title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Контроль за качеством глинистого раствора

Контроль за качеством глинистого раствора

Пригодность раствора для бурения в конкретных условиях определяется следующими параметрами его качества: плотностью, вязкостью, содержанием песка, стабильностью, водоотдачей.
Плотность (?) глинистого раствора — это масса единицы объема, измеряемая в кг/м3. Плотность раствора определяет величину гидростатического давления промывочной жидкости на забой и стенки скважины. Повышение гидростатического давления позволяет предупредить обрушение стенок скважины в неустойчивых породах. Вместе с этим увеличение гидростатического давления способствует уходу промывочной жидкости из скважины по трещинам вскрытых ею пород. Кроме того, рост давления столба жидкости на забой скважины ухудшает уcловия разрушения породы и уменьшает механическую скорость проходки.
В нормальных (неосложненных) условиях бурят скважины с промывкой глинистым раствором плотностью ? = 1100/250 кг/м3.
Плотность бурового раствора измеряется ареометром АБР-1.
Ареометр АБР-1 (рис. 8, а) состоит из стакана 2 со съемным грузиком 3 и поплавка 1. На цилиндрической части поплавка нанесены две основные шкалы (левая — от 0,8 до 1,7, правая — от 1,7 до 2,6) и шкала поправок. Испытуемым раствором наполняют стакан 2 из котелка 5 и резьбой присоединяют к нему поплавок. После этого опускают ареометр в ведро 4 с водой и по левой (основной) шкале против уровня воды снимают показание. Если раствор утяжеленный и ареометр полностью тонет в воде, грузик 3 отделяют от стакана и отсчет снимают по правой шкале.
Перед замером плотности раствора определяют поправку. Для этого стакан ареометра заполняют той же водой, в которую его погружают и снимают показание шкалы поправок. Эту поправку учитывают. Например, показание поправочной шкалы + 0,05, а основной 1,2, тогда ? = (1,2 + 0,05) * 1000= 1250 кг/м3.

Вязкость (T) характеризует способность глинистого раствора выносить шлам с забоя и замазывать трещины в породах стенок скважины, предупреждая потери промывочной жидкости. Вместе с тем повышенная вязкость раствора требует увеличения давления для его прокачивания и затрудняет очищение его от шлама на поверхности.
Вязкость глинистого раствора зависит от качества исходных материалов, использованных для его приготовления, а также от концентрации и размера частиц глины. Чем меньше частицы глины и чем их больше в растворе, тем выше его вязкость. Наиболее вязкие растворы можно приготовить из бентонитовой глины и мягкой воды.
В практике буровых работ пользуются условной вязкостью глинистого раствора, определяемой временем истечения 500 см3 раствора через трубку, внутренний диаметр которой равен 5 мм.
Для измерения условной вязкости бурового раствора используют вискозиметр ВБР-1 (рис. 8, б), состоящий из воронки 7емкостью 700 см3, заканчивающейся латунной трубкой 8 с 5-мм отверстием, мерной кружки 9 емкостью 500 см3, ковша 10, сетки 6 и секундомера.
Отверстие латунной трубки снизу закрывают пальцем и в воронку через сетку ковшом наливают испытуемый раствор до перелива через край. Затем под воронку подставляют мерную кружку и, отнимая палец от отверстия трубки, пускают в ход секундомер. Время наполнения кружки в секундах характеризует условную вязкость данного раствора.
Вискозиметр следует периодически проверять «водным числом», т. е. временем истечения из воронки 500 см3 чистой воды, которое должно быть равно 15 с.
Бурение в несложных условиях следует вести, применяя глинистый раствор вязкостью 18—22 с. Для борьбы с потерей циркуляции промывочной жидкости в трещиноватых породах вязкость раствора доводят до 40—50 с и более, вплоть до состояния «не течет». При бурении скважин на воду применяют растворы вязкостью от 18 до 35 с.
Содержание песка (П) в глинистом растворе характеризует качество глины, используемой для его приготовления, и степень загрязненности раствора частицами разбуренных пород. С увеличением содержания песка в растворе возрастает износ трущихся частей бурового насоса и бурильных труб. Чрезмерно большое содержание песка в промывочной жидкости может привести к прихвату бурильного инструмента в скважине.
Содержание песка в глинистом растворе определяется отстойником металлическим ОМ-2 (рис. 8, в), который представляет собой металлический цилиндр 12 емкостью 500 см3, нижней частью соединенный со стеклянной бюреткой 13, на боковой поверхности которой нанесены деления через 0,1 см3. Сверху отстойник закрывается крышкой 11, имеющей форму стаканчика емкостью 50 см3.
Для определения содержания песка в отстойник заливают 50 см3 глинистого раствора (отмеряется крышкой) и 450 см3 воды (до уровня отверстия в верхней части отстойника). После энергичного взбалтывания содержимого отстойник устанавливают вертикально и оставляют в покое на 1 мин. Объем (в см3) осевшего за это время песка в бюретке умножают на два и получают содержание песка, выраженное в процентах к объему пробы промывочной жидкости.
Предельно допустимое содержание песка в промывочной жидкости 4 %.
Стабильность (С) глинистого раствора определяют цилиндром стабильности ЦС-2 (рис. 8, г), представляющим собой цилиндрический сосуд с отводящей трубочкой в средней части его боковой поверхности. Глинистым раствором наполняют прибор и оставляют в покое на 24 ч. После этого, пользуясь отводом на стенке прибора, отделяют верхнюю часть раствора от нижней и ареометром измеряют их плотность. Разность плотности нижней и верхней части раствора, характеризующая его стабильность, должна быть не более 20 кг/м3.
Водоотдача (В) характеризует способность глинистого раствора отдавать свободную воду пористым породам, в результате чего происходит глинизация стенок скважины. При высокой водоотдаче раствора снижается качество глинизации и ухудшается устойчивость стенок скважины. Для получения глинистого раствора с низкой водоотдачей необходимы высококачественная (бентонитовая) глина, мягкая вода и хорошее измельчение глины в растворе.
Показателем водоотдачи является количество воды (см3), отфильтровывающейся в течение 30 мин из 100 см3 глинистого раствора через бумажный фильтр диаметром 75 мм под избы точным давлением 0,1 МПа.
Применяемый для определения показателя водоотдачи глинистого раствора прибор ВМ-6 (рис. 8, д) состоит из основания 22, фильтрационного стакана 18, напорного цилиндра 16 и плунжера 14 с грузом 15. На дно основания 22, имеющего водоотводные канавки, укладываются смоченный в воде кружок фильтровальной бумаги 21 и кольцевая уплотняющая прокладка 19. Затем в основание ввинчивается фильтровальный стакан, а отверстие, связанное с водоотводными канавками, закрывается пробкой 20. Тщательно перемешанным испытуемым раствором заполняют стакан 18 прибора. На стакан навинчивают напорный цилиндр 16, в который заливают машинное масло. В цилиндр вводят плунжер 14 с грузом 15, создающим через масло на буровой раствор избыточное давление 0,1 МПа. Пользуясь запорной иглой 17, приоткрывают отверстие в нижней части цилиндра, сливают через него масло в кольцевую емкость и добиваются совмещения нулевого деления прозрачной шкалы плунжера с меткой M на цилиндре. Вынимают пробку 20 из отверстия основания и одновременно фиксируют время. В результате давления, создаваемого плунжером, свободная вода из глинистого раствора проходит через фильтровальную бумагу, водоотводные канавки и отверстие основания 22 в его кольцевую емкость. Плунжер со шкалой при этом опускается. Отсчет водоотдачи снимают через 30 мин по шкале против метки напорного цилиндра.
Водоотдача глинистых растворов, применяемых при бурении в нормальных условиях, не должна превышать 20—25 см3 за 30 мин. В осложненных условиях бурения по рыхлым, неустойчивым, а также пучащимся породам для предупреждения обвалов и прихватов снаряда водоотдачу фильтрации глинистого раствора посредством химической обработки снижают до 5—6 и даже 2—3 см3 за 30 мин.
Закончив определение водоотдачи прибор BM 6 разбирают, вынимают из стакана фильтровальную бумагу и миллиметровой линейкой измеряют толщину образовавшейся на ней глинистой корки. Величина ее прямо пропорциональна водоотдаче раствора. Нормальной считается толщина корки 2—3 мм.
Описанные свойства растворов определяются как при их приготовлении, так и в процессе применения для контроля за изменением качества и своевременной замены раствора, его очистки или обработки реагентами.
Названные приборы входят в комплект переносной лаборатории ЛБР-3.
Рассмотренные методы измерений применяют для определения свойств не только глинистых растворов, но и любых промывочных жидкостей.
При централизованном приготовлении буровых растворов на глиностанциях измеряется также статическое напряжение сдвига (?), характеризующее прочность структуры глинистого раствора, т. е. его способность удерживать частицы шлама во взвешенном состоянии при прекращении циркуляции. Повышение статического напряжения сдвига необходимо также для борьбы с потерей циркуляции при бурении в пористых или трещиноватых породах, а также при утяжелении глинистого раствора инертными наполнителями для создания противодавления на высоконапорные горизонты.
Вместе с тем высокое статическое напряжение сдвига осложняет очистку раствора от шлама и требует повышенного давления на насосе в момент его пуска.
Статическое напряжение сдвига измеряют ротационным пластометром СНС-2 (рис. 8, е). В кольцевой зазор между цилиндром 25 и стаканом 27 заливают хорошо перемешанный глинистый раствор и оставляют в покое для образования структуры на 1 мин. Затем включают электродвигатель 26, который через ременную передачу приводит стакан во вращение с частотой 0,2 об/мин. По шкале наблюдают за вращением цилиндра, который, будучи связан с образовавшим структуру раствором, вовлекается во вращение. Цилиндр поворачивается до тех пор, пока усилие в закручиваемой стальной нити 23 диаметром 0,3—0,5 мм, на которой подвешен цилиндр и градуированный лимб 24, не станет равным усилию сцепления раствора со стенками цилиндра. В этот момент структура раствора разрушается, и происходит сдвиг его у стенок цилиндра. Вращение цилиндра прекращается. Угол закручивания нити отмечают по шкале лимба. Второе измерение производят аналогично, но при выдержке залитого в прибор раствора в течение 10 мин.
Вычисляют статическое напряжение сдвига (в Па) по формуле

где ?? — угол закручивания нити, градус; n — постоянная для данного прибора.
Чем больше отношение ?10/?1, тем лучше тиксотропные свойства глинистого раствора (?10 и ?1 — статическое напряжение сдвига, измеренное при выдержке раствора в течение соответственно 10 и 1 мин).
Статическое напряжение сдвига ?1 нормальных глинистых растворов колеблется в пределах 1,5—2,5 Па. Для утяжеления используют растворы с ?1 = 4/6 Па, а в целях предупреждения поглощений — с ?1 = 10/20 Па.
Водородный показатель (pH) отражает характер и интенсивность физико-химических процессов, зависящих от концентрации водородных ионов в буровом растворе.
В нейтральном растворе pH=7. При рН?7 среда щелочная, а при рН?7 — кислотная. Для каждой глины и приготовленного из нее раствора существует определенная область значений pH, в которой раствор наиболее стабилен. За их пределами глинистый раствор коагулирует. Зная водородный показатель раствора, можно эффективно проводить его химическую обработку.
В полевых условиях водородный показатель определяется по изменению цвета индикаторной бумаги, погружаемой в отфильтровавшуюся при определении водоотдачи раствора воду.

title-icon Подобные новости