Способ определения изолирующей спо-собности связно- дисперсных суспензийи устройство для его осуществления

 

ОП ИГРАНИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ. Союз Советскик

Сощиалистическик

Республик к лвтовскомю свидетельств (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено .210379 {21) 2763865/22-03 (51)М. Л с присоединением заявки HP

Е 21 В 49/00

Гвеудврствеивмй квинтет

СССР по делам язобретеиий я открмтнй (23) Приоритет

Опубликовано 23.0681. Бюллетень 89 23

Дата опубликования описания 250681 (5З)НЖ 622.243.

144 2(088 8) A.Â. Черненко, A.È. Булатов, A.Е. Горлов; С.С. Гусев и М.В. Рогожина (72) АВТОРЫ изобретения,Всесоюзный научно-исследовательский ин по креплению скважин и буровым раствор (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗОЛИРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ

СВЯЗНО-ДИСПЕРСНЫХ СУСПЕНЗИЙ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

ИзобрЕтение относится к исследованию свойств связно-дисперсных суспенэий, используемых при бурении скважин, а именно к исследованию физических свойств тампонажных растворов для цементирования скважин.

Известен способ оценки изолирующей способности тампонажных растворов путем определения градиента давления в системе, заполненной иссле- 10 дуемой пробой тампонажного раствора, включающий создание неизменного,в течение опыта перепада давления между данным сечением столба пробы и уровнем заливки до начала прямой 15 фильтрации, о которой судят по поступлению жидкости к уровню заливки пробы (1). Известен также способ определения изолирующей способности связно-дис- 20 персных суспенэий, например тампо- нажных растворов, включающий определение градиента давления между верхним и нижним сечениями пробы суспензии и начала ее прямой фильтрации (2) 25

Недостатками известных способов являются погрешность в оценке изолирующей способности тампонажного раствора, обусловленная влиянием вмещающего сосуда на результат, невоэмож- 3{) ность получить характеристику изолирующей способности во времени и погрешность от изменения давления (уровня) воды.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству для осуществления способа оценки изолирующей способности связно-дисперсных суспензий является устройство, содержащее автоклав с цилиндрическим сосудом, имеющим фильтр в нижней части, поршневой источник перепада давления, пресс, регистратор, перепускной мангфольд и соединительные трубопроводы с вентилями (31.

Недостатки устройства заключаются в погрешности определения момента начала фильтрации, влиянии процесса измерения на результат измерения и наличии ручного управления.

Цель изобретения повышение точ ности определения инвариантной динамической характеристики изолирующей способности связно-дисперсных суспензий во времени.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу создают многократно прямую и обратную фильтрации в суспензии и одновременно измеряют давление, определяют начальный гра840325 диент фильтрации в суспензии по отношению полураэности давлений прямой и обратной фильтрации к расстоянию между верхним и нижним сечениями пробы суспензии, затем сравнивают величину начального градиента фильтрации с градиентом давления в системе и по полученным данным судят о изолирующей способности суспензйи.

Устройство для осуществления спо-. соба снабжено реверсивным электродвигателем с электрическими контактами, дифманометром и разделительными емкостями с уровнемерами, одна из которых расположена на трубопроводе между фильтром цилиндрического сосуда и подпоршневой полостью источника перепада давления, а другая — между йолостью автоклава и надпоршневой полостью источника перепада давления, причем поршень кинематически связан с реверсивным электродвигателем, ре- 20 гистрирующий блок соединен с дифманометром, который подключен к трубопроводам источника перепада давления, а электронный блок управления соединен через электрические контакты с рещ версивным электродвигателем.

На фиг. 1 изображена схема устройства для оценки изолирующей способности связно-дисперсных суспензий," на фиг. 2 — электронная схема блока управления и контроля.

Устройство состоит из автоклава 1 с расположенным в нем цилиндрическим сосудом 2 для размещения исследуемой суспензии, оснащенного фильтром 3, расположенным на некотором расстоянии от дна стакана, источника перепада давления, состоящего из цилиндра 4, поршня 5 и кинематически соединенного с поршнем реверсивного электродвигателя б, дифманометра 7, подключенно- 40 го к надпоршневому и подпоршневому пространствам источника перепада давления с самописцем 8, перепускного манифольда 9 с электродом 10, расположенным в линии соединительного тру- 45 бопровода, выходящего из надпоршневого пространства источника перепада давления, разделительных емкостей 11 с уровнемерами 12, расположенных на соединительных трубопроводах у фильт- ®О ра 3 и ввода в автоклав 1, пресса 13, емкости 14 с маслом, вентилей 15-26 высокого давления.

Электронная схема управления и

„контроля состоит иэ двух транзисторов V и Ч, четырех резисторов R -R двух реле К и К с двумя парами контактов К 1.К42.К14.К22. Сигнальных ламп Л4.и Л, пусковой кнопки S< выключателя 54, конденсатора С выпрямительного устройства, состоящего из я) понижающего трансформатора Т, выпрямителя Чз ... V< электролитического конденсатора Сд.

Подготовку устройства к работе производят следующим образом. 65

Автоклав 1, соединительные трубопроводы от автоклава до разделительных емкостей 11 и половину обьема разделительных емкостей 11 заполняют водой. Водой (или другой электропроводной жидкостью) заполняют также нижнюю часть перепускного манифольда 9 до электрода 10. Остальную часть устройства заполняют маслом. В устройстве, готовом к работе, граница раздела жидкостей должна быть в середине разделительных емкостей 11, что наблюдают в уровнемерах 12. При этом электрод 10 не должен касаться воды (контакт разомкнут), поршень 5 должен быть в середине цилиндра 4.

После выполнения этих условий закрывают вентили 15-18, 22-26.

Из цилиндрического сосуда 2 удаляют воду и заполняют его исследу емой суспенэией. Герметизируют автоклав 1, открывают вентиль 15 и прокачкой жидкости прессом 13 удаляют воздух иэ автоклава 1. Прессом

13 создают заданное давление в устройстве, а подогревателем — заданную температуру в автоклаве 1. Вентиль 19 закрывают.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Включают электронную схему управления с помощью выключателя 5<, закрывают вентиль 21, открывают вентили 22 и 26. Затем нажимают пусковую кнопку S, при этом через обмотку реле

К проходит электрический ток, реле включается и находится во включенном состоянии после реэмыкания кнопки, так как контакты К замкнуты. Контакты К подключают клемму в к электродвигателю 6. В этот момент электрод 10 не касается воды, клеммы а и б разомкнуты, а так как они подключены к базе транзистора V> и средней точке резисторного моста

R > и К4, то транзистор Ч открыт и включено реле К ..

Контакты К подключают сигнальную лампу Л, а К < — клемму д к обмотке электродвигателя б, вращение ротора которого преобразуется в поступательное движение поршня 5 в цилиндре 4. При этом возникает возрастающий перепад давления между нижним и верхним сечениями пробы исследуемой суспензии в цилиндрическом сосуде (2,.

Когда в результате действия перепада давления в поровом пространстве исследуемой суспензии начинается фильтрация, электрод 10 оказывается смоченным водой, находящейся в нижней части перепускного манифольда 9 и клеммы а и б оказываются замкнутыми, при этом транзистор V закрывается, отключив реле К . Контакты реле К отключают сигнальную лампу

Л„и подключают Л, а К1 отключают

Ф клемму д и подключают клемму г к электродвигателю 6, ротор которого

840325 (2) ри„= р — Bob

По формуле р з:= "ш

2 Я

50 (3) Формула изобретения (4) 65 g о меняет направление вращения, вызывая обратное движение поршня 5. Имеющийся перепад давления при этом снижается, прямая фильтрация .прекраща,ется. Продолжающееся перемещение поршня 5 создает увеличивающийся пе- 5 репад давления между верхним и нижним сечениями пробы исследуемой суспенэии в цилиндрическом сосуде 2. Начавшаяся обратная (от верхнего сечения пробы к нижнему) фильтрация в поровом пространстве исследуемой сус/ пензии смещает уровень воды от электрода 1О вниз, клеммы а и б размыкаются, направление вращения ротора электродвигателя меняется на противоположное и цикл повторяется сначала.

Изменения перепадов давлений воспринимает дифманометр 7,. с которого подается соответствующий сигнал на . самописец 8. Самописец 8 вычерчивает кривую, максимумы которой соответствуют значениям давлений начала прямой фильтрации, а минимумы — значениям давлений начала обратной фильтрации.

Способ определения изолирующей способности заключается в следующем.

С помощью предлагаемого устройст-. ва многократно создают прямую и обратчую фильтрации.

Давление начала прямой фильтрации выражается формулой

P = Pä + 3, () где P — поровое давление ;

Я до — начальный градиент фильтрацииу

h — расстояние между нижним и верхним сечениями пробы суспенэии, подвергаемой действию давления в сосуде 2, т.е. расстояние от фильтра 40

3 до верхнего уровня суспензии, залитой в сосуд 2.

Давление начала обратной фильтрации (инфильтрации) на кривой,апроксимирующей значения минимальных пока- 45 зателей самописца 8 выражается формулой полученной из (1) и (2), определяют начальный градиент фильтрации для лю-55 бого момента заданного промежутка времени.

Исследуемая суспензия непроница- ема для флюида, если действующий в условиях применения градиента давления оказывается s любой момент рассматриваемого периода времени меньше начального градиента фильтрации, e.e. должно выполняться условие где 3 — действующий градиент давления.

Предлагаемый способ определения изолирующей способности связно-дисперсных суспензий и устройство для его осуществления позволяют инвариантно характеризовать изолирующую способность тампонажного раствора (вне зависимости от показателей вмещающего сосуда) во времени, при этом для определения изолирующей способности связно-дисперсной суспензии достаточно проведения одного .эксперимента.

В результате совершенствования методики проведения исследований и конструкции устройства повышается точность получаемых результатов.

Кроме того, процесс получения данных для охарактеризования изолирующей способности автоматизирован, что исключает внесение субъективного фактора, повышает точность измерения.

B целом применение предлагаемого способа и устройства для его осуществления позволит определять границы применимости связно-дисперсных суспензий, которые используются с целью

I герметизации систем, характеризующихся наличием перепадов давлений, а также подбирать рецептуры суспензий для герметизации тех же систем.

Например, применение предлагаемого способа и устройства в нефтяной и газовой промышленности позволит осуществлять более обоснованный подбор рецептур тампонажных.растворов для цементирования скважин и избежать межпластовых перетоков и флюидопроявлений, обусловленных некачественной изоляцией пластов.

Ориентировочный годовой экономический эффект от внедрения способа и устройства на предприятиях Миннефтепрома составит более 2 млн..руб.

Помимо указанного, эффект заключается в отсутствии затрат средств на борьбу с заколонными флюидопроявленйями и перетоками, в ликвидации потерь нефти и газа в результате перетоков, в сохранении чистоты недр и окружающей среды.

1. Способ определения изолирующей способности связно-дисперсных суспензий, например тампонажных растворов, включающий определение градиента давления между верхним и нижним сечениями пробы суспензии и начала ее прямой фильтрации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения инвариантной динамической характеристики изолирующей способности связно-дисперсных суспеизий, создают многократно прямую и обратную фильтрацию в суспензии

840325

ВНИИ П

Тираж и одновременно измеряют давление, определяют начальный градиент фильтрации в суспензии по отношению полуразности давлений прямой и обратной фильтрации к расстоянию между верхним и нижним сечениями пробы суспензия, затем сравнивают величину начального градиента фильтрации с градиентом давления в системе и по полученным данным судят о изолирующей способности суспензии.

2. Устройство для осуществления способа по и. 1, включающее автоклав с цилиндрическим сосудом для пробы, оснащенным в его нижней части фильтром, источник перепада давления с поршнем, пресс, электронный блок уп- 15 равления и контроля, регистрирующий блок, перепускной манифольд с электромагнитами и трубопроводы с вентилями, отличающееся тем, что оно снабжено реверсивным элект- 2О родвигателем с электрическими контактами, дифманометром и разделительными емкостями с уровнемерами, одна из ф

Филиал ППП "Патент", г.. Ужгород, ул.Проектíая,4 которых расположена между фильтром цилиндрического сосуда и подпоршневой полостью источника давления, а другая — между полостью автоклава и надпоршневой полостью источника давления, причем поршень кинематически связан с реверсивным электродвигателем, регистрирующий блок соединен с дифманометром, который подключен к трубопроводам источника перепада давления,. а электронный блок Управления соединен через электрические контакты с реверсивным электродвигателем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Геранин М.П. и Соловьев E.N.

Оценка тампонирующей спасобности цементных растворов."Газовая проьишленность", 1972, Ф 2, с. 4-7.

2. Грачев В.В. и Малеванский В.Д.

Устойчивость цементных растворов в период схватываиия. — "Газовая про- мышленность", 1975, В 7, с. 42-44.

3. Авторское свидетельство СССР

9 662706, кл. Е 21 В 49/00, 1976.