Тапсырма

ЖУУ СҰЙЫҚТАРЫНЫҢ ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ

ПАРАМЕТРЛЕРІН АНЫҚТАУ ӘДІСТЕРІ ЖӘНЕ

ОЛАРДЫ БАҚЫЛАУ ПРИБОРЛАРЫН ОҚЫП

ҮЙРЕНУ

Лабораториялық жұмыстың мақсаты жуу сұйықтарының параметрлерін, бақылау приборларын оқып үйрену және жуу сұйықтарын дайындау, олардың параметрлерін анықтау.

1.1. Жуу сұйықтарының қасиеттерін топтау

Технологиялық принцип бойынша жуу сұйықтарының қасиеттерін бес топқа бөлуге болады:

1) физико-механикалық;

2) сүзілу көрсеткіштері және тұрақтылық

3) фрикционды;

4) ластану көрсеткіштері;

5) компоненттік және химиялық құрамы.

Жуу сұйықтарының бақылауға келетін параметрлерін үш топқа бөлуге болады.

Бірінші топқа барлық ұңғымаларда бақылауды қажет ететін параметрлер жатады. Олар: тығыздық, шартты тұтқырлық, статикалық ығысу кернеуі, сүзілу көрсеткіші, сүзілме қабыршығының қалыңдығы, сутегі иондарының концентрациясы, қатты қоспалар мөлшері.

Екінші топқа шиеленіс жағдайлары кездесетін (минералдылығы жоғары қабат сулары, жуу сұйықтарының жұтылуы, су, мұнай-газ көтерілу) барлық ұңғымаларда бақылауды қажет ететін параметрлер жатады. Бұл параметрлерге жоғары температурадағы сүзілу көрсеткіші, газ мөлшері, динамикалық ығысу кернеуі, пластикалық тұтқырлық, қатты фазалар және мұнай құрамы мен мөлшері, эмулсиялық ерітінділер үшін соғу кернеуі.

Үшінші топқа қосымша ақпараттар беретін факультативтік параметрлер жатады, олар: динамикалық ығысу кернеуі, жоғары температурадағы пластикалық тұтқырлық пен статикалық ығысу кернеуі, майлау қабілеті, сүзбе қабықшасының ығысу кернеуі.

2.2.Жуу сұйықтарының физико-механикалық қасиеттерін өлшеу

Тығыздық

Тығыздық (кг/м³) деп жуу сұйығының көлем бірлігінің массасын айтуға болады.

Тығыздық () шамасы ұңғы ашық тұрғандағы қабатқа түсірілетін қысымды көрсетеді. Жуу сұйығының қысымы көтеріп-түсіру операцияларында, превентор ашық кезіндегі жуу сұйығының айналымы тоқтай қалған кездерде қабаттан су, мұнай-газ атқылау жағдайларын болдырмайтын негізгі факторлардың бірі. Жуу сұйығы гидростатикалық қысымы (Р_гс) мен қабат қысымдары (Р_қб) айырмасы сақтық көрсеткіш деп аталады. Бұл көрсеткіш мәні өскен сайын мұнай-газ атқылау мүмкіндігі азаяды. Жуу сұйығының тығыздығы өскен сайын ұңғы оқпанының беріктігі арта түседі.

Жуу сұйығы тығыздығының мәнін қабат айырылып кетпеу мақсатымен шектеуге тура келеді. Қабатты айыру қысымы әр қашанда ұңғыма ішіндегі жуу сұйығының гидростатикалық қысымынан жоғары болуы тиіс.

Сонымен ұңғыманы бұрғылауға байланыссыз операциялар үшін жуу сұйығының тығыздығы төмендегі теңсіздікті қанағаттандыруы тиіс

Р_қб ≤ Р_гс ≤ Р_га (1)

Р_гс = g h (2)

H – қаралатын аралық, м;

Р_га – тау жыныстарын айыру қысымы, МПа.

Бұрғылау процесі үшін жуу сұйығының тығыздығы төмендегі қатынастармен анықталады

Р_қб ≤ ^´ g h + Р_о + Р_кп (3)

^´ g h + Р_о < Р_қб (4)

^´ – бұрғылау кезіндегі жуу сұйығының тығыздығы;

Р_о – ұңғыма сағасындағы кері қысым;

Р_кп – ұңғыма қабырғасы мен бұрғылау тізбегі арасындағы

сақиналы кеңістіктегі қысым шығыны.

(3)-теңсіздік ұңғы мен қабат қысымдары тең, ал (4)-теңсіздік бұрғылауды ұңғы ішіндегі қысым қабат қысымынан азайтып жүргізу жағдайларына сәйкес келеді.

Жуу сұйықтарының тығыздығы ареометрлермен, иінді тығыздық өлшеуіш таразылармен, пикнометрлермен анықталады.

Ареометр АГ-3ПП (1-сурет) алынып-салынбалы жүктен (1), өлшеу сауытынан (2), стерженді (4) қалқымадан (3) тұрады. Қалқымаға штифт арқылы өлшеу сауыты жалғанады; стерженде негізгі және түзету шкалалары орналасқан. Негізгі шкала бойынша ерітінді тығыздығы анықталады, ал түзету шкаласы бойынша тұзды сулар қолданған жағдайларда түзету жасалады. Прибор жинағына шелек те (5) кіреді. Оның қақпағы ерітінді сынамасын алу үшін қолданылады.

АГ-3ПП Ареометрінің техникалық сипаттамасы

Өлшеу шегі....................................................................10³, кг/м³

Жүк кигізілген кездегі................................................. 1,6-2,4

Жүксіз............................................................................ 0,9-1,7

Өлшеу.................................................... ± 0,02

Ерітінді сынамасының көлемі 10^-6 м³.......................... 78,5 ± 1

1-сурет. Ареометр АГ-3ПП

1- алынып салынбалы жүк;

2-сауыт,

3-қалқыма,

4-стержень,

5-шелек,

6-негізгі шкала,

Ерітінді тығыздығын өлшеу алдында ареометрдің дұрыс көрсететіндігін тексеру қажет. Ол үшін ареометр сауытына тұщы суу құйып тексереді. Дұрыс ареометр негізгі шкаласы бойынша 1,0 көрсетуі тиіс.

Жұмысты жүргізу реті. Таза, құрғақ прибор сауытын бұрғылау ерітіндісімен толтырып, қалқымамен жалғайды да, сауыт сыртын жуып тазартып, шелекке салып, негізгі шкала бойынша тығыздықты өлшейді.

Тығыздығы 1700 кг/м³ жоғары ерітінділер үшін жүк алынып тасталып, тығыздық оң жақтағы шкала бойынша анықталады.

Иінді таразы-тығыздық өлшеуіш ВРП-1 бағаннан (8), өлшеу сауытымен (1) біріктіріп ұстатылған иіннен (6), иінге ұстатылған призмалардан (4 және 5), таразының жылжымалы бөлігін бағанмен қосушы жастықтан (3), екі өлшеу шкаласынан (жоғарғы және төменгі), сауытты жабатын қақпақтан (2) тұрады. Жоғарғы шкала бойынша есептеу үшін таразыны оң жақтағы призмаға (5) қойып, жүкті (7) жылжытады, ал сол төменгі шкала бойынша өлшеу үшін сол жақтағы призма арқылы жүргізіледі.

2-сурет. ВПР-1

1-өлшеу сауыты, 2- қақпақ, 3- жастық, 4, 5- призмалар, 6-иін,

7-жылжымалы жүк, 8- баған.

ВПР-1 таразысының жұмыс істеу принципі таразының сол және жылжымалы оң жақтары салмағының призмадағы тірекке қатысты тепе-теңдігіне негізделген.

Пикнометрмен тығыздық анықтау. Пикнометр тығынмен жабылатын және мойнында белгісі бар шыны ыдыс. Ерітінді сынамасмынан бөлінетін ауа мен газдың шығуы үшін канал жасалған.

Жұмысты жүргізу реті. Құрғақ, таза пикнометрге (Р₁) белгіге дейін бұрғылау ерітіндісін толтырып, тазалап, сүртіп өлшейді (Р₂). Бұрғылау ерітіндісінің тығыздығы төмендегі формула бойынша есептеледі:

= (Р₂ – Р₁)/ V_п (5)

V_п – пикнометр көлемі.

Шартты тұтқырлық

Бұрғылау ерітіндісінің тұтқырлығы мүмкіндігінше төмен болу қажет. Бұрғылау ерітіндісінің тұтқырлығы төмендеген сайын бұрғылау процесінің жалпы тиімділігі артатыны белгілі, яғни бұрғылау ерітіндісінің айналуына жұмсалатын энергетикалық шығын азаяды, ұңғы түбінің тазалануы жақсарады, қашауда жоғары гидравликалық қуатты іске асыруға мүмкіндік туады, сақиналы кеңістіктегі қысым шығыны азаяды. Сондықтан да, бұрғылау барысында бұрғылау ерітіндісінің шартты және пластикалық тұтқырлықтарын мүмкіндігінше төмендетуге тырысу қажет.

Шартты тұтқырлықты (Т,с) өлшеу үшін өлшем кружкасы мен воронкадан және қақпақ електен тұратын ВБР-1 вискозиметрі (3-сурет) қолданылады.

3-сурет. Вискозиметр ВБР-1

1-воронка,

2-кружка

Өлшеу реті. Вискозиметрдің дұрыс жұмыс істеу жағдайы тексеріледі. Содан кейін воронканың төменгі түтігін сол қол саусағымен жауып ұстап, елек арқылы воронкаға тексерілетін ерітінді құйылады да (700 см³), түтікті басып тұрған саусақ алынып, бір мезгілде секундомер қосылады. Кружка толған (500 см³) кезде секундомер тоқтатылып, түтік кайта жабылады. Секундомердің көрсетуі ерітінді шартты тұтқырлығын (Т, сек) сипаттайды.

Бұрғылау практикасында тығыздығы 1400 кг/м³ дейінгі бұрғылау ерітінділерінің шартты тұтқырлығы 30 с, ал 1400 жоғары ерітінділер үшін 45 с аспауы қажет.

Статикалық ығысу кернеуі

Ұңғыларды бұрғылау кезінде бұрғылау ерітінділерін қолдану, сонымен қатар оларды ірі дисперсиялық материалдармен (барит магнетит) ауырлату жуу сұйығы айналымы тоқтай қалған жағдайларда, бұрғыланылған тау жыныстары бөлшектерін бір орында ұстап тұруға қатысты. Сондықтан бұрғылау ерітінділеріне қойылатын негізгі талаптардың бірі, олардың тыныштықтағы тиксотропиялық беріктік қабілеті.

Бұрғылау ерітінділерінің тиксотропиялық қасиеттерінің көрсеткіші болып, 1 және 10 мин. тыныштықтан кейін өлшенілетін статикалық ығысу кернеуі ( ₁ , ₁₀) саналады.

Шектік статикалық ығысу кернеуі (СЫК) деп, ерітіндінің құрылымы бұзылып, оның ағып бастауына әсер ететін ерітіндіге түсірілетін минимальды жанама кернеуді айтады.

Статикалық ығысу кернеуін өлшеуде СНС-2 (4-сурет) және ротационды ВСН-3, (5-сурет) ВСН-2М приборлары қолданылуы мүмкін.

СНС-2 приборының жұмыс істеу принципі ішкі және сыртқы цилиндрлер арасында орналасқан бақылау ортасының ығысу кернеуін өлшеуге негізделген. Ығысу кернеуі қозғалмалы цилиндрдің өз осінде бұралу бұрышы бойынша анықталады.

Жұмысты жүргізу реті. Приборды жұмысқа пайдалану конструкциясы бойынша дайындайды. Тексерілетін бұрғылау ерітіндісінің сынамасын мұқият араластырып, көлемі 120 мл ерітіндіні айналмалы столға орналасқан сыртқы цилиндрге (2) құяды. Ішкі цилиндрді (10) сымға (7) бекітіп, іледі де, сыртқы цилиндр ішіндегі ерітіндіге жоғарғы шетіне дейін ендіреді, ерітінді жетпесе, толтыру қажет. Шкала ″0″-ін көрсету ойығына келтіріп, секундомерді қосады. Бір минут тыныштықтан кейін, секундомерді тоқтатып, электр қозғалтқышты қосады. Ілінбелі цилиндр тоқтағаннан кейін сымның бұралу бұрышын (φ₁) жазып алады. Ерітіндіні араластырып, шкаланы қайтадан ″0″-ге қойып, 10 минут тыныштықта қалдырылады.Содан кейін электр қозғалтқышты қосып, сымның бұралу бұрышын (φ₁₀) жазып алады.

4 – сурет. СНС-2

1– тік бұрышты плита; 2 – сыртқы цилиндр; 3 – электр қозғалтқыш;

4 – кронштейн; 5 – шкалалы диск; 6 – металл түтік; 7– серпінді

сым; 8 – ілгіш; 9 – баған; 10 – ішкі цилиндр; 11 – айналмалы стол

Шектік статикалық ығысу кернеуі (Па) төмендегі формула бойынша анықталады:

Ө_1,10 = А φ_1,10 (6)

А – прибор коэффициенті (сым нөміріне байланысты прибор паспортында беріледі).

5-сурет. ВСН – 3

1– редуктор; 2,4 –- синхронды қозғалтқыш; 3 – редукторды қосу;

5 – муфта; 6 – трансмиссия білігі; 7 - өлшеу шкаласы;

8 – айналдыру басы; 9 – динамометр; 10 – айналдыру басы;

11 – ротор; 12 – ішкі цилиндр; 13 – сауыт; 14 – қозғалмалы

кронштейн; 15 – корпус

ВСН-3 приборының жұмыс істеу принципі СНС-2 приборының жұмыс істеу принципінен ұқсас.

Жұмысты жүргізу реті. Өлшеу алдында таза, құрғақ сауытты бұрғылау ерітіндісімен толтырып, кронштейнге орналастырады да, «сеть» тумблерін қосып, тексерілетін ерітіндіні 600 айн/мин жиілікпен бір минут айналдырады да, тумблерді өшіріп, өшіргіш қосқышын айналу жиілігінің «0,2»-не қояды. Ерітіндіні бір және он минут тыныштықта қалдырғаннан кейін, тумблерді қосып, өлшеу элементінің бұрылу бұрышы бойынша шкала көрсетуінің ерітінді құрылымының бұзылуына сәйкес келетін максимальді мәндерін жазып алады.

Статикалық ығысу кернеуінің шектік мәні (Па) төмендегі формула бойынша есептелінеді

(7)

К – серіппенің 1⁰–қа бұралуына сәйкес келетін статикалық ығысу кернеуінің мәні (ВСН-3 приборының паспортында көрсетілген);

- өлшеу элементінің бұрылу бұрышы, градус.