Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

К основным параметрам бурового раствора относятся плот­ность, предельные статическое и динамическое напряжения сдвига, эффективная и пластическая вязкость, условная вяз­кость, показатель фильтрации, статическое напряжение в гли­нистой корке, газосодержание, содержание песка, показатель стабильности, показатель смазочной способности, напряжение пробоя гидрофобных эмульсий, концентрация водородных ионов (pH), содержание твердой фазы и нефти, коллоидных частиц, степень минерализации фильтра, содержание ионов кальция, магния, карбонатов, гидрокарбонатов, хлорсульфатов, щелочных металлов, хрома, калия, извести.

Для определения указанных параметров используются со­ответствующие методики и средства измерений.

К наиболее важным параметрам, характеризующим буровой раствор, относится плотность. От нее зависят давление на пласты, образующие стенки скважины, перенос энергии от на­соса к забойному двигателю — турбобуру, размыв породы на забое и т. д. Поэтому к измерению плотности бурового раство­ра в технологическом процессе бурения предъявляются жест­кие требования. Согласно работам [1, 17], погрешность в изме­рении плотности не должна превышать 0,02 г/см3. Диапазон ее измерения составляет 0,8—2,64 г/см3.

Рис. 59. Рычажные весы — плотномер

Для измерения плотности буровых растворов используются гравитационные плотномеры, в которых взвешивается опреде­ленный объем жидкости; гидростатические плотномеры, изме­ряющие давление столба жидкости постоянной высоты (к ним относятся и пьезометрические), поплавковые плотномеры, ос­нованные на определении выталкивающей силы, равной весу вытесненной жидкости.

В гравитационных плотномерах чувствительный элемент представляет собой камеру постоянного объема. Приращение массы чувствительного элемента пропорционально изменению плотности. При заполнении камеры жидкостью, плотность ко­торой соответствует нижнему пределу шкалы, чувствительный элемент располагается горизонтально. С ростом плотности уве­личивается общая масса подвижной системы, чувствительный элемент опускается, выходной сигнал повышается до тех пор, пока приращение массы не будет уравновешено усилием меха­низма обратной связи. Таким образом, достигается силовая компенсация. Применение ее позволяет добиваться высокой точности измерения плотности.

Для измерения плотности бурового раствора используют: рычажные весы-плотномер; пикнометр; автоматический весо­вой плотномер АВП-1; пьезометрический плотномер ПП-1, ин­дикатор плотности.

Рычажные весы-плотномер ВРП-1

Принцип работы рычажных весов ВРП-1 основан на урав­новешивании моментов левой и правой сторон подвижной час­ти весов относительно опоры. ВРП-1 (рис. 59) состоят из: стойки 8; подвижной части, в которую входит рычаг 6, жестко скрепленный с мерным стаканом /; крышки 2 призм 4 и 5, ук­репленных на рычаге 5; подушки 3, соединяющей подвижную часть весов со стойкой; двух измерительных шкал — верхней и нижней, замеры по верхней шкале осуществляются путем уста­новки весов на правую призму и перемещения подвижного гру­за 7, замеры по нижней шкале — путем установки весов на левую призму и перемещения подвижного груза.

Техническая характеристика ВРП-1

Диапазон измерения плотности бурового раствора, г/см3:

по верхней шкале…………………………… 0,8—1,6

по нижней шкале……………………………. 1,6—2,6

Погрешность измерения, г/см3 . . . ±0,01

Пикнометр

Пикнометрический метод определения плотности жидкости основан на взвешивании жидкости, занимающей в пикнометре известный объем, найденный весовым способом. Основные преимущества данного метода сводятся к следующему:

высокая точность измерений (до 1 •10—5 г/см3), обусловлен­ная тем, что взвешивают на высокоточных весах общего назна­чения без каких-либо дополнительных устройств, неизбежно уменьшающих чувствительность весов;

малая площадь свободной поверхности жидкости в пикно­метре, что практически исключает испарение жидкости и по­глощение влаги из воздуха;

пригодность для работы как с летучими, так и с весьма вяз­кими жидкостями;

использование небольшого количества жидкости (1— 100 см3);

раздельное проведение операций термостатирования жид­кости в пикнометре и последующего взвешивания.

При точных измерениях, когда вполне оправданы некото­рая трудоемкость и необходимость соблюдения ряда предосто­рожностей, пикнометрическому методу отдают предпочтение.

Существует много разновидностей пикнометров и их приме­нение определяется родом испытуемого вещества, его количе­ством, а также требуемой точностью измерений. Чем больше вместимость пикнометра, тем меньше погрешность взвешива­ния; однако одновременно увеличивается ошибка, связанная с неравномерностью температуры во всей массе жидкости. Наи­лучшие результаты получают с пикнометрами вместимостью 25—100 см3.

Наиболее распространены стеклянные колбообразные пик­нометры шаровидной и цилиндрической форм, которые закры­ваются либо глухой притертой пробкой, либо притертой проб­кой с капиллярным отверстием.

Автоматический плотномер АВП-1

Для непрерывного автоматического измерения плотности бурового раствора в процессе бурения нефтяных и газовых скважин используется плотномер АВП-1. Он разработан СПКБ
«Нефтепромавтоматика». Принцип действия его (рис. 60) ос­нован на взвешивании известного объема раствора, прокачива­емого специальными насосами из желобной системы через трубу 4, соединительную муфту 2 и чувствительный элемент — ^/-образную трубку 1, которая жестко закреплена в траверсе 6, связанной с неподвижным кронштейном 3 двумя шарико­подшипниками 5. В результате перемещения груза 9 по резь­бовому рычагу 8, связанному с U-образной трубкой крестооб­разным ленточным шарниром 7, осуществляется грубая наст­ройка вторичного прибора на нуль. Точной настройки достига­ют путем перемещения груза 10.

/ 1 J 4

Рис. 60. Плотномер АВП-1

Аппаратура работает следующим образом. С увеличением плотности раствора трубка, опускаясь вниз, смещает сердечник 17 дифференциально-трансформаторного датчика перемещения. В измерительных катушках датчика появляется сигнал рассо­гласования, который подается на вход электронного усилителя

22. С его выхода сигнал поступает на фазочувствительный де­модулятор 20, где преобразуется в постоянный ток, пропорцио­нальный измеряемой плотности. Выходной ток поступает в по­движные катушки 13 электросилового преобразователя,: Воз­

никшее в них магнитное поле, взаимодействуя с магнитным по­лем неподвижной катушки 15 электросилового преобразовате­ля, устанавливает через рычажно-кинематический механизм 16 и 11 новое равновесие системы.

Неподвижная катушка подключена к блоку питания 18 через стабилизатор постоянного тока 19. Выходной ток созда­ет на сопротивлении падение напряжения, которое регистриру­ет автоматический самопишущий потенциометр 21. Возникаю­щие автоколебания системы гасит гидравлический демпфер 14. Изменение диапазона измерения в заданных пределах осу­ществляется путем перемещения ролика 12 по рычагу 11.

В качестве вторичного прибора используют электронный автоматический потенциометр ПСР-10, позволяющий вести визуальный отсчет измеряемого параметра, осуществлять за­пись на диаграммной бумаге, подавать сигнал на пульт бу­рильщика об отклонении от заданных значений, а в случае не­обходимости — на диспетчерский пункт по каналам связи те­лемеханики. Датчик, усилитель, вторичный прибор, выключа­тели электронагревателя и двигателя насоса размещены в утепленном шкафу.

Техническая характеристика АВП-1

Диапазон измерения плотности, г/см3 ……………………………………… 0,8—2,0

TOC o "1-5" h z Предел основной приведенной погрешности прибора в диа­пазоне измерения плотности, % ±1

Параметры питания первичного преобразователя и вторич­ного прибора:

напряжение сети переменного тока, В. . . . 220

частота сети переменного тока, Гц………………………………. 50

Потребляемая мощность, В-А:

плотномером в полном комплекте……………………………….. 1,2

первичным преобразователем……. 0,04

Диапазон изменения температуры анализируемой жидко­сти, *С 5—80

Габариты, мм:

первичного преобразователя………………………………………………… 585X364X300

вторичного прибора…………………………………………………………….. 320x320x380

шкафа…………………………………………………………………………………. 870x920x1970

Масса, кг:

TOC o "1-5" h z первичного преобразователя………………………………………………………… 35

вторичного прибора……………………………………………………………………. 18

шкафа………………………………………………………………………. 150

Шкала вторичного прибора отградуирована в единицах плотности с ценой деления 0,01 г/см3.

В зависимости от продолжительности установления показа­ний плотномер соответствует группе 1 по ГОСТ 22729—84. В зависимости от значения допустимого угла наклона нормаль­ного положения первичный преобразователь плотности должен соответствовать группе, не допускающей ее наклона, по ГОСТ 22729—84. Вариация показаний не должна превышать ±1% от диапазона измерения.

По устойчивости к воздействию температуры и влажности окружающего воздуха плотномер соответствует группе 1, пер­вичный преобразователь — группе 3 изделий ГСП третьего по­рядка по ГОСТ 12997—84. В зависимости от воздействия окру­жающей среды и по устойчивости к механическим воздействи­ям первичный преобразователь плотности соответствует обык­новенному исполнению по ГОСТ 12997—84.

Изменение показаний плотномера при отклонении темпера­туры анализируемой жидкости от 20 °С на каждые 10 °С не должно превышать абсолютного значения предела основной допускаемой приведенной погрешности.

Плотномер работоспособен при напряженности внешних магнитных полей не более 400 А/м. Напряжение радиопомех, создаваемых плотномером, по нормам не превышает 80 дБ в диапазонах частот 0,15—0,5 МГц; 74 дБ при 0,5—2,5 МГц; 76 дБ при 2,5—3,0 МГц.

Плотномер относится к восстанавливаемым, одноканаль­ным, однофункциональным изделиям. Закон распределения вре­мени безотказной работы — экспоненциальный. Вероятность безотказной работы плотномера не менее 0,80 за 1000 ч.

Гравитационные плотномеры используют для измерения плотности жидкостей, содержащих твердые включения. В этих приборах чувствительный элемент соединен с подводящим и отводящим патрубками гибкими шлангами. Существуют и другие типы гравитационных плотномеров. В некоторых, на­пример, взвешивают прямые участки горизонтальной трубы, для чего применяют гибкое сочленение измерительного участка датчика с трубопроводом.

К преимуществам таких приборов можно отнести отсутст­вие местных гидравлических сопротивлений потоку. Общий не­достаток плотномеров, датчики которых гибко соединяются с трубопроводом, — зависимость результата измерений от давле­ния протекающего раствора. При измерении давления подвес­ки деформируются и меняют свои характеристики. С увеличе­нием давления ошибка в измерении растет. В последнее время этот недостаток устраняют использованием системы компенса­ции, разгружающей измерительный участок датчика с подвес­ками путем полного погружения их в разгрузочную жидкость с давлением, равным рабочему давлению раствора.

Плотномер ПП-1

/

Плотномер ПП-1, предназначенный для измерения плбтное — ти буровых растворов, разработан Андижанским СП^Б. Он может использоваться в составе комплекса приборов контроля промывки, долива скважины и прогнозирования флюцдопрояв — ления, а также для измерения плотности пульп и суспензий в других отраслях народного хозяйства.

По устойчивости к воздействию внешней среды измеритель­ный блок плотномера должен соответствовать исполнению УЧ.2 при температуре 5—50 °С и относительной влажности 80% при 35 °С без конденсации влаги; блок индикации и пре­образователь— исполнению У1.1 при температуре —30-ь — ь+50°С и относительной влажности 25±3% при 35°С без конденсации влаги.

По устойчивости к механическим воздействиям плотномер соответствует обыкновенному исполнению по ГОСТ 12997—84 и должен выдерживать воздействие вибрации частотой 25 Гц и амплитудой не более 0,1 мм.

Принцип действия плотномера основан на преобразовании перепада давления воздуха в пьезометрических трубках, по-

груженных в буровой раствор на разную глубину, в пропорци­ональный пневматический сигнал.

Плотномер ПП-1 состоит из измерительного блока 3, преоб­разователя 2 и пневматических трубок 1 (рис. 61). Перепад давления, пропорциональный плотности контролируемой жид­кости, передается в измерительный блок, в котором преобразу­ется в аналоговый пневматический сигнал. Последний в блоке индикации преобразуется в показания измерительного прибора. При выходе за пределы установленных значений плотности бу­рового раствора срабатывает световая сигнализация, а при включении тумблера «Сирена» — звуковая сигнализация. Блок индикации также может передавать поступающий пневматичес­кий сигнал на самопишущий прибор для непрерывной записи на диаграммной ленте.

0,8—2,6 ±0,027 ±1,5 ±4 ±0,012 0,02 0,14±0,014 0,616-10-з 1

Техническая характеристика ПП-1

Диапазон измерения, г/см3…………………………………………….

Предел допускаемого значения основной погрешно­сти измерения, г/см3

Порог чувствительности, %, не более….

Погрешность сигнализации, %, не более….

Предел допускаемого значения изменения показания, вызванного изменением температуры на каждые 10 °С от нормального значения, г/см3 . . .

Цена деления шкалы показывающего прибора, г/см3 Параметры питания:

давление воздуха питания, МПа, не более . .

расход воздуха питания при температуре 20 °С и давлении 0,1 МПа в установившемся

режиме, м3/с, не более…………………………………………

Класс загрязненности воздуха питания по ГОСТ

17433—80

Диапазон изменения выходных аналоговых сигналов,

МПа……………………………………………………………………………….. (0,02-f-0,1) ±0,0001

Габариты, мм, не более:

преобразователя……………………………………………………………. 460x280x1360

измерительного блока………………………………………………………. 350x260x300

блока индикации………………………………………………………………. 170x220x340

Масса плотномера, кг, не более…………………………………………………………. 40

Индикатор плотности бурового раствора

Индикатор плотности предназначен для оценки плотности бурового раствора. Он разработан СПКБ (г. Ленинград). Ин­дикатор плотности (рис. 62) состоит из колонки 1, представля­ющей собой закрытый вертикальный сосуд с перегородкой 2, разделяющей его на две сообщающиеся сверху и снизу по­лости 3 к 4, входным 5 и выходным 6 патрубками, расположен­ными в одной поперечной плоскости, являющейся плоскостью симметрии, и двумя датчиками давления 7 и 8. Датчиками дав­ления служат преобразователи типа «сапфир».

Рис. 62. Индикатор бурового рас­твора

Принцип работы индикатора плотности основан на взвеши­вании столба жидкости высотой 1 м. В конструкции индикато­ра обеспечено отсутствие влияния гидростатического давле­ния, создаваемого насосом.

Диапазон контроля, г/см3 . .0,8—2,6 Чувствительность, г/см3 . . 0,02

Ареометр АГ-ЗПП

Ареометр типа АГ-ЗПП предназначен для измерения плот­ности буровых и тампонажных растворов, а также жидкостей и пульп нейтральных к полиэтилену. Он представляет собой прибор переменной массы, внутрь которого заливается проба исследуемой среды. Плотность среды определяется по шкале ареометра после наступления состояния равновесия при свобод­ном погружении ареометра в воду (рис. 63).

Техническая характеристика АГ-ЗПП

Пределы измерений, г/см3:

с калиброванным грузом……………………………………………………. 0,9—1,7

без калиброванного груза………………………………………………….. 1,6—2,4

Допустимая погрешность измерения при погружении в воду (плотность 0,99—1,0392 г/см3 при температуре исследуе­мой среды 20±5°С), г/см3…………………………………………………………………………………. ±0,02

Масса калиброванного груза, г……………………………………………………… 76±0,5

Объем пробы раствора, см3……………………………………………………………………… 78,5±1

Габариты, мм:

ареометра………………………………………………………………………………….. 80×410

ведра………………………………………………………………………………………… 150×480

Масса, г:

ареометра с ведром………………………………………………………………………. 1900

ареометра…………………………………………………………………………………….. 315

1 — объемный грузик; 2— мерный стакан; 3 — поплавок; 4 — стержень; 5—ведерко; 6 — основная шкала; 7 — крышка ведерка

Изменение температуры окружающего воздуха от 0 до 40 °С не должно влиять на показание ареометра. Отклонение ареометра от вертикального положения при поверке его в точ­ке 1,7 г/см3 основной шкалы без калиброванного груза должно быть в пределах, при которых линии рисок 1,0—1,7 с уровнем жидкости дают разницу в отсчете по обоим концам рисок не более 0,1 шага основной шкалы. Ареометры в упаковке для перевозки выдерживают воздействие температур в пределах от —40 до +60 °С.

Требования взаимозаменяемости к деталям ареометра не предъявляются. Калиброванный груз, поплавковая камера и стакан должны маркироваться одним номером. При замене деталей необходима тарировка.

Поверка плотномеров

При поверке рычажных весов ВРП-1 проводят следующие операции: внешний осмотр, при котором должно быть установ­лено соответствие весов техническим требованиям; опробова­ние согласно требованиям, изложенным в паспорте; определе­ние основной приведенной погрешности. Для оценки последней используется пресная вода, имеющая при температуре 20 °С плотность 1 г/см3. При поверке особое внимание следует уде­лять установке по уровню основания весов в горизонтальное положение и обеспечению полноты заполнения чашки раство­ром, что достигается, если из отверстия в крышке при ее за­винчивании выдавливается немного раствора. Измерения пов­

торяют не менее 5 раз и принимают среднее значение показа­ний. Отклонения от плотности, равной 1 г/см3, не должны от­личаться более чем на ±0,01 г/см3.

Для определения основной погрешности рычажных весов в других точках диапазона измерений используют растворы со­лей или соответствующие по плотности буровые растворы. Плотность этих жидкостей устанавливают с помощью весов BJ1T-1, пикнометра ПКЖ и рычажных весов.

Пикнометр ПКЖ представляет собой стеклянный сосуд из­вестного объема (100 мл) с притертой пробкой и меткой на шейке, который точно взвешивают на весах. Для выхода из пикнометра воздуха или газа, которые могут выделяться из пробы бурового раствора, в пробке прибора предусмотрена сквозная канавка. Сухой чистый пикнометр взвешивают, зали­вают буровым раствором до метки, закрывают пробкой и сно­ва взвешивают.

Плотность бурового раствора (в г/см3) рассчитывают по формуле

p=(Pl-P2)/Kn,

где Р — масса сухого пикнометра, г; Р% — масса пикнометра, заполненного буровым раствором, г; Vn — объем пикнометра, см3.

Считается, что рычажные весы — плотномер прошли повер­ку, если разность результатов измерений плотности одного и того же раствора с помощью пикнометра и рычажных весов не отличается более чем на ±0,01 г/см3.

При поверке ареометра АГ-ЗПП проводят следующие опе­рации: осмотр, устанавливающий отсутствие внешних повреж­дений; опробование, согласно инструкции по эксплуатации аре­ометра; определение основной погрешности. Для определения основной погрешности ареометра используется пресная вода плотностью 1 г/см3 при температуре 20 °С. Измерения повторя­ют не менее 5 раз и принимают среднее значение. Отклонение от плотности, равной 1 г/см3, не должно превышать ±0,01 г/см3.

Для оценки основной погрешности в других точках диапа­зона измерений ареометра используют растворы соли или бу­ровые растворы, плотность которых предварительно определя­ют с помощью пикнометра ПКЖ и лабораторных весов ВЛТ-1.

При поверке весового автоматического плотномера АВП-1М проводят внешний осмотр, опробование и определение метро­логических характеристик. Для оценки основной погрешности измерения применяют лабораторные весы ВЛТ-1 с пределом измерения 1 кг и ценой деления 10 мг; набор гирь типа Г-3-1110; пикнометр ПКЖ вместимостью 100 мл; частотомер 43-33; технический термометр. При внешнем осмотре опреде-

ляют наличие комплектности прибора, отсутствие видимых по­вреждений. При опробовании проверяют действие тумблеров, установку шкалы прибора в нулевое положение, действие ме­ханизма перемещения диаграммы и записывающего узла.

Основная абсолютная погрешность плотномера вычисляется как разность между показаниями прибора и действительным значением плотности прокачиваемого через прибор бурового раствора, измеренной с помощью пикнометра. Сравнение по­казаний прибора с действительным значением плотности долж­но быть осуществлено в трех—пяти точках диапазона измере­ний.

При положительных результатах, т. е. если основная приве­денная погрешность менее 1%, делают отметку в паспорте прибора и его продолжают эксплуатировать. Если фактическая основная погрешность измерений окажется хуже, чем в тех­нической характеристике на прибор, то он направляется в ре­монт.

Комментарии запрещены.