Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Бурение скважин ведется в разных геолого­технических условиях, и для успешной их проходки использу­ются разнообразные по составу и качеству промывочной жидкости. Для контроля качества промывочных жидкостей применяется ряд технологических параметров.

Плотность — это масса единицы объема. Она выражается в г/см3 или в кг/м3. Плотность зависит от содержания и состава твердой фазы. Повышение плотности отрицательно влияет на механическую скорость бурения, и в то же время она способ­ствует созданию давления на стенки скважины и предотвра­щает их обрушение, притока в скважину воды, нефти. С по­нижением плотности уменьшаются поглощения промывочных жидкостей. Поэтому для ее снижения в промывочную жид­кость вводят воздух и получают аэрированный раствор.

Плотность измеряют с помощью прибора АБР-1 (рис.

19.2) . В состав прибора входит металлический футляр в виде ведерка 9 с крышкой, служащей пробоотборником для рас­твора. Прибор состоит из мерного стакана 5, донника 6, по­плавка 7, стержня 3 и съемного калибровочного груза 1. На стержне 8 поплавка 7 имеются две шкалы: одна с делениями от 0,9 до 1,7 г/см3 и другая от 1,6 до 2,4 г/см3. При измерении мерный стакан 5 до верха заполняется испытуемым раство­ром, избыток которого стекает через боковые отверстия в верхней части мерного стакана, присоединяются поплавок и ареометр в вертикальном положении опускается в футляр — ведро 9 с чистой пресной водой. Кроме того, прибор включа­ет в себя заглушку 2, компенсационный груз 3, балласт 4 и пробку 11. Отсчет плотности берут на уровне воды в сосуде обычно по шкале 10 с меньшими значениями плотности. Если раствор утяжеленный и ареометр полностью тонет в воде, груз 1 снимают, опускают ареометр в воду без груза и отсчет берут по шкале с большими значениями плотности.

Перед употреблением ареометра проверяется точность его показаний путем определения плотности пресной воды. Исправный ареометр должен показывать плотность, равную 1,0 г/см3. Допускается погрешность измерения ±0,01 г/см3.

Плотность глинистых растворов в нормальных условиях составляет р = 1,05+1,3 г/см3.

Условная вязкость измеряется временем истечения 500 см3 раствора через трубку вискозиметра, воронка которого запол­нена 700 см раствора. Вискозиметр ВБР-1 (рис. 19.3) состоит из воронки 1, сетки 2 и мерной кружки 3. Для измерения ус­ловной вязкости, закрывают нижнее отверстие трубки паль­цем, через сетку заливают раствор до края воронки. Подстав­ляют мерную кружку объемом 500 см3, включают секундомер и одновременно открывают нижнее отверстие. Когда кружка заполнится раствором, секундомер выключают и фиксируют время истечения в секундах.

Для нормальных растворов условная вязкость составляет обычно Т = 20+25 с. Величину условной вязкости нельзя ис­пользовать для гидравлических расчетов.

Правильность показаний вискозиметра проверяется на чистой, пресной воде при комнатной температуре. При ис­правном вискозиметре условная вязкость воды Т — 15 с.

Повышенная вязкость раствора способствует увеличению

выхода керна, выносу частиц шлама и устойчивости стенок скважин в рыхлых породах. В то же время при повышенной вязкости раствора снижается механическая скорость буре­ния, увеличиваются гидравлические сопротивления, ухудша­ется очистка раствора от шлама.

Статическое напряжение сдвига характеризует прочность структуры глинистого раствора, образующейся за определен­ное время его пребывания в покое. Количественной мерой прочности структуры является то минимальное усилие, кото­рое придает раствору текучесть — оно называется статиче­ским (начальным) напряжением сдвига. Обозначается буквой 0, измеряется в паскалях. Для измерения этого параметра ис­пользуется прибор СНС-2 (рис. 19.4), он состоит из цилиндра

6, подвешенного на упругой нити 2 на конусе /, кронштейна

4, стакана 7, установленного на столике 8. Вращение с часто­той 0,2 об/мин через редуктор 12 и шкив передается столику от электродвигателя 13. Во избежание скольжения испытуе­мого раствора поверхность подвешенного цилиндра сделана рифленой. На трубке 3, соединенной с цилиндром, укреплен лимб 14, разделенный на 360°. На уровне лимба на кронштей­не находится указатель 5. Для установки станины 11 прибора в горизонтальное положение имеются опорные 10 и устано­вочные 9 винты.

TOC o "1-5" h z Перед измерением станину прибора с помощью установоч­ных ВИНТОВ приводят В горизонтальное положение, О чем бу — I

дет свидетельствовать соосное расположение цилиндра 6 в 1

стакане 7. Затем поворотом конуса совмещается нуль лимба 14 с указателем, после чего конус фиксируется легким нажа­тием сверху.

В зазор между цилиндром и стаканом заливается исследуе — I

мая жидкость до тех пор, пока уровень ее не совпадет с верх­ним основанием цилиндра 6. Испытуемую жидкость хорошо перемешивают путем вращения (вручную) внутреннего ци­линдра, после чего нуль лимба совмещают с указателем, включают секундомер и жидкость оставляют в покое до обра­зования структуры. Жидкость выдерживают в покое после установки внутреннего цилиндра в течение 1 и 10 мин, и со — |

ответствующие значения статического напряжения сдвига обозначают 0] и 0ю.

По истечении 1 мин включают электромотор, который приводит во вращение столик прибора и стакан 7 с частотой 0,2 об/мин. !

Вращение стакана, через структуру раствора передается внутреннему цилиндру 6, который закручивает упругую нить

2. Частота вращения цилиндра вследствие практической де­формации раствора постепенно снижается. В момент, когда сопротивление нити закручиванию станет равным сопротив­лению трения между раствором и поверхностью цилиндра, структура разрушается, и цилиндр делает обратный поворот.

Угол закручивания нити <р определяют по лимбу прибора с помощью указателя, закрепленного на штативе. Затем рас­твор в стакане вновь перемешивают и производят аналогич­ное измерение через 10 мин выдержки раствора в покое и определяют угол ф.

Статическое напряжение сдвига (Па) вычисляется по фор­мулам

01 = ^прФ1-

010 = кв рф2,

где Кар — коэффициент прибора при соответствующей упруго­сти нити (дается в паспорте прибора).

Отношение 01/0ю — показатель тиксотропии раствора.

Статическое напряжение нормальных глинистых раство­ров колеблется в пределах 01 = 1,5+4 Па.

При низких значениях 0 буровой шлам быстро выпадает в I

осадок и может вызвать прихват бурового инструмента. При

повышенных значениях статического напряжения сдвига и показателя тиксотропии лучше кольматируются поры и мел­кие трещины, ликвидируется поглощение промывочной жид­кости. Но в то же время плохо очищается буровой раствор от шлама на поверхности, возрастают пусковые давления на на­сосе.

Водоотдача и толщина фильтрационной корки — наиболее важные характеристики промывочных жидкостей. Водоотда­ча — это способность раствора отдавать воду при избыточном давлении через пористую перегородку. В процессе фильтра­ции воды на пористой перегородке или на стенках скважины формируется фильтрационная корка, чем меньше воды от­фильтровывается в стенки скважины под действием гидроста­тического давления столба промывочной жидкости, тем луч­ше сохраняется устойчивость стенок скважин. Минимальная водоотдача особенно важна при бурении рыхлых, малосвяз­ных осадочных пород для сохранения их устойчивости.

Водоотдачу измеряют в кубических сантиметрах за 30 мин (см3/30 мин) при перепаде давления на стандартном фильтре, равном 0,1 МПа, и обозначают буквой В. Толщина фильтра­ционной корки измеряется металлической линейкой (в мм) и обозначается буквой К.

Прибор ВМ-6 (рис. 19.5) для измерения водоотдачи состоит из основания, напорного цилиндра с плунжером и фильтра­ционного стакана с принадлежностями. Фильтрационный ста­кан 6 в верхней части имеет горловину с наружной резьбой, нижний конец его также имеет резьбу. Узел напорного ци­линдра состоит из собственно цилиндра 9 с ввинченной в не­го втулкой, плунжера 11 и груза-шкалы 10, укрепленного на плунжере. Шкала нанесена на прозрачной пластмассовой пленке и прикреплена к грузу винтами. Сквозь шкалу видна отсчетная риска на верхнем конце втулки цилиндра.

В нижней части цилиндра имеется отверстие 8, которое служит для спуска масла из цилиндра при установке шкалы на "0" (совмещение нулевой шкалы с отсчетной риской втул­ки цилиндра). Отверстие перекрывается иглой 7. Цилиндр со­единяется с фильтрационным стаканом посредством резьбы. В месте соединения ставится уплотнительная прокладка из маслостойкой резины.

Основание 3 представляет собой пластмассовую чашу с резьбой для соединения с фильтрационным стаканом 5, от­верстием под пробку 4 и каналами для сбора фильтрата.

На поверхность основания укладывается фильтрационная бумага 1, на которой размещается резиновая прокладка 2, гер­
метизирующая соединение основания и фильтрационного стакана.

Для измерения водоотдачи в фильтрационный стакан, со­единенный с основанием и размещенным в нем фильтром, заливается 120 см3 промывочной жидкости. На стакан навин­чивается напорный цилиндр и заливается масло. Затем в ци­линдр вставляется плунжер с грузом-шкалой. Ноль шкалы со­вмещается с риской на напорном цилиндре, в результате дре­нажа масла через отверстие при слегка отвернутой игле. Включается секундомер и в основании убирается пробка 4 для прохода воды. Время измерения составляет 30 мин. В про­цессе измерения груз-шкала через плунжер и масло создает избыточное давление, равное 0,1 МПа, на буровой раствор в фильтрационном стакане. Под действием избыточного давле­ния вода отфильтровывается из раствора через фильтроваль­ную бумагу, на которой образуется фильтрационная корка. Шкала прибора позволяет определять водоотдачу до 40 см.

Для ускорения определения водоотдачи, а также в случае, если ее величина окажется более 40 см3, используют бланк с двойной логарифмической сеткой (см. рис. 19.5). Зависимость водоотдачи от времени выражается прямой линией. Поэтому, измерив водоотдачу за два промежутка времени (например, 2 и 10 мин), можно методом графической экстраполяции полу­чить водоотдачу за 30 мин. При таком методе определения во­доотдачи толщина и качество фильтрационной корки не пока­зательны,

Для нормальных глинистых растворов считается допустимой водоотдача в пределах 10-25 см за 30 мин (по прибору ВМ-б).

Содержание песка в растворе определяется с помощью ме­таллического отстойника ОМ-2 (рис. 19.6), представляющего собой цилиндр 2 со стеклянной измерительной пробиркой 4 в нижней части. На боковой поверхности пробирки имеется шкала 8 с делениями через 0,1 см. Пробирка крепится в про­рези цилиндра 2 с помощью винта 7, перекладины 6 и про­кладок 3 и 5. Сверху отстойник закрывается крышкой 1 — колпаком объемом 50 см3.

Для определения содержания песка в отстойник сначала заливают 200-300 см3 воды, затем с помощью крышки-колпа­ка заливают 50 см3 испытуемого раствора. Затем доливают воду до тех пор, пока она не начнет изливаться через отвер­стие. Надев крышку и закрыв отверстие пальцем, отстойник несколько раз переворачивают и встряхивают, после чего ус­танавливают в вертикальное положение и оставляют в покое 1-2 мин. За это время из раствора оседают частицы размером более 0,02 мм.

По делениям на шкале пробирки определяют объем осев­ших частиц (в см3), этот результат умножают на два и получа­ют содержание песка (в %).

Стабильность раствора определяется с помощью цилинд­ра ЦС-2 (рис. 19.7) и ареометра АБР-1. Стабильность характе­ризуется разностью плотностей раствора в нижней и верхней частях цилиндра, отстоенного в течение 1 сут в приборе ЦС-2.

Все перечисленные выше приборы, кроме прибора СНС-2, поставляются в комплекте полевой лаборатории ЛГР-3.

ЦС-2: 1 — резиновая пробка; 2 — корпус цилиндра; 3 — ручка

Пластическая вязкость и динамическое напряжение сдвига определяются при использовании прибора ротационного вис­козиметра ВСН-3 (вискозиметр сдвиговых напряжений), кото­рый (рис. 19.8) состоит из следующих частей: корпуса 15; из­мерительного механизма, который включает наружный ци­линдр (ротор) 11, внутренний цилиндр (измерительный) 12, измерительную шкалу 7, шкалу крутильной головки 8, кру­тильную головку 10, динамометр 9; двухскоростного редукто­ра 1; синхронных двигателей (СД-54 и СД-2) 2 и 4; переклю­чателя редуктора 3; шестеренки обгонной муфты 5; трансмис­сионного вала 6; подвижного кронштейна 14, на который ста­вится стакан 13 с буровым раствором.

Принцип работы ротационного визкозиметра ВСН-3 ана­логичен принципу работы СНС-2.

Измерения проводят в следующем порядке. Перед измере­нием чистый сухой стакан заполнить буровым раствором и поставить на кронштейн, включить тумблер "сеть", переме­щать исследуемый раствор при 600 об/мин в течение 60 с (1 мин). Выключить тумблер “сеть", установить ручку пере­

ключателя частоты вращения в положение "0,2". Раствор ос­тавить в покое на необходимое время (1 мин, 10 мин и т. д.), включить тумблер "сеть", отсчитать по шкале показания угла поворота измерительного элемента ср в момент максимальных значений, предшествующих разрушению структуры.

Пластическая вязкость (Па с) вычисляется по формуле:

Цп = Kl(<p600 — фзоо).

где Ki — константа прибора, Kt = 10_3.

Динамическое напряжение сдвига (Па) вычисляется по формуле:

То = ^2(фзоо — К3цв),

где К2 и К3 — константы прибора, К2 = 0,3; К3 = 103 (для пру­жины № 2).

Комментарии запрещены.