Трения фильтрационной корки глинистых растворов

Цель работы. Определить водоотдачу, толщину и коэффициент трения глинистой корки глинистого раствора.

Водоотдача промывочной жидкости – это способность её отфильтровывать жидкую фазу под влиянием избыточного давления. Водоотдача раствора является наиболее важным его параметром при бурении в рыхлых, слабосцементированных, пористых и трещиноватых породах. Глинистый раствор с большой водоотдачей образует в скважине толстую и рыхлую корку, сужающую ствол скважины и вызывающую затяжки и прихваты бурового инструмента при подъеме. Проникновение водного фильтрата в породы, окружающие ствол скважины, может вызвать набухание и обрушение этих пород, а также снижение дебита продуктивных пластов. Снижением водоотдачи можно предупредить эти осложнения.

Водоотдача измеряется при температуре 20⁰С количеством отфильтровавшейся жидкости из раствора (см³) за 30 мин при избыточном давлении 0,1 МПа при площади фильтра 44 см² (диаметр фильтра 75 мм) и обозначается буквой В.

Толщина фильтрационной корки измеряется в миллиметрах и обозначается буквой К.

Коэффициент трения фильтрационной корки бурового раствора определяется в условиях промысловых лабораторий и на буровых с целью выявления эффективности смазочных добавок и оперативного вмешательства в технологический процесс бурения в осложненных условиях.

Для нормальных глинистых растворов водоотдача считается допустимой, если её величина не превышает 10-25 см³ за 30 мин, при толщине глинистой корки 1-2 мм (по ВМ-6). При бурении в осложненных условиях (рыхлые, неустойчивые породы) водоотдачу раствора необходимо снижать до 5 см³ за 30 мин и меньше.

Приборы и материалы. Лабораторная глиномешалка, весы с разновесами, образцы глины различного качества, техническая вода, веретённое (машинное) масло, фильтровальная бумага диаметром 53 мм, прибор ВМ-6 (ПВР-01, ФЛР-1), линейка, прибор КТК-01 (КТК-2).

Прибор ВМ-6 состоит из трех основных узлов (рис.6): кронштейна 10, фильтрационного стакана 5 с принадлежностями и напорного цилиндра 3. Фильтрационный стакан на верхнем конце имеет горловину с наружной резьбой и отверстие, нижний конец его имеет расточку диаметром 53 мм, выточку под решетку фильтра и наружную резьбу под поддон 7. В поддон вложен клапан с резиновой прокладкой 11. Винтом 9 клапан прижимается к решетке 6 и закрывает её отверстия. Узел напорного цилиндра состоит из собственно цилиндра 3 с ввернутой в него на красномедной прокладке втулкой с напрессованной чашкой, плунжера 1, притертого по втулке, и груза шкалы 2, укрепленного на плунжере. На верхнем конце втулки цилиндра нанесена отсчетная риска. Для установки шкалы прибора на нуль и спуска масла из цилиндра в нижней части его имеется отверстие, перекрываемое иглой 4.

Нижний конец цилиндра имеет внутреннюю резьбу для соединения с фильтрационным стаканом. Для уплотнения места соединения предусмотрена прокладка из маслостойкой резины, эту прокладку по мере износа необходимо менять. Собранный прибор устанавливают в кольцо литого кронштейна, в нижней части которого предусмотрено место для чашки 12.

Порядок выполнения работы. Приготовить глинистый раствор. Установить прибор на столе, вынуть плунжер из цилиндра. Отвернуть цилиндр, проверить закрыто ли отверстие иглой. Разобрать стакан, вывернув поддон, вынуть решетку и клапан и вытереть насухо.

Кружок фильтровальной бумаги смочить водой и налепить на решетку, удалить избыток воды с поверхности бумаги, промокнув её сухим кружком. Решетку с фильтровальной бумагой вложить в выточку стакана бумагой вверх. Наложить на решетку клапан и навернуть поддон на стакан. Винт, крепящий клапан, должен быть вывернут.

Вставить собранный стакан в кронштейн и прочно затянуть руками резьбу, после чего винтом закрыть клапан.

Подготовить секундомер и положить его рядом с прибором. Испытуемый раствор налить в стакан, на 3-4 мм не доходя до края. Резьбу стакана насухо вытереть. Навернуть цилиндр на стакан, предварительно проверив исправность прокладки.

Налить в цилиндр машинное масло, не доливая на 1 см до верхнего края втулки.

Вставить плунжер в цилиндр (при этом он опустится на 2-3 см), приоткрыть спускное отверстие и, вращая плунжер рукой за накатку на грузе, подвести нулевое деление на шкале к отсчетной риске на верхнем крае втулки цилиндра. Если нулевое деление опускается ниже риски (не более чем на 10 делений), то нужно записать нулевое показание В ₀ по шкале напротив риски, принять его за нуль и из всех последующих показаний вычитать В ₀.

Все операции следует производить быстро, так как при нестабильных растворах за время от момента налива раствора в стакан до момента начала фильтрации может образоваться осадок, вследствие чего будет искажен результат измерения.

Открыть клапан, вывернув винт на 1-2 оборота и одновременно включить секундомер. Через 30 мин определить величину В ₃₀ по показаниям прибора, причем все это время поворачивать плунжер вручную за накатку на грузе.

После снятия показаний с прибора открыть спускное отверстие, выпустить масло из цилиндра и опустить плунжер с грузом. Затем вынуть плунжер из цилиндра.

Закрыть отверстие иглой, снять цилиндр и слить масло из чашки цилиндра в бачок для масла.

Промыть фильтрационный стакан, не разбирая его. Для этого подставить горлышко под слабую струю воды, масло при этом всплывет и вытечет из стакана вместе с водой и раствором. Вылить воду и остаток раствора из стакана и разобрать стакан.

Поставить стакан на ладонь левой руки так, чтобы он опирался на неё краями, а не решеткой, и легкими ударами ладони по горлышку извлечь фильтр вместе с решеткой. Затем следует измерить толщину корки в нескольких местах и сосчитать среднее значение.

Прибор ПВР - 01 (рис.7) состоит из контейнера 1, для фильтруемого раствора с крышкой 2, накидной гайкой 3, уплотнительного кольца 4 и обратного клапана 5, стойки 6 с деталями, образующими камеру нагнетания давления; вентиль 7 для перекрытия и подачи в контейнер 1, плунжер-нагружатель 8, обеспечивающий постоянство давления; сборник утечек 9 с отводящим шлангом, всасывающий шланг 10 с обратными клапанами. Отвес 11 служит для установки плунжер-нагружателя строго вертикально, при помощи регулировочных винтов 12.

Подготовка к работе. Прибор выставить по отвесу. Всасывающий шланг - 10 опустить в ёмкость объемом 0,5 л с чистой водой, маслом типа веретенное или с другой разделительной жидкостью малой вязкости. Затем, в снятый Контейнер 1 залить испытуемый раствор до нижнего уровня уплотнительного кольца 4, что обеспечивает его объем 120 мл. Установить уплотнительное кольцо 4, смоченную фильтровальную прокладку наружным диаметром 60 мм, наложить на внутреннюю поверхность крышки 2, установить крышку в пазы гайки 3 и проверить ее плотное прилегание. При этом штифт крышки 2 должен войти в паз контейнера 1. Гайку затянуть. Контейнер перевернуть крышкой вниз, выступающую часть вставить в продолговатое гнездо корпуса, распложенное под вентилем 7 и повернуть контейнер на 90 градусов, ориентируясь по цветным меткам на конической поверхности донышка.

При закрытом вентиле 7, поднять плунжер–нагружатель 8. Этим движением из емкости с водой, через обратный клапан, производится всасывание вода в камеру нагнетания стойки 6. Для полного заполнения объема камеры нагнетания всасывание необходимо повторить несколько раз, пока плунжер-нагружатель не остановится в крайнем верхнем положении

Порядок выполнения работы. Для начала измерения приоткрыть вентиль - 7 не более, чем на четверть оборота, дав возможность плунжер-нагружателю медленно выбрать воздушный зазор, включить секундомер на 30 мин. Вода под давлением 0,1 МПа начнет вытесняться плунжер-нагружателем через приоткрытый вентиль в контейнер с испытуемым раствором. После появления первой капли фильтрата вентиль можно открыть на 1 оборот. Для сбора и замера объёма под контейнер устанавить мерный цилиндр объёмом и шкалой, в зависимости от предполагаемой водоотдачи раствора, до 25 мл.

В случае если плунжер-нагружатель опустится в нижнее положение за время меньшее, чем 30 минут, необходимое для окончания процесса испытания, всасывание воды возможно повторить не выключая секундомера.

По окончании 30 мин, плотно закрыть вентиль 7 и остановить секундомер. По шкале цилиндра определить объем «V» выделившегося фильтрата.

Водоотдача определяется по формуле, см³ за 30мин:

B = 2· V, (10)

где 2 - отношение площади стандартного фильтра с диаметром 75 мм к площади фильтрации диаметром 53 мм настоящего прибора; V - объём фильтрата, выделившегося в процессе определения.

Для разборки контейнера после окончания испытания необходимо сбросить избыточное давление внутри контейнера, которое в нем остается после его отделения от корпуса.

Операция снятия внутреннего давления в контейнере заключается в минутной выдержке перед его вскрытием.

Сброс давления происходит благодаря иголочному проколу в резинке обратного клапана. Такой клапан удерживает раствор от вытекания при заполнении контейнера раствором и сбрасывает давление из внутренней полости после окончания испытания и отсоединения контейнера от корпуса.

После снятия избыточного давления, контейнер повернуть крышкой вверх, ослабить гайку и снять крышку с фильтром не повредив корку.

Фильтр-пресс ФЛР-1 предназначен для определения водоотдачи буровых растворов, применяемых при бурении нефтяных и газовых скважин. Водоотдача определяется количеством миллилитров фильтрата, выделяющегося из бурового раствора за 30 мин. при перепаде давления 0,7 МПа с площади диаметром 75 мм.

Фильтр пресс (рис.8) состоит из следующих основных узлов: стакана 1, предназначенного для заливки пробы раствора; редуктора 2, предназначенного для редуцирования давления от 15 МПа до рабочего давления 0,7 МПа; баллона 3 с газом давлением 15 МПа.

Газ из баллона подается в редуктор. Вращением регулировочного винта 4 давление редуцируется до рабочего и подается по рукаву через перепускной клапан 5 в стакан с раствором. Жидкость из раствора под давлением газа отфильтровывается через фильтровальную бумагу и проволочную сетку и стекает через отверстие в крышке стакана в измерительный цилиндр.

Порядок выполнения работы. Снять стакан, вывернуть крышку. Стакан и сетку сполоснуть водой и высушить. Фильтровальную бумагу смочить водой. Избыток воды удалить сухой фильтровальной бумагой.

Отвернуть полностью винт редуктора, перепускной клапан завернуть до упора. Залить в стакан глинистый раствор. Установить уплотняющее кольцо, на него положить фильтровальную бумагу и сетку, закрыть стакан крышкой.

Стакан устанавливается в рабочее положение поворотом в бобышке на 90⁰. Под стакан поставить мерный цилиндр.

Отвернуть вентиль баллона. Поворотом регулировочного винта редуктора по часовой стрелке, установить давление на выходе из редуктора 0,7 МПа.

Отвернуть винт перепускного клапана на 3,5 оборота и одновременно включить секундомер.

Через 30 мин. завернуть винт клапана до упора. Закрыть вентиль баллона.

Водоотдача определяется по формуле, см³ за 30 мин.:

В = 2· V, (11)

где 2 – отношение площади стандартного фильтра диаметром 75 мм к площади фильтр-пресса; V – количество фильтрата, полученного на фильтр-прессе, см³.

Прибор КТК-01 используют для измерения коэффициента трения корки, образующейся после фильтрации бурового раствора.

Коэффициент трения определяется как тангенс угла наклона при котором деталь, нормализованная формой и весом, создающая удельное давление на поверхность опоры равное 7,85 г/см², начнет двигаться по корке.

Прибор КТК-01 (рис.9) состоит из следующих основных узлов: корпуса 1, соединяющего все узлы и на котором закреплен нониус 5; платформы 2, на которой закреплены лимб 8 и накладка 13; уровня 4; ручки 6, для регулирования угла наклона платформы; винтовой опоры 7, для регулирования прибора по уровню; шаровой опоры 9; рычага 10 с шарниром 11 для наклона платформы; оси 12 наклона платформы, на которой установлена пружина закручивания для обратного действия.