Установка для определения водоотдачи буровых и тампонажных растворов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсинк

Соцнапнстнчесинк.

Республик

Е 21 В 21/00

РкуааретванннН комитет

СССР ао делан наабретеннй н отнрытнй (23) Приоритет

Опубликовано 23. 08. 82. Бюллетень И 31 (53) УДК 622,243, . 144. 2 (088. 8) Дата опубликования описания 25. 08 . 82

Н,Х. Каримов, Т.К, Рахматуллин, В.И. Петерс;- ВВ -Иванов и Ш.М. Рахимбаев I с

Актюбинское отделение Казахского научно " исследонатальскего.-" геологоразведочного нефтяного инстит)та

" - -. ъ ( а (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДООТДАЧИ

БУРОВЫХ И- ТАМПОНАИНЫХ РАСТВОРОВ

1

Изобретение относится к измери= тельной технике, а именно к устройствам для определения статической и динамической водоотдачи. буровых и тампонажных растворов, применяемых для цементирования буровых скважин при повышенных давлениях и температурах.

Для измерения статической и динамической водоотдачи известно устрой 0 ство - фильтропресс ФП-3, которое содержит автоклав со съемной верхней крышкой,. через которую проходит приводной вал с лопастями, и нижней крышкой с укрепленным в ней сменным фильт15 рующим элементом, установленным в чашке с перфорированным дном, снабженным трубкой отвода фильтрата и мер; ным стаканом для его сбора, напорным и редукционным клапанами. Фильтропресс позволяет измерять статическую и динамическую водоотдачу бурового раствора при 20"250 С, перепадах даво ления от 1 до 10 кг/см 1).

Недостатком устройства является невысокая точность измерения водоотдачи из-за визуальной системы отсчета показаний.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является устройство для определения водоотдачи буровых растворов, которое при повышенном давлении и температуре содержит автоклав с размещенными в нем стаканом с исследуемым раствором и приводным валом с лопастями, установленными с возможностью перемещения относительно вала. Стакан разделен фильтрующим элементом на дае полости " .верхнюю и нижнюю. В верхней полости стакана установлен поршень, взаимодействующий с сердеч ником дифференциально - трансформато,::— ной катушки измерительного устройства

Устройство позволяет измерять статическую и динамическую водоотдачу, например, буровых растворов при по" вышенных давлениях и температурах $ 2).

953529 ф

При исследовании динамической фильтрации раствор равномерно перемешивается при помощи мешалки-вала с лопастями, Под действием перепада давления и при заданной температуре жидкость из раствора отфильтровывается в нижнюю часть измерительного стакана. При исследовании статической водоотдачи из раствора под действием перепада давления при заданной тем- 1о пературе также отфильтровывается в ни><нюю часть измерительного стакана.

Измерение водоотдачи в устройстве происходит следующим образо><1. В ре- 15 зультате объемных изменений раствора ,в верхней полости стакана, происходящих за счет отфильтровывания жидкости в нижнюю полость стакана, происходит изменение положения поршня, а следовательно и сердечника дифференциальнотрансформаторной катушки, которое регистрируется и записывается измерительным устройством, так как диаметр стакана известен, то по изменению уровня раствора, при соответствующей тарировке шкалы измерительного устройства, получаем непрерывную запись водоотдачи на диаграммной ленте.

Недостатком известного технического реш ния является невысокая точность измерения водоотдачи растворов, обусловленная конструктивным несовершенством устройства ввиду того, что исследование динамической и ста35 тической водоотдачи ведется в одном автоклаве (замкнутом объеме), в результате чего невозможно смоделировать условия, соответствуюцие вытеснению раствора в кольцевое простД(> ранство скважинь> между колонной и стенкой ствола скважины. При исследовании динамической водоотдачи раствор, перемешиваемый лопастями, все время находится в равновесном состоД5 янии и фильтруется через фильтрующий элемент одной проницаемости, отделившийся при этом фильтрат характеризует максимальную величину водоотдачи и не позволит получить данные прбцесса

М фильтрации с учетом образования фильтрационной корки (например, глинистой или цементной), получаемой в результате контакта раствора с проницаемыми зонами породы 1.керна ) при се вытеснении раствора в кольцевое прост ранство между колонной и стенкой ствола скважины, При исследовании водоотдачи в статическом состоянии при перепаде давления лопасти создают дополнительное сопротивление, в результате чего возникает погрешность в самом процессе водоотдачи.

Цель изобретения — повышение точности измерения статической и динами" ческой водоотдачи в условиях, приближенных к реальным, проходящих в скважине.

Поставленная цель достигается тем, что в установке для определения водоотдачи буровых и тампонажных растворов, включающей автоклав с исследуемым раствором, размещенным в нем приводным валом с лопастями, установленными с возможностью перемещения относительно вала, измерительное устройство, снабженное поршнем, связанным с сердечником дифференциально-трансформаторной катушки, и фильтрующий элемент, установка снабжена подключенным к автоклаву при помощи трубопровода высокого давления блоком динамической фильтрации, выполненным в виде каме° ры, с размещенным внутри нее керном с осевым отверстием для прохождения раствора и измерительного стакана, снабженного поршнем, связанным с сер. дечником дифференциально-трансформаторной катушки измерительного устройства, и подсоединенным к блоку динамической фильтрации при помощи трубопровода высокого давления блоком статической фильтрации, выполненным в виде камеры с установленными в ней фильтрующим элементом и измерительным устройством, причем блоки и измерительный стакан снабжены термостати" рующими рубашками.

Снабжение установки блоками статической и динамической фильтрации, помещенными в термостатирующие рубашки и связанными между собой и с автоклавом, в котором перемешивается раствор, с помощью трубопроводов позволяет получить величины динамической и статической водоотдачи раздельно, что имеет большое значение для повышения точности измерения, так как в блоках имитируется движение раствора при цементировании скважин.

Выполнение блока динамической фильтрации в виде камеры с размещенным внутри керном породы с осевым отверстием для прохождения раствора позволяет исследовать водоотдачу бурового и тампонажного раствора в условиях, подобных условиям прохождения раствора,при его движении в кольцевом

5 953529 6 пространстве в контакте с проницае- дуемый раствор в блоке статической мыми зонами. фильтрации задается через штуцер 28, Выполнение блока статической фильт- противодавление - через штуцер 29. рации в виде камеры с фильтрующим зле" Работает установка следующим обментом позволяет определить водоот- 5 разом. дачу раствора в статическом состоя- Исследуемый раствор, при готовленнии при перепаде давления, что соот- ный путем перемешивания вручную, в ветствует фильтрации после вытеснения течение 3 мин по стандартной методицементного раствора в кольцевое прост- ке заливается в стакан 5. Стакан 5 ранство для его схватывания. tG устанавливается в автоклав 1, на поНа чертеже схематически изображе- верхность раствора помещается порна предлагаемая установка, общий вид. шень 10, затем автоклав 1 герметизи"

Установка включает автоклав 1, . Руется и приводной вал 6 с лопастяблок 2 динамической фильтрации с иэ- ми 7, разделенными пружинами 8, устамерительным стаканом 3 и блок 4 ста- f5 новленный в стакане 5 приводится во тической фильтрации . Автоклав 1 со- вращение. Нагрев раствора при этом, держит стакан 5 с исследуемым раство- создание и регулирование давления в ром. Внутри стакана 5 размещен при- автоклаве 1 производится по заданными водной вал 6 с лопастями 7, разделен- во времени программе, т.е. происходит ными пружинами 8 для обеспечения воз- щ создание температурных условий и пере-. можности перемещения лопастей 7 от- падов давлений, характерных для услоносительно вала 6. Лопасти 7 служат вий прохождения растворов в скважине для перемешивания раствора. Авто- на определенной глубине. клав 1 через трубопровод 9 высокого По истечении времени перемешивания давления связан с блоком 2 динамичес- 2s через штуцер I l на поршень 10 подэеткой фильтрации. и содержит поршень 10, ся давление для выдавливания раствора на который подается давление через в трубопровод 9 и затем в блок 2 дина" штуцеры Il и 12. мической фильтрации. В течение опреБлок 2 динамической фильтрации вы- деленного времени раствор передавлиполнен в виде камеры 13 с размещен- go вается через трубопровод 9 и отверсным внутри керном 14 с осевым отаерс- тие в керне 14,помещенном в камере 3

1 2 тием для прохождения раствора и изме- блока 2 динамической фильтрации при рительного стакана 3, снабженного соответствующем противодавлении, чепоршнем 15, связанным с сердечником рез штуцер 29 - в блоке 4 статической дишференциально-трансформаторной ка- фильтрации. При динамической водоот"

35 тушки 16 измерительного устройства даче фильтрат раствора поступает в (на чертеже не показано). Блок 4 ста-,измерительный стакан 3, в котором тической фильтрации выполнен в виде уровень поверхности жидкости фиксикамеры 17 с фильтрующим элементом 18, Руется поршнем 15, связанным с серразделяющим стакан 17 на две полости, дечником дифференциально-трансформа 40 верхнюю 19 и нижнюю 20. торной катушки 16 измерительного устВерхняя полость стакана 17 пред- роиства. назначена для сбора раствора, посту- При переводе раствора в верхнюю пающего из блока динамической фильтра- полость 19 стакана 17 блока 4 статиции 2 по трубопроводу высокого давле- ческой Фильтрации под фильтрующим

45 о ния 21 с краном 22. Нижняя полость элементом 18 в нижнеи полости 20 стакана 17 предназначена для сбора создается несколько большее давление, отфильтровавшейся из раствора жидкас- чем в верхней, для предупреждения ти, В верхней полости 19 стакана 17 пРеждевременной Фильтрации при заполустановлен поршень 23, связанный с нении верхней полости раствором. сердечником дифференциально-трансформаторной катушки 24 измерительного лость 19 прекращают, когда поршень 23, устройства (на чертеже не показано), Фиксирующий уровень раствора, выставит

Блоки статической 4 и динамической 2 Указатель шкалы измерительного Устфильтрации с измерительным стаканом 3 Ройства на нулев а на н левое значение при этом

1 помещены в термостатирующие рубашки, кран 22 трубопр д ан 22 т боп ово а 21 закрывают, соответственно 25, 26 и 27, для под- через штуцер 12 создают противодавледержания заданной температуры в про- ние на поршень 10, воэдеиствующии на цессе водоотдачи. Давление на иссле- раствор, возвращая et-o в исходное

953529 положение. Через штуцер 28 создают на раствор заданное давление, сопутст вующее фи л ьт рации раст вора в статическом состоянии, 5

В течение всего времени передавливания и фильтрации раствора заданная температура поддерживается в блоке 2 динамической фильтрации, измерительном стакане 3 и блоке статической >0 фильтрации 4 за счет помещения их в термостатические емкости соответственно 26, 27 и 2 .

В отличие от известных устройств в предлагаемой установке для определе>5 ния водоотдачи буровых и тампонажных растворов при повышенном .давлении и температуре в качестве фильтрационной среды в блоке динамической фильтрации используется впервые разрезанный блок?0 породы (керн) с осажденной на его повсрхности коркой глинистого раствора.

Предлагаемая установка дает возможность разграничить все стадии ис- 25 следования фильтрационных процессов, происходящих при обработке скважин: приготовление и перемешивание раствора при заданном режиме увеличения дав" ления и температуры, соответствует движению раствора в колонне до точки забоя, затем фильтрации раствора в динамике при перепаде давления, соответствующему вытеснению раствора в кольцевое пространство между колонной и стенкой ствола скважины и фильтрации его в контакте с проницаемой зоной, определению водоотдачи в статическом состоянии при перепаде давления, соответствующее фильтрации после о вытеснения раствора в кольцевое прост", ранство скважины до его схватывания.

Формула изобретения

Установка для определения водоотдачи буровых и тампонажных растворов, включающая автоклав с размещенными в нем стаканом с исследуемым раствором и приводным валом с лопастями, установленными с возможностью перемещения относительно вала, измерительное устройство, снабженное поршнем, связанным с сердечником дифференциально-трансформаторной катушки, и фильтрующий элемент, о т л и ч а ю " щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения статической и динамической водоотдачи в условиях, приближенных к реальным, проходящим в скважине, она снабжена подключенным к автоклаву с помощью трубопровода высокого давления блоком динамической фильтрации, выполненным в виде камеры с размещенным внутри нее керном с осевым отверстием для прсхожден.;я раствора и измерительного стакана, снабженного поршнем, связанным с сердечником дифференциально-трансформаторной катушки измерительного устройства, и подсоединенным к блоку динамической фильтрации при помощи трубопровода высокого давления блоком статической фильтрации, выполненным в виде камеры с.установленными в ней фильтрующим элементом и измерительным устройством, причем блоки и измерительный стакан снабжены термостатирующими рубашками.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Инструкция по методам контроля качества буровых растворов. И., ВНИИБТ, вып. 65,. 1972, с. 12.

2. Авторское свидетельство СССР

У 759901, кл. Е 21 В 21/00, 1980.

953529

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва, Ж-35 Раушская наб. д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, Составитель О. 4ернуха

Редактор А. Козориз Техред М.Тепер Корректор Ю, МакаРенко аказ 6267/71 Тираж 867 Подпи сное