Устройство для определения структурно-механических и реологических показателей буровых растворов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПР ШЛЕНИЯ СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕС КИХ И РЕОЛОгаЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ, содержащее цилиндрический контейнер с коаксиально расположенными в нем стаканом с пера форированными стенками, связанным с приводом вращательного движения, и подвешенным на упругой ките цилиндром с дном, выполненным в виде сферического сегмента, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения, донная часть контейнера выполнена в виде цилиндрического выступа , повторяющего форму дна цилиндра, диаметр которого равен диаметру цилиндра , а высота относится к высоте стакана как 3:1О, и расположенного коаксиально последнему.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

Зад 5 Ol N 11/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3489854/18-25 (22) 05.07,82 (46) 30.09.83. Бюп. No. 36 (72) Л.А.Свиридов (71 ) Научно-производственное объединение по термическим методам добычи нефти "Союзтермнефть" (53 ) 532. 137 (088.8 ) (56) 1, Кармолин B.Ã., Пальчиков А.В., Стреленя Л,С. Аппаратура для исследования реологических свойств буровых растворов при высоких температурах.

М., ВНИИОЭНГ, 1975, с,24-27, 2, Там же, с. 8-12 (прототип) ° (54 ) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕ:ДЕЛЕНИЯ СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСÄÄSUÄÄ 1045079 A

КИХ И РЕОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

БУРОЕЫХ РАСТВОРОВ, содержащее цилиндрический контейнер с коаксиально расположенными в нем стаканом с пер форированными стенками, связанным с приводом вращательного движения, и подвешенным на упругой нити цилиндром с дном, выполненным в виде сферического сегмента, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения точности определения, донная часть контейнера выполнена в виде цилиндрического выступа, повторяющего форму дна цилиндра, диаметр которого равен диаметру цилиндра, а высота относится к высоте стакана как 3:10, и расположенного коаксиально последнему, 104,8О7 9 2

Изобретение относится к средствам оценки структурно-механических и реологмческих показателей ге":.еродисперс.ных

oHGTeM B HBcTHocTH буровых (H тампокажных) pacraopoB, применяемых при проводке скважин на нефть, гаэ и другие полезные ископаемые, и может быть

HcIIQtIhsoBB Ho главным образом, B н ефтедобываюшей промышленности.

Буровые растворы относятся к сложным о жидкостям, предварительно претерпевшим сдвиг в течение некоторого времени и достигшим равновесного состояния, и к вяэкоупругим жидкостям при установи.шемся ламинарном течении.При наличии таких условий как резкое изменение поперечного сечения вязкоупругие свойства подобных материалов имеют первостепенное значение. Вязкое течение буровых растворов начинается после превышения ро . предела текучести (модель Шведова-Бингама или бингамовский пластик), а в покое структурированные буровые растворы способны упрочняться со времЬнем. .Однако реальное поведение буровых растворов не описывается нодностью ни одной из идеализированных реологических моделей, в частности, потому, что конкретные свойства буровых раствор ров зависят от физико-химических фак30 торов, многообразие действия которых современными способами сценки структурно-механических и реологических показателей не отражается. Б частности, известными способами не предусматривается наличие седиментационной неус35 тойчивости буровых растворов.

Известен капиллярный вискозиметр, состоящий иэ двух цилиндров высокого давления, соединенных сменными капиллярными трубками одинакового диаметра, но разной длины, и гидравлического привода. Комплекс установки содержит устройство ддя заполнения системы исследуемой жидкостью и создания давления, приборы контроля давления, рас45 хода и температуры. В реальном исполнении прибор оснащен также гомогенизаторами - перемешиваюшими устройствами в концевых емкостях по обе стороны капилляра Г1 3.

Недостатками иэмеритедьногo узда известного капилдярного вискозиметра являются необходимость гидравлических устройств для создания давления и перекачки исследуемой жидкости по капилляр- ной трубке, сложность и ненадежность сальниковых элементов, а также быстрый износ валов насосов и капиллярных трубок по внутреннему диаметру. Кроме того,B результате седиментации твердой фазы при снижении скорости течения в капиллярных трубках уменьшается сечение капилляров, вследствие чего искажаются деформационные характеристики, причем эти искажения не поддаются учету и корректировке.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для определения с руктурно-механических и реодогических показателей буровых растворов, содержащее цилиндри ческий контейнер с коаксиально расположенными в нем стаканом с перфорированными стенками, связанил1м с приводом вращательного движения, и подвешенным на упругой нити цилиндром с дном, выполненным B виде сферического сегмечта .Пля предотвращения расслоения исследуемых растворов в устройстве применен принцип создания циркуляции в зазоре за счет использования наружного цилиндра с перфорированными стенками. Слабые токи параллельно плоскости сдвига не изменяют кэнфи гурации поля скоростей, что позволяет применять схемы Ньютона и Шведова-Бингама ддя характеристики вяэкостных и структурно-механических свойств различных систем Г2 ).

Однако измерительный узел указанного устройства, обеспечивая вовлечение B вертикальную циркуляцию выпадаюп .ей твердой фазы при определенных высоких градиентах скоростей сдвига, НрН меньших градиентах скоростей че исключает осаждения этой фазы и влияния ее на результаты измерений. Конечные величины чапряжений явдяются итогом не только дейс ...витедьных деформаций в объеме однородной системы суспензии бурового расТвора, но и в случае седйментационной неустойчивости определяемой системы резудь TB ToM сдвига вопочення по осад ку выпавшей твердой фазы бурового раствора.

UeJIb изобретения - повышение точности определения структурно-механических и реологических показателей буровых растворов путем устранения влияния выпадающей в осадок твердой фазы.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для определения структурно-механических и реологических показатедей буровых растворов, содержашем цилиндрический контейнер с коаксиально расположенными в нем стаканом " перфорированными стенками, связанным с приЬодом вращательного дви3 10450 жения, и подвешенным на упругой нити цилиндром с дном, выполненным в виде сферического сегмента, донная часть контейнера выполнена в виде цилиндрического выступа, повторяющего форму дна цилиндра, диаметр которого равен диаметру цилиндра, а высота относится ,к высоте стакана как 3:10, и распопоженного коаксиапьно поспеднему .

На чертеже схематически изображено 10 предпагаемое устройство, Устройство состоит иэ цилиндрического контейнера 1, стакана 2 с перфорирсванными стенками, а именно с выполненными в них отверстиями 3, передачи 4 15 от привода 5, упругой нити 6 со шкалой

7, которая крепится па верхней опоре 8, и смотрового окна 9, На упругой нити закреплен цилиндр 10 с дном, выполненным в виде сферического сегмента, имею- ур ший центрируюшую игопьчатую опору 11, Цилиндрический выступ 12 контейнера 1 повторяет форму дна цилиндра. Диаметр его равен диаметру цилиндра 10, а высота составпяет 0,3 высоты стакана 2. 25 цилиндр 10, стакан 2 и контейнер 1 образуют коаксиальные зазоры 13.

Высоту выступающей части контейнера выбирают, исходя иэ явления седиментации. Дпя исключения ошибки при опре- ЗО

; депениях структурно-механических и реологических показателей реальных буровых растворов, обусповпенной явлением седиментации с образованием донного осадка в вискоэиметре, необходимым 35 и достаточным условием является оценка сдвиговых деформаций в объеме, представпяюшем не бопее 70 объема верхней части пробы. Применительно к вискозиметрии с испопьзованием равномерного коаксиапьного зазора в редпагаемом устройстве это выражается соответствующим требованием снятия деформационных характеристик по части объема пробы, распределяюшейся в зазо- 45 ре в интервале от 0,3 до полной высоты от донной поверхности контейнера с пробой, дпя чего высота выступающей части контейнера h допжна составлять 0,3 высоты стакана Н. Конкретные размеры элементов устройства могут быть, например> спедуюшими: г =-20мм,Я =22мм, 79 4

H=40 мм, 3 18 мм, зазор по горцу выступа 2 мм (r радиус цилиндра, R - радиус контейнера). Ътя определения аналогичных показатепей дисперсий с более высокими концентрациями твердой фазы высота выступающей части контейнера допжна быть, соответственно, увеличена, Для буровых растворов приведенная высота достаточна.

Устройство работает следующим образом.

После закладки бурового материала в контейнер 1 его перемешивают в течение 1 мин со скоростью, соответствующей режиму течения бурового раствора в скважине. Для определения реопогических показателей пробу приводят к равновесному состоянию при скорости вращения стакана 2, например, 600 1/мин, Затем вращение прекращают на 1 мин, Возобновление вращения осуществляют при скоростях, например, 500 и 200

1/мин, Измеренные при данных скоростях вращения напряжения сдвига, фиксируемые по отклонению цилиндра 10 на шкале 7 через смотровое стекло 9, используют дпя построения реопогических кривых, по которым судят о структурномеханических и реопогических показателях буровых растворов, Полученная та« ким образом характеристика бурового раствора является наибопее бпизкой к реальным условиям течения бурового раствора в скважине, Введенный в устройство ципиндрический выступ, повторяющий форму дна цилиндра, с диаметром, равным диаметру цилиндра, и высотой,. равной

0,3 высоте стакана, повышает точность определения структурно-механических и реопогических показателей буровых растворов, так как осаждаюшаяся твердая фаза последних не впияяет на результаты измерений.

Использование изобретения возможно при бурении глубоких скважин с применением утяжеленных буровых растворов, т.е. в тех геолого-технических ycnosam которые в особой степени требуют объективной оценки свойств буровых рас творов, ВНИИПИ Заказ 7540/43 Тираж 873 Подписное

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4