Плотность буровых растворов. Значение плотности буровых промывочных жидкостей при бурении скважин. Выбор и регулирование плотности БПЖ. Приборы для определения плотности БПЖ

Плотность промывочной жидкости – это масса единицы ее объема (Кг на м3). Относительная плотность – отношение плотности при данных условиях, к плотности пресной воды при 4*С. Величина плотности определяет гидростатическое давление столба жидкости на забой и стенки скважины. Pгс=pgh. Для предупреждения флюидопроявленияPгс должно превышать Pпл (бурение на репрессии). По ПБ в нефтяной и газовой промышленности «Плотность б.р. при вскрытии газонефтеводосодержащих отложений должна определяться для горизонта с макс. градиентом пластового давления в интервале совместимых условий бурения». Также «В скв. с глубиной до 1200м. минимальное превышение Pгс над Pпл = 10% (или 1.5МПа), с глубиной больше 1200м, 5% (или 2.5-3 МПа). При сильно большой плотности, стенки скважины могут не выдержать давления и б.р. проникнет в пласт по образующим трещинам, такое разрешен наз-ся гидравлический разрыв пласта. Из ПБ в н/г пром. «Максимально допустимая репрессия(с учетом гидродинамических потерь) должна исключать возможность гидроразрыва или поглощения б.р. на любой глубине интервала совместимых условий бурения». Чрезмерная плотность может привести к: 1-ГРП. 2-Отрицательно сказывается на скорости проходки.3-это дополнительные расходы реагентов, утяжелителей, время приготовления такого раствора и т.д. Для каждого конкретного случая должна выбираться индивидуальная плотность Б.Р. исходя из условия бурения.

Приборы для определения плотности:

1-Ареометр. 2-Рычажные весы. 3-Пикнометр

8Реологические свойства буровых промывочных жидкостей и методы их регулирования и определения. Влияние реологических параметров на качество промывки скважин.

Реологические свойства промывочной жидкости играют важную роль при бурении скважин. Неудовлетворительные реологические свойства могут привести к образованию пробок в стволе скважины, забиванию шламом призабойной зоны ствола, снижению механической скорости бурения, размыву стенок ствола, прихвату бурильной колонны, поглощению промывочной жидкости и даже выбросу. Поведение промывочной жидкости обусловлено режимом ее течения. Известны два режима течения: ламинарный режим, который преобладает при низких скоростях течения (зависимость давление-скорость определяется вязкостными свойствами жидкости), и турбулентный режим,

который преобладает при высоких скоростях и зависит от инерционных свойств жидкости (вязкость на него влияет лишь косвенно).

Ламинарное течение. Ламинарное течение в круглой трубе можнонаглядно представить в виде скольжения одного очень тонкого цилиндра внутри другого Скорость цилиндров возрастает от нуля у стенки трубы до максимума на ее оси. Отношение разности в скоростях соседних слоев к расстоянию между ними называется скоростью сдвига.

Сила взаимодействия между двумя соседними слоями, перемещающимися относительно друг друга с определенной скоростью, зависит от рода жидкости, площади соприкосновения трущихся слоев и скорости сдвига (закон внутреннего трения И. Ньютона).

гдеF- сила трения между двумя соседними слоями жидкости; - динамическая вязкость, зависящая от природы жидкости.S- площадь соприкосновения слоев; у - скорость сдвига.Турбулентное течение. Течение в трубе перейдет из ламинарного в турбулентное тогда, когда скорость потока превысит определенное критическое значение. Вместо плавного скольжения слоев воды относительно друг друга в потоке возникают локальные изменения скорости и направления перемещения частичек при сохранении общего направления течения параллельно оси трубы. Критическая скорость, при которой происходит турбулизация потока, уменьшается с увеличением диаметра трубы, с повышением плотности и уменьшением вязкости. Она выражается безразмерным параметром - числом Рейнольдса. Число Рейнольдса учитывает главные показатели потока в трубе: диаметр трубы, среднюю скорость жидкости, плотность жидкости и ее вязкость. Число Рейнольдса представляется уравнением: Re= (VDp)/p. Поэтому у Ньютоновских жидкостей ламинарное течение определяется числом Рейнольдса равным 2000 и ниже. Турбулентное течение определяется числом Рейнольдса, равным 4000 или более. Переходный режим определяется числом Рейнольдса от 2000 до 4000.Реологические свойства буровых растворов оказывают превалирующее влияние на следующие показатели и процессы, связанные с бурением скважин:

степень очистки забоя скважины от шлама;

степень охлаждения породоразрушающего инструмента;

транспортирующую способность потока;

величину гидравлических сопротивлений во всех звеньях циркуляционной системы скважины;

величину гидродинамического давления на забой и стенки скважины в процессе бурения;

амплитуду колебаний давления при пуске и остановке насосов, выполнении СПО и проработке скважины с расхаживанием бурильной колонны;

интенсивность обогащения бурового раствора шламом;

полноту замещения бурового раствора тампонажным в кольцевом пространстве между обсадной колонной и стенками скважины и др.

Идеальный с точки зрения реологии буровой раствор в нисходящем потоке (в бурильной колонне, гидравлическом забойном двигателе, насадках долота), на забое и в очистных устройствах должен обладать вязкостью, близкой к вязкости воды, а в восходящем потоке иметь вязкость, необходимую и достаточную для транспортирования шлама на поверхность без аккумуляции его в скважине.

для оценки реологических свойств буровых растворов используются следующие показатели:

пластическая вязкость ПВ, мПа*с;

динамическое напряжение сдвига ДНС, дПа;

коэффициент пластичности КП, 1/с;

показатель неньютоновского поведения ПНП;

показатель консистенции ПК, мПа*с;

эффективная вязкость при скорости сдвига равной 100 с-1 -ЭВ 100, мПа*с;

эффективная вязкость при полностью разрушенной структуре ЭВ10000, мПа*с;

коэффициент сдвигового разжижения КСР.

С помощью величин реологических характеристик можно определять коллоидно-химические свойства дисперсных систем, что очень важно для оценки качества промывочных жидкостей и выбора методов регулирования их свойств.