Методическое пособие по замеру физических параметров

х orl1 rrо ,lя
Сёr2вr4сrirсrя
'1 ),
ооо G С п е ц ПетроСер
в ис
Мрес местонахохqенхя:119590 Россия. r Москва, уп Минская, д. 2l корлус
Почrовьlй адрес]4041З0 Волrоrрадская область,
ИtlНl!(лП: 34З5О7997U77290100'
l
1
Волжсt{ий ул, Александроsа 65М
rп
J-r J
огРн;106за3505з560
I_,глаl|,пlо@sрs.соmрJп} ru
МЕТОДИqЕСКОЕ ПОСОБИЕ
ДЛЯ ИНЖЕНЕРОВ ПО БУРОВЫМ РЛСТВОРЛМ
ООО кСпецПеmроСервuс> ПО ЗАМЕРУ ФИЗИЧЕСКИХ
ПЛРЛМЕТРОВ БУРОВОГО РДСТВОРЛ
I
:!-
Испыmанuя расmворов на воdной основе.
АНИ рекомендует стандартные методы проводимых полевых и лабораторньж
испытаний для буровых растворов < Рекомендуемая практика : стандартнаrI
rlроцелура лJц ltoJlеI}ol,o испытания бурового раствора на водной оёнове( на нефтяной
основе)> API RP 13B-l (ИСО 104l4-1:2008). 1ЗВ-2 (ИСО l0414_2: 2002).
Испо",rьзуется стаIIдартное оборчдование Фирпr
Налибертен, Китайского произво/(ства,
оФИТ'rЕ. и-.rи ана-ltlгичI{ое
eNlv.
Плоmносmь ясudкосmu ( вес бур!во?о расmвора)
Инсmруменmы.
Плотность (обычно упоминается как вес бурового раствора) измеряется с помощью
рычажных весов достаточной точности для замера в пределах 0, l фt,нтlгаллон( 0,5
фунт/куб,фут или 5 псиll000 фут глубины или 0.01 г/смЗ).Щля всех практических целей
плотность означает вес на единицу объёма и измеряется взвешиванием раствора. Вес
раствора может быть выражен как градиент гидростатического давления в
фунг/кв.дюйм на 1000 футов вертикальной глубины ( рси11000 фут), как плотность в
фунт/га:rлон, фунт/куб.фут или удельнм масса (SG) (см.табл. 1)
SG:
Фчнт/галлон
8"з45
Фунт/ кубфr,т
и пи
62,з
грамм
или
смЗ
Таблицаl. Таблица перехода для единиц плотности.
рьtчаслсные Becbt
Описание. Рычажные
весы
состоят в большинстве случаев из основы на которой
покоится градуированное плечо с чашкой, крышкой , опорной призмой, указателем
уровня, шкалой и противовесом. Чашка с фиксированным объёмом закреплена Еа
одном конце градуированного плеча, которое имеет противовес на другом конце
плеча. Чашка и плечо колеблются в плане перпендикуJlярно к горизонтаJIьной опорной
призме, которая покоится на опоре. и уравновешивается движением укiвателя вдоль
плеча.
Калибровка.
1. Удалите крышку
с
чашки
и
полностью заполните чашку чистой или
дистиллированной водой.
Установите крышку на чашку и вытрите её насухо,
Установить плечо весов на основу , положив опорную призму на ребро опоры.
4. Пузырёк уквателя уровня должен быть в цен,гре окна ! когда ука]атель остановится
наlтротив значения 8,33 фунт/галлон( l г/смr). Если этого не будет, настроить,
используя калибровочный винт в конце плеча весов. Некоторые весы не имеют
калибровочный винт и должны иметь свинцовуо дробь , добавляемую или
извлекаемую из ка,,rиброво.rной чашки,
Процедура.
1. Удалить крышку с чашки и полностью заполнить чашку буровым раствором,
который испытывается.
2. Установить крышку и врацать её до тех пор. пока она твёрдо не установиlся на
место, вытеснив при этом несомненно некоторое количество бурового раствора
через отверстие в крышке.
З. Смойте раствор с боков чашки и насухо вытрите её.
4. Установите весы на базу , разместив опорн}tо призму на ребре опоры.
2.
3.
2
5. !вигайте
укaватель весов до тех пор. пока градуированное плечо не примет строго
горизонтацьное положение по уровню, как это будет показано пузырьком на
6.
7.
8.
балансире.
На ребре указателя , ближайшем к чашке , считайте значение плотности или веса
бурового раствора.
Запишите результат в ближайших делениях шкапы то ли в фунт\галлонilх, то ли в
фlът\куб.фут, то ли в псиl1000 фут, то ли в г/смЗ.
.Щля весов, не показываюцих результат в описанных единицах , MorKeT быть
использовано уравнение , показанное в таблице l .
Грмиент бурового раствора:
Пси/фут - 0,052 х фунт/галлон :0,433Зх г/см3 :0,00695 х фунт/куб.фут.
Кг/см2/м - г/см]i l0
г/смЗ при 600Ф (l5,60C) - l41,5/131,5 +0Ани,
Где 0АНИ = сила тяготения Американского нефтяного института.
ппи оппедслепии
еалыIой плотности аэrrированного
D аствоDа
в полевых
условиях может быть использован следyющии метод:
- весы заполняют водой,
- устанавливilют крышку (излишек воды должен выйти наружу через
отверстие);
- сливают воду из весов в сосуд;
- повторяют ту же операцию с раствором;
- тщательно смешивают раствор с водой для уменьшения вязкости и выхода
пузьrрьков возд).ха:
- замеряет IIолученную плотность, умножают на два и вычитают единицу,
(плотность воды), получают приближеннуrо к реа,тьной плотность раствора.
Д) Воронка Maputa.
описание.
Воронка Марша имеет диаметр б дюймов вверху и длину 12 дюймов. Внизу воронки
имеется гладкоствольнаJl трубка длиной 2 дюйма и с внешним диаметром 3/lб дюйма,
присоединённм таким образом. что отсутствует сужение в месте соединения,
Проволочная сетка, имеющаrl отверстия размером 1/lб дюйма и закрьlвающая половину
воронки, зафиксирована на уровне % дюйпла ниже верхнего краJI воронки.
Калибровка.
Заполните воронку от низа до сетки (1500 мл) пресной водой при 70+ 50Ф. Время
истечения l кварты ( 946 мл) должно быть 26 ceKl 0,5 сек.
Прочелура.
l. С воронкой в вертикilльном положении закройте пальцем отверстие и налейте
образец свежеперемешанного бурового раствора через сетку в rIистую воронку
до тех пор, пока уровень жидкости Ее достигнет нижнего края сетки (1500 мл).
2. Быстро удаJIите паJIец от вьtходного отверстия и изNлерьте время, необходимое
бJровому раствору, чтобы заполнить приёмную круя(ку до 9тметки l кварта на
кружке.
3. Запишите результат до ближайшей секунды как вязкость по воронке Марша.
Запишите температуру жидкости в градусах Фаренгейта или I{ельсия.
В) Ро mа цuо н н ы й в ас ко з tмеmp
описание.
Прямо показывающие вискозиметры - инструменты ротационного типа . приводимые в
движение либо при помощи электродвигателя , либо вручную. Буровой раствор
3
содержитсЯ в кольцевоМ пространстве между двумя концеЕтрично расположенными
(втулка) лвижется при
цил;ндрами. Внешний цилиндр или роторная гильза
постоянноЙ скоростИ вращениЯ (RPM ) -ротачионной скорости, Вращение роторной
втулки в жидкости вызывает вращающий момент на бобе или вн)"треннем цилиндре ,
скрученная пружина задерживает движение боба . и круговzut шкала под
воздействием боба показывает его сдвиг.
Константы инструмента подогнаны таким образом, что пластиIIескаJI вязкость и
динzlмическое напряжение сдвига получаются ислользованиеNl показаний прибора
при скоростях вращения роторной гильзы 600 и 300 об/мин.
Спецификации: прямо показывающий вискозиметр.
Роторная гильза.
1.450 дюйлл.( j6.83 мм)
Внутренний диаметр
3,425 дюйпt (87,00 мм)
Общая длина
Линия метки(над Еизом
дюйм (58,4 мм)
(3,18
1/8
мм)
отверстий
дюймовых
.Щва ряда
расположены tlол уtлом 1200 (2,09
радиан) друг от друга вокруг роторной гильзы сразу же ниже линии метки.
Боб.
1,358 дrойм (З4,49 мм)
1,496 дюйм (38,00 мм)
Длина
и
коническим
Боб закрыт плоской основой
верхом.
втулки)_2,30
Диаметр
цилиндра
КoнстантдтopcиoннoйпpужиньI-386дин/гpадoткЛoнeния.
600 обlмин
Низкая скорость
300 об/мин
Имеются следующие типы вискозиметров, используемых для иопытаний буровьrх
растворов:
Инструмент с ручньш приводом имеет скорости 600 и З00 об/мин. Кнопка на втулке
рычага переключения скоростей использ},ется дJuI определения статического
напряжен ия сдвига.
2. Инструмент, приводимый в движение 1 2-вольтовым электродвигателем, также
имеет скорости 600 и З00 об/мин. Регулируемый выключатель позвоJulет иметь
а
высокий сдвиг до замера,
дисковаJI ру{ка с насечкой ислользуетсядля
определения статического напряжения сдвига.
3. 1 1 5 вольтовый инстррtент , приводимый в движение дв}хскоростным синхронным
двигателем ( см.рис.3), позволяет иметь скорости 600,З00,200.100. б и З об/мин.
Скорость 3 об/мин. используется для определения статического напряжения сдвига.
4. 115 или 240 - вольтовые инсlрументы с изменяющейся скоростыо позволяют
получать все скорости между 625 и l обlмин. Скорость З обlмин используется для
определения Снс
1)Процедура для определения эффективной (кажущейся) вязкости, пластпческой
вязкости идицамического напряжеяия.
1. Поместить свежеперемешанньiй образеч в термостат и подогнать tIоверхность
раствора к линии метке на роторной гильзе.
2. Нагреть или охладить образеч до 1200Ф (490С). Медленно перемешивать пока
настраивается температура..
3. Включить мотор , поместив включатель в позицию самой высокой скорости с
последующим переключением всех передач по убываюцей. Дождаться
устойчивой величины показаний шкzlлы и записать показания при 600 обi
мин. Изменять передачу только когда мотор в движении.
4. Поставить переключатель на скорость З00 об/мин. Подоясдать стабилизации
показаний прибора и записать величину для 300 обlтrлин.
5. Пластическalя вязкость в сантипуaвах равняется разнице между показаниями
прибора при 600 обlмин и при З00 обlмин. ( см.рис.4).
6. !инамическое напряжение сдвига в фунт/100 кв.фут равно рirзнице между
показанием прибора при 300 об/мин и величиной пластлlческой вязкости в сП.
7. Эффективная ( кая<ущмся вязкость ) в сантипуазах равна показанию при 600
обlмин, делённому на 2.
4
l.
-
2) Прочелура для определения статического напряжения сдвига.
приблизительно в течение 15 сек. и
медленно переключить передачу в нейтральную позицию.
2. Остановить мотор и подождать l0 сек.
3. Лёгким щелчком вкJIючить сам},ю низшуо скорость (3 об\мин) и записать
максимаJIьное
откJIонение шкмы как первоначальное налряжение сдвига в
кв.фут.
Если шкала не возвращается на 0 при выключении мотора, не
фунт/100
возвращать её.
4. Повторить пlтrкты l и 2 , но держать раствор в покое l0 мин., потом поставить
переключатель на низшую скорость
и записать максимаJIьное отклонение
шкilлы как СНС за 10 мин. Записать температуру измерения.
Уход за прибором.
Очистить инструмент перемешиванием при высокой скорости роторной гильзы,
погрузив её в воду или другой растворитель. Удалить роторнуо гильзу , лёгким
вращением выведя фиксатор защёлки. BblTepeTb тщательно боб и другие части сухой
тканью или бумажной салфеткой.
Прес)упреэrcDенuе: боб по.цьtй u Mo.1tceп быmь yda.tёtt О.ця чuсmкч Влаzа буdеm время оm
1. Перемешать образец при 600 об/мин
временu ыrymрu ezo конdенсuроваmься u dolжна быmь Bblcylueчa прубным
очuсmumeцеll. Поzруlсенuе mако?о пусmо?о боба в чрез_uерно zорячuй расmвор .|rохеm
прuвесmu к очеllь опасIlо-\1у взрьIву.
Заuечаttuе: HuKozda не поzруэк:айmе прuбор в воОу.
Фuльmрацuя
описание.
Фильтрация или коркообразуюцее свойство раствора определяется способом с
использованием фильтр-пресса. Тест состоит в определении скорости, с которой
жидкость преодолевает фильтровальную бумагу. Тест проводится при определённых
условиях времени , температуры и давления. Толщина образующейся твёрдой
фильтрова,тьной корки измеряется после опыта.
Используемый фильтр-пресс должен отвечать требованиям спецификаций,
разработанных в Рекомендованной Практике АНИ, и проводится рекомендованным
определяется при поверхностной температуре и
способом. Водоотдача по АНИ
давлении l00 фунт/100 кв.фут и записывается как количество миллилитров ,
потерянных за 30 мин.
Инструменты.
Этот инструмент состоит из сборной ячейки для раствора . редуктора давления и
манометра , устанавливаемого наверху переносного контейнера ц в верхней части
автомобильного лабораторного прибора.. Ячейка соединяется с редуктором способом
переходной муфты простьппл вставлениел{ ниппеля соединительной муфты ячейки в
муфту фильтр-пресса и поворотом замкового соединения на % оборота. Некоторые
ячейки не имеют этого замкового устройства и только вставляются в
соответствующую муфту. Ячейка закрывается на дне подогнанной крышкой с сеткой (
или решёткой) помещением крышки с зафиксированной вплотную с ней
фильтровальной бумагой поворотом направо с затяжкой вручную. Это прижимает
лист фильтровальной бlмаги вплотную к резиновому кольцу] предварительно
положенного на основу ячейки. .щавление обеспечивается маrIеньким баллончиком с
углекислым газом. Предусмотрен выпускной клапан для стравливания давления перед
отсоединением ячейки. Не использовать оксид азота NzO (Whippets).
А) Воdооmilача по сmанdарлпу АНИ.
Процедура.
1 . Иметь источник давления газа или воздуха в l 00 фунт/100 кв/футов.
2. Удалить крышку со дна чистой и сухой ячейки. Установить кольцо в сухой паз .
потом перевернуть для заполнения. Любое механическое повреждение приведёт к
его негерметичности. Закрыть входное отверстие паJlьцеNl.
5
3.
Поместить
Заполнить ячейку раствором , не доходя % дюйма до паза д,ut кольца,
Поместить
кольца,
(
или эквивалент) поверх
фильтровальнlто- бlмагу Burrun Nq50
np",runy
nu ф"rr"rро"-ьнlто буuагу кромкой крышки на кромку ячейки и
и вставьте
пъ".рпrr" запорный замок ,зажав его рукой, Переверните ячейку
ниппель соединительной
4.
5.
6.
7.
8.
муфты в муфту
фильтр-пресса
и
поверните другим
направлением для зацепления.
ПоЙестите подходяпц-rй мерный цилиндр под трубку для приёма фильтрата,
Откройте впускной клапан д.пя создания давления в ячейке. ( Быстрое смещение
стрелки вниз может покzвать, как газ заполняет ячейку.)
30 мин. По окончании опыта закройте клапан.
Время нормального теста по
.Щавление будет закрытО в источнике , и давление будет стравливаться
автоматически. Улм иr е ячейку.
Запишите водоотдачу в мл. если не указано иное.
используйте чрезвчайную
избавьтесь от раствора
Разберите ячейку
тщательность, чтобы сохранить фильтрова_пьную бумагу с минимальными
повреждениями корки. Аккуратно смойте раствор с корки Замеряйте толщину
фильтровальной корки и запишите её в l/32 ед. дюйма.
АНИ
и
,
Соdерuсан uе песка.
Инструменты.
Содержание песка в буровопr растворе устанавливается п}тём использования
комплекта с сеткой для отсеивания песка. Тест с использованием сетки вследствие его
простоты широко используется в полевых условиях,
Набор dля опреdеленuя соdерJtсанuя песка.
описание.
Набор лля определения содержания песка состоит из 2 /z -дюймового ( в диаметре)
сетчатого фильтра, размер ячеек сетки 200 меш ( 74 мкм), воронки. подогнанной под
фильтр, и стеклянной измерительной пробирки . промаркированной на объём раствора ,
который необходимо добавлять надлежащим образом, чтобы считывать процентное
содержание песка прямо в нижней части пробирки, KoToptu{ проградуировzrна от 0 до
20%.
Процелура.
l.
2.
3.
Заполнить стекJulнную измерительную пробирку до метки, указывающей объём
раствора. ,Щобавить воды до следующей метки. Закрыть отверстие пробирки
большим паJIьцем р}ки и энергично встряхнуть.
Вылить смесь Еа сетку фильтра, добавить ещё воды в пробирку, встряхнуть и
снова вылить на сетку. ,Щобавлять, пока смываемая вода не станет чистой
Промыть
начисто
песок
тот!
который
удерх(ан
на
сетке.
Посадить воронку на верхнюю часть сетчатого фильтра. Перевернуть сборку и
вставить конец воронки в горловину стеклянной измерительной пробирки.
Смыть песок с сетки в пробирку посредством тонкодисперсного
разбрызгивания воды.. ,Щать возможность песку осесть. На градуированной
части пробирки считать процентное содеря(ание песка ( по объёму).
Соdерэrcанuе JкtлOкой u плвёрlой q]аз.
Инструменты.
Реторта для бурового раствора
со способностью нагрева по принципу духовки
используется для определениJI количества жидкой и твёрлой фаз в буровых жидкостях.
6
Образеп раствора ( могут
Реторты с внутри пробньтм нагревателем не рекомендуются,
и
10-20- или 50 -мл объёмом образца) помещается в чашку
бь,r" разны"'реrорi",
"
Это
крышкой с тем, чтобы вытеснить некоторое количество жидкости,
"unp"ruuar""
обеспечивает правильность объёма. Он нагревается до тех пор, пока жидкие
компоненты не испарятоя. Испарения проходят через конденсатор и собираются в
градуированный цилиндр, который обычно градуирован в процентах, объёмы
*rо*оar", волы и нефти, измеряются прямо в прOценгах. Содержание твёрлой фазы,
как диспергированной , так и растворённой , определяется вычитанием из 100 уо или
считыванием объёмасвободного пространства вышежидкости.
описание.
Д) Процеdуро: реmорmь
!ать возможность образцу раствора остыть до комнатной температуры .
2. Разобрать ретортную сборку и cMzrзaTb резьбу чашки для образца
высокотемпературной смазкой (Never-Seez*) Наполнить чашку для образца
почти полностью жидкостью, KoTopfuI будет испытываться. Поместить крышку
чашки для образца на место крепким вращением , вьцавливбI избыток
жидкости с тем, чтобы получить точный требующийся объём 10,20 или 50 мл.
Очистить выдавленную жидкость с крышки и резьбы.
3. Упаковать в верхнюю часть расширительной кzrмеры тон коволокнистую
стальную вату , потом ввернуть чашку с образцом в расширительную камеру.
Ста,тьная вата должна улавливать твёрдую фазу . уносимую при кипении.
!ержать сборку вертика,чьно так! чтобы раствор не вытек в лренажную трубку.
4. Вставить или вверн}"ть дренажную трубку в отверстие на коЕце конденсатора
, прочно закрепив. Градуированный цилиндр , который откалиброван так, чтобы
считывать показания в процентах. должен быть закреплён в месте под
l.
5.
конденсором.
Вставить шнур питания в сеть с соответствующим напряжением и держать
включенным до тех пор , пока не наступит окончание дистилляции, на которую
может потребоваться 25 мин. в зависимости от характеристиIt нефти, воды и
твёрлой фазы.
6. !ать возможность дистилляту остыть до комнатной температуры.
7. Считать процентное содержание воды нефти и твёрдой фазы прямо
на
мерном цилиндре. Капля или две раствора аэрозоJul помогут сделать более
чёткой поверхность рiвдела вода-нефть, потом считывается процентное
содержание твёрлой фазы.
8. В конце испытания
ретортную сборку.
полностью охладить , потом оrIистить выс},шить
9. Пропустить трубньй
очиститель через отверстие конденсора и дренажную
трубку реторты с тем, чтобы их оtIистить и поддерживать полностью
открытыми.
Замечшtче : не dопускаmь суэlсенw! dpeHaэtc,tиlti mрубкu.
Процентное содержание путём объёмного андлиза твёрдой фазЬr, весовой метод (
расчёт при помощп весовой разницы с использованием традицпонной реторты)
1. Необходимое оборудование:
рычажные весы.
Обычная 20 мл. реторта ( типа дlховки)
Аналитические весы с точностью до 0,0l г.
2. Четыре параметра необходимо иметь:
А. Плотность раствора.
В. Вес реторты ( включая стаJIьную вату и чашку)
С. Вес реторты с целым раствором
D, Вес реторты с твёрлой фазой раствора
Процедура.
l. Подготовить реторту со стальной ватой и чашкой для образца. Определить вес в
г. Это величина В.
7
2.
3.
4.
Разобрать реторту и добавить раствор , чтобы наполнить чашку для образца.
Измерение объёма или использование крышки для этого только не обязательно ,
так как объёмы рассчить]вalются в этой процедуре взвещивания с раствором и
без. Взвесить вновь собранную реторту . Это величина С.
Провести опыт с ретортой , как обычно собирая д"сrилляi ( воду и какое-то
количество нефти)
,Щать возможность реторте остыть и снова взвесить сборку. Это будет величина
д.
Расчёт.
рассчитать:
l. Плотность раствора в г/см]: d: W ( фунт/галлон) х 0,1l994
2. Количество граммов раствора в реторте : г.р-ра - Величина С- Величина В
З. Количество граммов или см3 отогнанной воды: С-,Щ
Рассчитать объёмное содержание твёрлой фазы:
.Щоля
твёрлой
фракции:
Процент твёрлой фазы:
с-в
-dx
С-В
l00 х
объём твёрлой фракции
Пример:
Четыре измерения промыслового раствора:
А)
12,70 фунт/галлон
В) 317,45 г
С) 348,З1 г
!) З32,69 г.
Тогда:
Ml :
12,70 фунт/галлон х 0,1194: 1,52З г/смз
З l7.45 - З0.86 г. раствора
Ns2 -З48.З
:
Зз2,69 - 15,62 г. воды
Ns3 З48,З
: ( З0,86 - 1.52 х 1 5,62)/З0,86
,Щоля твёрлой фазы
Прочент твёрлой фазы : 100 х 0,2307 :2З,0] %
l
1
8
:
7,12lЗ0,86
:
0,2З07