13. Понятие о плотности бурового раствора и её расчёт, приборы для замера плотности.
Плотность – это масса единицы объема. Она влияет на величину гидростатического давления столба промывочной жидкости на стенки скважины и забой.
При наличии в разрезе водогазонефтепроявляющих пластов обычно давление бурового раствора в скважине поддерживают несколько большим пластового с тем, чтобы предотвратить поступление пластовых флюидов в скважину. Иногда плотность увеличивают для предупреждения обвалообразований.
При поглощениях бурового раствора плотность его уменьшают для снижения давления на забое.
Определяется плотность из условий создания противодавления на пласт по формуле:
где ρ – плотность бурового раствора, при вскрытии газонефтеводосодержащих пластов, кг/м3;
К – коэффициент превышения гидростатического давления бурового раствора в скважине над пластовым в зависимости от глубины;
Рпл – пластовое давление, Мпа;
Lп – глубина залегания кровли пласта, м;
g – ускорение силы тяжести, м/с2.
При Lп < 1200 м К ≥ 1,10, при Lп > 1200 м К ≥ 1,05.
Рассчитанное по формуле значение плотности ρ необходимо проверить, чтобы не допустить гидроразрыва слабого пласта гидростатическим давлением промывочной жидкости.
кг/м3
где РГ – давление гидроразрыва слабого пласта, МПа;
L С – глубина залегания подошвы слабого пласта, м.
Необходимо, чтобы ρГ > ρ.
Проверочный расчет на гидроразрыв выполняется при наличии в геологическом разрезе слабого пласта.
Измеряется плотность бурового раствора с помощью ареометра, рычажных весов или пикнометра в кг/м3 или г/см3.
14. Параметры, характеризующие реологические свойства бурового раствора, приборы для их определения.
Реологические свойства, т. е. свойства, связанные с сопротивлением деформированию и течению.
Характеризуются вязкостью, статическим и динамическим напряжением сдвига.
Вязкость характеризует прокачиваемость буровых растворов и обусловлена внутренним трением в них. При бурении следует поддерживать минимально необходимую вязкость раствора. При излишне высокой вязкости, вследствие больших гидравлических сопротивлений в кольцевом пространстве, возможны раскрытие трещин в слабых пластах (гидроразрыв) и поглощения промывочной жидкости, хуже очищается раствор от шлама и газа; увеличивается давление на забой; снижаются подача бурового насоса и мощность турбобура; хуже охлаждается долото. Но, раствор с повышенной вязкостью поглощается менее интенсивно, выносит шлам при меньшей скорости восходящего потока.
Обычно измеряют динамическую, пластическую и условную вязкость. Динамическая и пластическая вязкость определяется с помощью ротационного вискозиметра (ВСН-3), в Па·с, условная вязкость замеряется полевым вискозиметром СПВ-5, ВБР-1, в с.
Глинистые растворы обладают способностью образовывать структуру в состоянии покоя и переходить в подвижное состояние при перемешивании.
Для характеристики прочности структуры в покое и при движении приняты два показателя: статическое напряжение сдвига (СНС) и динамическое напряжение сдвига (ДНС).
СНС – это максимальное касательное напряжение, которое возникает в глинистом растворе в момент начала его движения. Измеряют СНС через 1 и 10 минут покоя раствора, в Па или дПа.
ДНС – условная величина, характеризующая предел текучести в потоке бурового раствора, в Па или дПа.
Динамическое и статическое напряжение сдвига определяют на ротационном вискозиметре ВСН-3. СНС еще замеряют на приборе СНС-2.
В связи с различными условиями проводки глубоких скважин, к реологическим свойствам предъявляются разные требования. Так, с увеличением реологических параметров возрастают гидравлические сопротивления. Это приводит к большим давлениям на буровых насосах, особенно при турбинном бурении. Поэтому следует снизить и довести до нормальной величины эти параметры.
С повышением статического напряжения сдвига увеличивается удерживающая способность глинистого раствора и уменьшается уход промывочной жидкости в зонах поглощения. При электрометрических работах нежелательна большая величина СНС, поскольку затрудняется спуск замеряющих устройств в скважину.
Высокие значения СНС ухудшают очистку бурового раствора от выбуренной породы. Высокая прочность структуры раствора снижает степень очистки промывочной жидкости.
Промывочная жидкость должна обладать способностью образовывать структуру с минимальной прочностью, достаточной для удержания частиц выбуренной породы и утяжелитель во взвешенном состоянии при прекращении циркуляции раствора.