакан подставить измерительный цилиндр. Отвернуть вентиль баллона и установить давление на выходе из редуктора 0,7 МПа. Открыть пропускной клапан и включить секундомер. Через 30 мин. замерить объем выделившегося фильтра, удвоенная величина которого и есть искомый показатель фильтрации.

При измерении показателя фильтрации прибором ВМ – 6 следует вложить, смоченную водой, фильтровальную бумагу в стакан прибора, навернуть поддон и подготовленный к работе стакан вставить в кронштейн. Залить подготовленный буровой раствор в стакан, навернуть напорный цилиндр с закрытым игольчатым клапаном и влить в него машинное масло. Вставить плунжер в цилиндр, и приоткрыв клапан, подвести нулевое давление на шкале к отсчетной риске на втулке цилиндра. Закрыть игольчатый клапан, одновременно пустив в ход секундомер. Через 30 мин. сделать отсчет по шкале.

10.3.1.5. Толщина фильтрационной корки измеряется любым толщиномером (иглой Вика, глубиномером, металлической линейкой).

При измерении толщины фильтрационной корки толщиномером следует смыть рыхлую часть корки, поместить ее вместе с фильтратом на ровную пластинку и произвести замер.

Для определения толщины фильтрационной корки может быть использована формула:

S = (30 * Vф * m) / (1-m) * F ,

где:

Vф- показатель фильтрации бурового раствора, см³;

F – площадь фильтрации, см²;

m – содержание твердой фазы в буровом растворе в объемных долях.

10.3.1.6. Водородный показатель (рН) измеряется индикаторной бумагой. При этом на индикаторную бумагу нанести тонкий слой фильтра бурового раствора и после чего, сравнить ее цвет с эталоном.

10.3.1.7. Содержание песка измеряется отстойником СМ – 2. При этом следует снять крышку, отмерить ею 50 см3 раствора и влить его в отстойник. Далее, заполнить его водой, плотно закрыть крышкой и интенсивно взболтать содержимое отстойника. Повернуть отстойник в вертикальное положение и, выждав одну минуту, зарегистрировать по шкале, объем осадка. Искомая концентрация песка, а также других грубодисперсных частиц равна удвоенному объему осадка.

Дополнительные измерения.

10.3.2.1. Предельное динамическое напряжение сдвига измеряется ротационными вискозиметрами ВСН-3, а также СНС-2.

При измерении предельного динамического напряжения сдвига ротационными вискозиметрами, после введения измерительного цилиндра в среду бурового раствора и тщательного его перемешивания при частоте вращения гильзы 600 об/мин., регистрируют устойчивые показания углов закручивания по шкале прибора при сверх частотах вращения гильзы (600 л-300 об/мин или 400 л-200 об/мин). Предельное динамическое напряжение сдвига рассчитывается по формуле:

ζ₀ = - А/В [φ₂ – ω₂ /( ω₂ – ω₁)( φ₂ - φ₁)] ,

где

φ_{2 и} φ₁– углы поворота шкалы, соответственно при (об/ мин), частотах вращения гильзы, град.;

А и В – константы прибора;

ω₂ и ω₁– угловая скорость цилиндра, рад/с.

При измерении предельного динамического напряжения сдвига приборами СНС-2 последовательность операций, приведенная в пункте 3.1.3.1, сохраняется. Разница заключается лишь в том, что буровой раствор не выдерживают в покое, а после разрушения структуры, отключив электродвигатель, отсчитывают минимальный угол закручивания нити.

Предельное динамическое напряжение сдвига рассчитывается по формуле:

ζ₀ = С * φ₀ ,

где:

φ₀– минимальный угол закручивания нити после отключения электродвигателя, град;

С -коэффициент прибора, Па / град.

10.3.2.2. Пластическая вязкость измеряется ротационными вискозиметрами (ВСН-3).

При измерении пластической вязкости ротационными вискозиметрами выполняется та же последовательность операций, что и в п. "2 1'1 При этом, пластическая вязкость рассчитывается по формуле:

η = (γ₂ – γ₁)/ ω₂ – ω₁) * А ,

где:

А -постоянная прибора.

Для определения пластической вязкости может быть использована формула:

η = 0,17 (ρ - 0,2τ₀) * Т ,

где:

ρ – плотность, г/см³

Т– условная вязкость, С

τ₀ –предельное динамическое напряжение, Па.

10.3.2.3. Показатель стабильности измеряется при помощи цилиндра ЦС-2. При этом следует влить пробу раствора в цилиндр до краев и оставить его в состоянии покоя. Через 24 часа открыть пробку, слить верхнюю часть пробы в кружку, тщательно перемешать слитый раствор и определить его плотность. Затем тщательно перемешать оставшуюся в :цилиндре нижнюю половину раствора и определить его плотность. Показатель стабильности бурового раствора рассчитывается по формуле:

ρ_с = ρ₂ - ρ₁ ,

где:

ρ₂ и ρ₁– соответственно, плотность бурового раствора в нижней и верхней части цилиндра, г/см³ .

10.3.2.4. Содержание твердой фазыизмеряется на установке ТФН -1.

При измерении следует наполнить камеру испарителя буровымраствором и взвесить ее. После этого соединить испаритель с конденсатором и вставить в гнездо термостата. Закрыть крышку кожуха и включить установку в сеть для нагрева. Окончанием измерения служит прекращение выпадения капель конденсата в измерительный цилиндр. Далее необходимо извлечь камеру испарителя и вновь взвесить ее. Массовая концентрация твердой фазы в буровом растворе определяется по формуле:

М_м = ( Р₂ – Р₁) / (Р₁-Р) * 100 ,

где:

Р – масса камеры, г;

Р₁– масса камеры с буровым раствором, г;

Р₂ – масса камеры с твердым остатком, г.

Объемная концентрация фазы в буровом растворе пересчитывается по формуле:

М = М_м * ρ / ρ_т ,

где:

ρ – плотность бурового раствора, г/см³

ρ_т – плотность твердого остатка, г/см³

Примечание:

В случае применения нестандартных буровых растворов в экспериментальном порядке, измерение параметров буровых растворов производится согласно инструкции по ее применению.