§ 9. Плотность

Плотность - это масса ед-цы объема в-ва, измеряется в г/см³ или т/м³. Различают кажущуюся и истинную плотность. Первая хар-ет р-р, выходящий из скважины и содержащий газообразную фазу, а вторая - р-р без газовой фазы и определяется расчетным путем. Плотность ж-сти определяют с помощью рычажных весов, ареометров АГ-2, АГ-ЗПП, пикнометра.

Рычажные весы состоят из рычага, на котором нанесена шкала плотности и установлен движок с риской. К одному концу рычага прикреплена кружка для р-ра, к другому - противовес. Рычаг устанавливается на опорной призме, помещенной в стойку, которая закреплена на неподв. основании. Плотность (кажущуюся) на рычажных весах измеряют следующим образом.

По показанию уровня на приборе устанавливают весы в горизонтальное положение с помощью уравнительных винтов. Рычаг снимают со стойки, кружку заполняют до краев БР, очищенным от шлама, закрывают крышкой, тщательно обмывают водой и устанавливают на призму. Перемещением движка по рычагу уравновешивают кружку. Величина плотности БР соответствует делению шкалы, которое совпадает с риской движка.

Для проверки правильности показаний кружку заполняют до краев пресной водой, закрывают крышкой, насухо вытирают и устанавливают вместе с рычагом на стойку. Движок ставят так, чтобы риска его совпала с делением на шкале, показывающем плотность 1,0 г/см³-. Если при таком положении движка кружка окажется неуравновешенной, то следует облегчить или утяжелить дробью контргруз до равновесного положения. Затем воду выливают, насухо вытирают кружку и заполняют ее заранее приготовленным р-ром плотностью 2,0 г/см³. Исправные весы должны находиться в равновесии при установке риски движка против деления на рычаге, показывающего 2,0 г/см³.

Приборы АГ-2 и АГ-ЗПП (ТУ25-08-543—69) по конструкции одинаковы, но прибор АГ-ЗПП имеет шкалу поправок, поэтому приводится только работа ареометра АГ-ЗПП, как более соверш-го.

Ареометр АГ-ЗПП состоит из мерного стакана, поплавка со стержнем и съемного грузика. Стакан крепится к поплавку на резьбе или при помощи штифтов. На стержне имеются 2 шкалы: основная, по которой измеряется плотность БР, и поправочная, которая используется при применении минерализованной воды. Основная шкала для удобства делится на 2 части: одна служит для измерения плотности от 0,9 до 1,7 г/см³, при этом на мерный стакан навинчивается грузик; вторая служит для измерения плотности от 1,6 до 2,4 г/см³ (при снятом грузике).

Прибор поставляется в комплекте с ведерком для воды, в которое он погружается. Стакан наполняют БР, очищенным от шлама, и закрывают поплавком так, чтобы штифты его вошли в отверстия стакана. Легким поворотом закрепляют поплавок в стакане. Ареометр тщательно обмывают и опускают в ведерко с пресной водой. Деление, до которого ареометр погрузится в воду, покажет в-ну плотности р-ра.

Перед замером плотности БР каждый раз определяют поправку. Для этого ареометр заполняют той же водой, в которую его погружают, и отсчитывают поправку по делению шкалы поправок, до которой погрузился прибор. Например, показания поправочной шкалы 0,05 г/см³, а основной 1,25 г/см³, тогда  = 1,25 + 0,05=1,30 г/см³.

Пикнометр представляет собой полый металл. или стеклянный узкогорлый цилиндр. Перед замером пл-сти на аналитических весах взвешивают пустой пикнометр, а затем наполненный ДВ; результаты записывают. В чистый сухой пикнометр наливают БР, очищенный от шлама, встряхивают несколько раз, взвешивают на весах и определяют плотность р-ра по формуле:

γ_к = Рпр-Рп / Vп

где γ_к-кажущаяся γ р-ра, г/см³; Рпр - масса пикнометра с р-ром, г; Рп - масса пустого пикнометра, г; Vп - объем пикнометра, см³;

Vп = Рпв – Рп

(Рпв - масса пикнометра с ДВ).

Истинную плотность бурового раствора, содержащего газообразные компоненты, определяют по формуле:

γ_ист = γ_к / (1 – Vг / 100)

где γ_ист – истинная, г/см³; γ_к – кажущаяся, г/см³; V_г - объем газов, % (определяется 2^мя методами: на приборе ВГ-1М или разбавленнием БР).

Плотность БР, обеспечивающая равенство г/ст. давления в стволе скважины и в пласте, опр-ся из выражения:

γ = 10р_пл /Н

(р_пл - пласт. давление, кгс/см²; Н - глубина скважины, м).

Так, при давлении в пласте 70 кгс/см² на глубине 500 м плотность БР, обеспечивающая равенство давлений в стволе скважины и пласте, будет равна 1,4 г/см³.

Плотность в больш-ве случаев поддерживается на 5-15% выше расчетной в зависимости от ГТ условий бурения.

Выбор плотности БР для предотвращения поглощения. При бурении скважин зачастую встречаются зоны поглощений различной интенс-ти. В случае появления поглощения определяют приблизительно его инт-сть (например, за 10 мин уровень ж-сти в рабочих приемах снизился на 10 см), останавливают циркуляцию и замеряют стат. уровень. Плотность БР для предотвращения дальнейшего поглощения рассчитывают по формуле:

γ₂ = γ₁ Н₂ / Н₁

где γ₂ - требуемая, г/см³; γ₁ - исходная, г/см³; Н₂ - высота уровня ж-сти от забоя, м; Н₁ – факт. глубина скв., м.

Пример. В скважине глубиной 2000 м уровень р-ра плотностью 1,2 г/см³ опустился на 250 м. Высота уровня от забоя 1750 м. Искомая плотность р-ра: γ₂ = 1,2х1750/2000 = 1,05 г/см³.