Устройство для определения порового давления и тампонирующей способности тампонажных растворов Советский патент 1990 года по МПК E21B33/138 E21B49/00 

Изобретение относится к бурению скважин и предназначено для определения порового давления и тампонирующей способности выеококонцентрированных глинистых и цементных суспензий, применяемых при бурении и креплении нефтяных и газовых скважин.

Цель изобретения - повышение точности определения порового давления и тампонирующей способности.

На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство.

Устройство содержит цилиндрический сосуд 1 с аксиалько размещенной в нем тоубкой 2, открытым нижним концом сообщающейся с полостью сосуда 1, заключенного в термостатированный объем 3. В нижней части сосуда 1 размещен проницаемый для жидкости фильтр 4, сообщенный с помощью шлифа 5 и крана 6 с пьезометрической трубкой 8, которая имеет отвод для спуска воздуха с краном 7. Блок компенсации изменения давления в процессе струк- турообразования выполнен в виде последовательно соединенных между собой и с пьезометрической трубкой 8 жидкостных U-образных манометров 9, верхние концы смежных колен которых соединены между собой посредством трехходовых кранов 10. Температуру в обь- еме 3 контролируют с помощью термометра 11. В верхней части аксиальная трубка 2 снабжена воронкой 12 для залива суспензии, а сосуд 1 - боковым отводом 14 для слива излишков суспгисл

со

|

vj

со

О5

31537796

ии. Патрубками 13 и 15 термостатиру- щий объем 3 подсоединен к термостату. Число манометров определяют исходя з условия

т и ц е п ю п с в ри ст и от до зы и ур те

(Ј.,).(&

:А.-::.:Й

и + Si) mi

об

где п - необходимое число манометров;

p.p. .рг

- плотности суспензии, дисперсионной среды и дисперсной фазы, кг/м3;15

т, и т - массы жидкой и твердой фаз суспензии;

диаметры сосуда и пьезометрической трубки, м;

D и d ff

тельно определяют экспериментально или расчетным путем величину контра ции oi суспензии в начальный период ее твердения. Рассчитывают левый и правый пределы формулы (1) и вычисля ют величину п. Блок 9 манометров и пьезометрическую трубку 8 соединяют с сосудом 1 через шлиф 5. С помощью вентилей 10 подсоединяют к пьезометрической трубке 8 необходимое количе ство манометров, перекрывают краны 6 и 7 и заливают сосуд 1 водой. Затем открывают кран 7 и сливают часть вод до полного удаления из системы пузырьков воздуха, открывают кран 6 и доливают сосуд 1 водой до верхнего уровня. При этом в измерительной сис теме, состоящей из пьезометрической

- предельно допустимая норма 20 тРУбки 8 и U-образных манометров 9,

ei 35

разбавления суспензии, равная отношению допустимого объема жидкости, поступающей из пьезометрической трубки в суспензию, к объему суспензии 25 (принимают, например, 0,01);

максимально возможное уменьшение объема суспензии вследствие контракции в период из- зд мерения порового давления, м3/кг цемента.

Благодаря такой конструкции достигается повышение точности определения порового давления и тампонирующей способности за счет наличия аксиально расположенной трубки, с помощью которой и бокового отвода осуществляется прокачка суспензии в сосуде до автоматической установки начального баланса давления между суспензией и измерительной системой. Наличие блока U-образных манометров обеспечивает автоматическое поддержание необходимого давления в процессе измерений над жидкостью в пьезометрической трубке, одновременно гарантирует предельно допустимую (заданную) норму разбавления суспензии жидкостью, поступающей в нее из пьезометрической трубки в течение всего времени испытаний суспензии.

Определение порового давления и тампонирующей способности суспензий с помощью предлагаемого устройства осуществляется следующим образом. Ло формуле (1) рассчитывают необходимое для данного опыта количество U-образ- ных манометров 9. Для этого предвари40

45

50

55

устанавливается давление, равное дав лению столба воды в сосуде 1. Включа ют термостат и после установления в объеме 3 необходимой температуры, которую наблюдают по термометру 11, заливают суспензию в воронку 12 с аксиальной трубкой 2. После вытеснения суспензией всей воды из сосуда 1 через боковой отвод 1 продолжают циркуляцию суспензии до стабилизации жидкости в пьезометрической трубке 8 после чего оставляют систему в покое наблюдая за изменением уровней жидкости в измерительной системе. О по- ровом давлении столба суспензии высо той Н судят по изменению уровней жид кости в U-образных манометрах 9 и пьезометрической трубке 8. В любой момент времени оно равно

Р п, g(h+h,+h2+...hh), (2) где h - высота жидкости в пьезомет рической трубке 8;

h,,Ьг,пп - разности уровней жидкости в U-образных манометрах 9.

Коэффициент тампонирующей способности рассчитывают по минимальному (конечному) значению порового давления. Формула для расчета необходимог числа U-образных манометров определе на из условий ограничения объема жид кости, поступающей из пьезометрической трубки в исследуемую суспензию и из условия полной компенсации возможного уменьшения объема суспензии из-за контракции в процессе структу- рробразования .

Пример. Дано кг/м3; р,1000 кг/м3; кг/м3; m /ma

- у. я

o

10

в;

15

ительно определяют экспериментально или расчетным путем величину контрак-, ции oi суспензии в начальный период ее твердения. Рассчитывают левый и правый пределы формулы (1) и вычисляют величину п. Блок 9 манометров и пьезометрическую трубку 8 соединяют с сосудом 1 через шлиф 5. С помощью вентилей 10 подсоединяют к пьезометрической трубке 8 необходимое количество манометров, перекрывают краны 6 и 7 и заливают сосуд 1 водой. Затем открывают кран 7 и сливают часть воды до полного удаления из системы пузырьков воздуха, открывают кран 6 и доливают сосуд 1 водой до верхнего уровня. При этом в измерительной системе, состоящей из пьезометрической

20 тРУбки 8 и U-образных манометров 9,

5

0

5

0

5

устанавливается давление, равное давлению столба воды в сосуде 1. Включают термостат и после установления в объеме 3 необходимой температуры, которую наблюдают по термометру 11, заливают суспензию в воронку 12 с аксиальной трубкой 2. После вытеснения суспензией всей воды из сосуда 1 через боковой отвод 1 продолжают циркуляцию суспензии до стабилизации жидкости в пьезометрической трубке 8, после чего оставляют систему в покое, наблюдая за изменением уровней жидкости в измерительной системе. О по- ровом давлении столба суспензии высотой Н судят по изменению уровней жидкости в U-образных манометрах 9 и пьезометрической трубке 8. В любой момент времени оно равно

Р п, g(h+h,+h2+...hh), (2) где h - высота жидкости в пьезометрической трубке 8;

h,,Ьг,пп - разности уровней жидкости в U-образных манометрах 9.

Коэффициент тампонирующей способности рассчитывают по минимальному (конечному) значению порового давления. Формула для расчета необходимого числа U-образных манометров определена из условий ограничения объема жидкости, поступающей из пьезометрической трубки в исследуемую суспензию и из условия полной компенсации возможного уменьшения объема суспензии из-за контракции в процессе структу- рробразования .

Пример. Дано кг/м3; р,1000 кг/м3; кг/м3; m /ma

515

0,5; ,03 м; ,005 м; Ј 0,01; Мэ/кг.

Подставив эти числа в (1), получим 2,2 2п+1 с 3,7 или 0,,35.

То есть в данном случае в измерениях необходимо использовать один U-образный манометр.

Преимуществами устройства, помимо повышения точности, являются также простота и надежность в эксплуатации вследствие полной автоматизации установки баланса давлений в системе суспензия - блок компенсации. Эти преимущества позволяют значительно сокра- тить затраты времени на определение коэффициента тампонирующей способности, так как число повторных опытов уменьшается.

Использование устройства позволяет оперативно осуществлять исследование и выбор тампонажного состава для конкретных условий и тем самым повысить качество крепления скважин.

Формула изобретения

Устройство для определения порово- го давления и тампонирующей способности тампонажных растворов, включающее цилиндрический сосуд и проницаемым для жидкости фильтром, размещенный в термостате и соединенный с измерителем давления пьезометрической труб

5

0

5

0

отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения перового давления и тампонирующей способности, цилиндрический сосуд дополнительно снабжен верхним боковым отводом и аксиально размещенной внутри него трубкой с открытым нижним концом, а измеритель давления выполнен в виде последовательно соединенных между собой посредством трехходовых кранов U-образных жидкостных манометров, причем число U-образных манометров определяют из соотношения

Р/Р.-1 , ,

ff757d) 2п+к - сГГр;Т573У5

где п - количество подключаемых манометров, шт; соответственно плотность суспензии дисперсионной среды и дисперсной фазы, кг/м3;

и m - массы жидкой и твердой фаз суспензии, кг; диаметры сосуда и пьезометрической трубки, м; предельно допустимая норма разбавления суспензии; максимально возможное . уменьшение объема суспензий вследствие контракции, М3/КГ.

р Р.. Р«ГР

D nd

8 oi Ю 1Q Ю

Изобретение относится к бурению и креплению скважин. Цель - повышение точности определения порового давления и тампонирующей способности. Устройство содержит цилиндрический сосуд с боковым отводом и аксиально расположенной трубкой. Сосуд имеет проницаемый для жидкости фильтр, размещенный в термостате и сообщенный с пьезометрической измерительной трубкой и измерителем давления - блоком U-образных жидкостных манометров. Для определения порового давления и тампонирующей способности рассчитывают необходимое число манометров в блоке, заливают устройство водой, затем заливают в сосуд через аксиальную трубку тампонажную суспензию до стабилизации уровня жидкости в пьезометрической трубке. По изменению уровня судят о величине порового давления и тампонирующей способности. Дана формула для расчета количества U-образных манометров. 1 ил.

к

/Г термостату

-

Йг

Составитель Л.Бестужева Редактор С.Патрушева Техред М.Дидык Корректор Т.Палий

Заказ 151

Тираж +б9

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и ОТКРЫТИЯМ при ГКНТ СССР ПЗП35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. (/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

5 От термостата

Подписное