Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Водоотдача и толщина фильтрационной корки

Читайте также:
  1. Измерение показателей фильтрации (водоотдачи) глинистого раствора, толщины фильтрационной корки и концентрации ионов водорода
  2. Номинальныеширина впадины и толщина зуба принимаются равными размеру дуги по делительной окружности.
  3. Ориентировочная основа действий при проведении инфильтрационной анестезии на верхней и нижней челюстях
  4. По глубине введения МА существует несколько разновидностей инфильтрационной анестезии
  5. Толщина слоя должна быть от 0,5 до 2,0 мм
  6. Толщина срезаемого слоя при протягивании, мм

Под водоотдачей В (фильтрацией) понимается способность промывочной жидкости отфильтровывать жидкую фазу в поро­ду под действием избыточного давления в скважине. Процесс водоотдачи сопровождается образованием фильтрационной корки.

Сущность водоотдачи сводится к следующему. Все горные. породы — в той или иной степени пористые и трещиноватые. Вскрытие горных пород скважиной сопровождается проникно­вением в поры и трещины промывочной жидкости. При этом частицы твердой фазы не проникают в глубь массива горных пород на большие расстояния, а отлагаются в устьях пор и тре­щин и образуют сплошную пленку, пронизанную тончайшими капиллярами. Размеры этих капилляров таковы, что через них фильтруется только вода. Частицы твердой фазы группируются вокруг каналов фильтрации и постепенно уменьшают их сече­ние. Так, на стенках скважины образуется фильтрационная корка. По мере ее утолщения сопротивление прохождению через нее жидкой фазы возрастает и скорость фильтрации сни­жается. Величина водоотдачи определяется свойствами фильт­рационной корки, образуемой данной промывочной жидкостью.

 

Рис. 20. Схема образования фильт­рационных корок:

а — тонкой корки при качественном глини­стом растворе; б — толстой корки при не­качественном глинистом растворе; белые кружки обозначают грубые частицы, точ­ки — коллоидные частицы, породы стенок скважины заштрихованы

 

Скорость образования и толщина корки различны и зависят от ряда факторов, в том числе от качества промывочной жид­кости. Высокодиспергированные растворы образуют, как пра­вило, тонкие, но плотные корки, фильтрация воды через кото­рые со временем приближается к нулю. Грубодисперсные, низ­кокачественные нестабильные растворы образуют толстые, рых­лые и неплотные корки с устойчивыми размерами капилляров, через которые продолжает протекать вода. Такие растворы ха­рактеризуются высокой водоотдачей.

Схема образования фильтрационных корок показана на рис. 20.

Фильтрационная корка характеризуется толщиной и лип­костью. Толстая рыхлая корка уменьшает диаметр скважины, приводит при выполнении спуско-подъемных операций к обра­зованию пробок и затяжкам бурильного инструмента, к росту перепадов давления на стенки скважины. Липкая корка (даже тонкая) — плотная и может привести к прихвату бурильного инструмента, особенно при бурении глубоких наклонных сква­жин. При нормальных условиях бурения толщина фильтраци­онной корки не должна превышать 2 мм.

В процессе бурения вода в поры и трещины горных пород отфильтровывается при циркуляции раствора. Динамическая фильтрация воды из промывочной жидкости происходит в два этапа. На первом этапе наблюдается нарастание фильтрацион­ной корки, на втором этапе прекращается рост толщины фильт­рационной корки и скорость фильтрации стабилизируется в связи с наступлением динамического равновесия процесса.

Описанный механизм водоотдачи сопровождается физико-химическим изменением горных пород в прискважинной зоне. Глубина и характер этих изменений определяются видом гор­ных пород и химическим составом дисперсионной среды промы­вочной жидкости. Поэтому ограничение водоотдачи имеет боль­шое значение, особенно при бурении в пористых, рыхлых и на­рушенных породах. Повышение температуры приводит к росту водоотдачи и тол­щины фильтрационной корки. Характер влияния температуры на водоотдачу глинистого раствора показан на рис. 21. Растворы с высокодиспергированной твердой фазой подвержены влиянию температуры в меньшей степени.

 

 

 

 

Рис. 21. Зависимость глинистого раствора Рис. 22. Зависимость механической от температуры скорости бурения от водоотдачи

промывочной жидкости

 

 

При увеличении давления в скважине неоднозначно изменя­ется водоотдача. Фильтрационные корки ряда промывочных жидкостей, например глинистых растворов, обработанных не­которыми реагентами, при увеличении давления могут уплот­няться, что приводит к уменьшению водоотдачи. Увеличение последней положительно сказывается на механической скорости бурения. При повышенной водоотдаче фильтрат быстрее прони­кает в породу забоя, снижая ее прочность. Более интенсивно выравнивается поровое давление в породах до гидростатическо­го в скважине. С ростом водоотдачи особенно эффективно уве­личивается механическая скорость бурения в глинах. Влияние фильтрации промывочной жидкости на механическую скорость бурения приведено на рис. 22. Однако возможность приведен­ных выше осложнений обусловливает необходимость уменьше­ния водоотдачи.

Существующие приборы для измерения водоотдачи делятся на работающие под давлением и работающие под вакуумом. Первые подразделяются на приборы, измеряющие статическую водоотдачу, и приборы, измеряющие динамическую водоотдачу (в процессе циркуляции над фильтром). Последние сложны и пока используются лишь в научных исследованиях.

К наиболее распространенным в практике разведочного бу­рения приборам относятся ВМ-6 и ВГ-1М, в которых водоотда­ча измеряется в статическом состоянии при перепаде давления 0,1 МПа. За показатель фильтрации принимается количество жидкости, отфильтровавшейся через круглый бумажный фильтр площадью 28 см2 за 30 мин.

Прибор ВМ-6 имеет две конструкции. Первая (рис. 23, а) состоит из трех основных узлов: напорного цилиндра с плун­жером, фильтрационного стакана и плиты с кронштейном. В фильтрационном стакане между собственно стаканом 5 и его поддоном 9, соединенными на резьбе, в специальной кольцевой выточке зажимается металлический корпус фильтра 7, на кото­рый при измерении укладывают смоченный в воде кружок фильтровальной бумаги 6. С помощью винта 11 клапан 10 с ре­зиновой прокладкой 5 прижимают к нижней стороне корпуса фильтра, перекрывая таким образом каналы фильтрации.

Фильтрационный стакан в собранном виде устанавливают в кронштейн 13 и заливают в него испытуемую жидкость 14. На резьбу горловины стакана 5 навинчивают напорный цилиндр 3 с чашкой в нижней части и проверяют, перекрыт ли дроссель­ный кран 4. После этого в цилиндр 3 заливают масло 15, уста­навливают на цилиндр плунжер 1 с грузом 2 и, выпуская лиш­нее масло с помощью дроссельного крана 4, совмещают нуле­вое деление шкалы прибора с риской в верхней части цилинд­ра. Затем открывают клапан 10 и включают секундомер.

Под действием давления от веса плунжера через фильтро­вальную бумагу и постепенно образующуюся на ней фильтра­ционную корку из промывочной жидкости отфильтровывается жидкость, стекая через отверстия в поддоне 9. По мере отделения фильтрата объем раствора уменьшается — и плунжер с грузом медленно опускается вниз. Через 30 мин по шкале и риске на цилиндре 2 фиксируют объем отфильтрованной жид­кости в см3.

Не всегда удается совместить нулевое деление с риской. В этом случае записывают показание на шкале против риски, принимая его за нуль, и из полученного значения водоотдачи вычитают число, принятое за нуль.

После взятия отсчета открывают дроссельный кран 4, выпус­кают остатки масла из цилиндра 3. Затем при открытой игле вынимают плунжер из цилиндра, отвинчивают цилиндр и сли­вают масло из чашки в подготовленную емкость. Вынув из кронштейна фильтрационный стакан, выливают из него остатки жидкости и масла и разбирают, извлекая фильтр с образовав­шейся фильтрационной коркой. Осторожно смыв с фильтраци­онной корки промывочный раствор, измеряют ее толщину по­гружением стальной линейки.

По окончании разборки все детали прибора тщательно про­мывают, протирают и прибор собирают.

В комплект прибора входит баллончик для масла и ванноч­ка 12 для сбора фильтрата. Последняя при измерении водоот­дачи устанавливается под отверстиями поддона.

Модификация прибора ВМ-6 (рис. 23, б) отличается устрой­ством нижней части. Изменена конструкция поддона 7, который приобретает функцию опорной части прибора. Поддон в нижней части имеет кольцевые канавки, соединенные сквозным отвер­стием с чашей. Отверстие перекрывается пробкой 6, играющей роль запорного клапана.

При сборке фильтрационного стакана на поддон 7 уклады­вается смоченный кружок фильтровальной бумаги 9, на кото­рый укладывается кольцевая резиновая прокладка 8, после че­го навинчивается до упора собственно стакан 5. Затем отвер­стие перекрывается пробкой 6, и узел готов к работе. Осталь­ные операции аналогичны операциям при работе с прибором описанной выше конструкции.

Максимальная водоотдача, которую можно измерить непо­средственно на приборах ВМ-6, составляет 40 см3 за 30 мин. Для того чтобы можно было измерить больший показатель, к прибору прилагаются бланки с двойной логарифмической сет­кой (рис. 24). Зависимость водоотдачи от времени на такой сетке выражается прямой линией. Измерив водоотдачу через более короткие отрезки времени, например 2 и 5 мин, и отло­жив соответствующие точки на графике, можно провести через эти точки прямую и продолжить ее до пересечения с ординатой, соответствующей 30 мин. Точка пересечения дает водоотдачу за 30 мин.

Толщина и качество фильтрационной корки при таком мето­де определения не являются показательными. Этот метод ис­пользуется и для ускорения измерения водоотдачи. При этом для большей надежности делают три-четыре измерения, напри­мер через 1, 2, 3 и 5 мин.

Водоотдачу, лежащую за пределами шкалы измерений при­бора, можно определить и расчетным путем. Решение уравнения фильтрации жидкости при переменной толщине фильтрацион­ной корки приводит к выводу, что количество отфильтровавшейся жидкости V за время t определяется равенством

V = аt 1/2, (III.21)

где а — коэффициент, учитывающий свойства фильтрационной корки и вязкость дисперсионной среды.

Приведенное уравнение позволяет вычислить водоотдачу промывочного раствора за любой промежуток времени, если известна его величина за любой другой промежуток:

С помощью прибора ВМ-6 можно определять содержание га­за (воздуха) в структурированной промывочной жидкости. Для этого плунжер прибора закрывается изнутри пробкой, отделяю­щей воздух, находящийся в штоке, от исследуемой промывочной жидкости. На собранный для измерения водоотдачи прибор на­кладывается груз массой G. В результате сжатия газа плунжер опускается на определенное число делений п. Содержание газа V 2(в %) в промывочной жидкости вычисляют по формуле

V 2 =1,05(4/ G +1) n. (III.23)

Водоотдачу промывочных жидкостей, содержащих газ (воз­дух), и объем газовой фазы (в %) определяют в условиях буре­ния на приборе ВГ-1M (рис. 25). Прибор имеет удлиненные по сравнению с прибором ВМ-6 плунжер и цилиндр, а также шка­лу, разделенную на две части: нижнюю — для измерения содер­жания газа, верхнюю — для измерения водоотдачи. Шкала пе­ремещается в вертикальном направлении с помощью винтов, что необходимо для установки на нуль по шкале «газ».

Сначала определяется содержание газа. Плунжер, сжимая пробу раствора с газом, опустится. Деление шкалы «Газ», оста­новившееся против отсчетной риски на верхнем крае втулки ци­линдра, укажет процентное содержание газа в исследуемом растворе. Отсчет по шкале надо брать сразу же после останов­ки груза-шкалы.

После измерения количества газа в растворе определяют во­доотдачу. Спуская избыток масла с помощью дроссельного кра­на, совмещают нулевое деление на шкале «Водоотдача» с от­счетной риской на втулке цилиндра, открывают клапан и через 30 мин берут отсчет.

Вакуумный способ измерения применяется в стационарных лабораториях. Преимущества его — более благоприятные усло­вия измерения и возможность исследования стабильных аэри­рованных жидкостей. Схема вакуумной установки показана на рис. 26. Установка состоит из вакуумного насоса 9, вакуумного манометра 8, колбы 1, соединенной с вакуумным насосом шлан­гом 3 со стеклянным краном 4. Внутрь колбы помещается гра­дуированная пробирка 2 для сбора фильтрата, в верхней части колбы с помощью резиновой пробки 5 с отверстием установлена воронка Бюхнера 7.

Рис. 27. Прибор ПВД-8

Водоотдачу измеряют сле­дующим образом. На перфори­рованную часть воронки Бюхнера помещают два смоченных кружочка фильтровальной бу­маги 6, диаметр которых равен внутреннему диаметру цилинд­рической части воронки. При включении на короткое время вакуумного насоса фильтро­вальная бумага присасывается к воронке. Перекрыв кран 4, включают вакуумный насос и заливают в цилиндрическую часть воронки испытываемую жидкость. По достижении мак­симального разрежения от­крывают кран и включают се­кундомер. Через 30 мин пере­крывают кран, снимают во­ронку 7, достают пробирку и измеряют объем фильтрата.

В скважине процесс отфильтровывания жидкой фазы происходит при более высоких давлениях, чаще в динамических условиях. Приборы для опре­деления водоотдачи в динамических условиях сложны и исполь­зуются пока только в хорошо оснащенных лабораториях для научных исследований. Схема такого прибора (ПВД-8) пока­зана на рис. 27.

Прибор работает следующим образом. Раствор из нагнета­тельной линии через кран 1, фильтр 3 и открытую задвижку 2 поступает в кольцевое пространство, образованное корпусом 4 и фильтром 5. Площадь цилиндрической поверхности фильт­ра 5 равна площади фильтра стандартного прибора ВМ-6. От­фильтрованная жидкость, преодолевая сопротивление пружины редукционного клапана 6, стекает в измерительный цилиндр 7. Циркулирующая жидкость через распределительную муфту 8 удаляется из системы. Давление контролируется манометром 9. Прибор позволяет измерять водоотдачу при перепаде давле­ния до 15 МПа и скорости циркуляции промывочной жидкости, равной скорости подъема раствора в кольцевом пространстве скважины.


Дата добавления: 2015-07-15; просмотров: 850 | Нарушение авторских прав


Читайте в этой же книге: ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ | ОСНОВЫ МЕХАНИКИ ПРОМЫВОЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ И ТАМПОНАЖНЫХ РАСТВОРОВ | Раздел второй Промывочные жидкости | Удержание частиц выбуренной породы во взвешенном состоянии | Физико-химическое воздействие на разрушаемые горные породы | Антивибрационные функции | Сохранение теплового режима скважин в многолетнемерзлых породах | КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОМЫВОЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ | ПЛОТНОСТЬ | ВЯЗКОСТЬ |
<== предыдущая страница | следующая страница ==>
СТАТИЧЕСКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ СДВИГА| СТАБИЛЬНОСТЬ И СУТОЧНЫЙ ОТСТОЙ

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.009 сек.)