Способ определения реологических характеристик буровой промывочной жидкости Советский патент 1993 года по МПК G01N11/00 

Изобретение относится к способам определения реологических характеристик промывочных жидкостей, в частности, структурной ; вязкости и динамического напряжения сдвига вязкопластичных промывочных жидкостей. Оно может найти применение в системах контроля технологических параметров процесса бурения.

Цель изобретения - повышение достоверности м оперативности определения структурной вязкости и динамического напряжения сдвига буровой промывочной жидкости.

Изобретение поясняется чертежом.

Способ осуществляют следующим образом..

Прокачивают промывочную жидкость последовательно через колонну бурильных труб б и затрубное пространство 9. При этом создают первичной подачей жидкости насо-. сом 10 структурный режим течения замеряют манометром 2, установленным на

манифольде 1, давление в нагнетательной, линии циркуляционной системы Р1. Рассчитывают гидравлические потери в местных сопротивлениях циркуляционной системы (в манифольде 1, буровом шланге 3, вертлюге 4, ведущей трубе 5, секции утяжеленных бурильных труб 7, промывочных отверстиях бурового долота 8) по известной формуле.

APt ,

(3)

где ai - коэффициенты гидравлических сопротивлений элементов циркуляционной системы с переменной формой и размерами каналов, м ,. : р - плотность промывочной жидкости, кг/м.

Цикл .операций повторяют при вторичной подаче буровых насосов 0.2. При этом измеряют давление в нагнетательной линии циркуляционной системы Р2 и рассчитываел С

00

о

х| СА) СО

О

ют гидравлические потери в местах сопротивлениях циркуляционной системы ДРа по формуле

APi ZaipQ2: .

Подставляют полученные -значения в формулу (1) и рассчитывают величину структурной вязкости промывочной жидкости г.

Используя найденное значение г), определяют величину динамического напряжение сдвига промывочной жидкости Т0 из выражения (2).

Пример реализации способа. Способ определения реологических характеристик промывочной жидкости с использованием устьевой информации был опробован при бурении разведочной скважины Р-35 на Геологической площади.

Замеры проводили в обсаженной части ствола скважины во время промежуточной промывки. .

Бурильная колонна длиной м была составлена из бурильных труб ПК-114,3x8,56, для которых ,1143 м, ,09 718 м. Диаметр обсаженной части ствола скважины ,2215 м. В компоновку низа бурильной колонны входили трехшарошечное долото диаметром 0,2159 м с тремя гидромониторными коноидальными насадками диаметром по 0,0127 м ( -10 ) и секция утяжеленных бурильных труб УБТ-178x90 длиной 134 м (,9 -10 , а кл.у 2,1 10 м ). Наземная обвязка циркуляционной системы включала в себя мани- фольд диаметром 0,127 м (,4- ), буровой шланг диаметром проходного сечения 0,076 м (,2-10 V4), вертлюг УВ-400 с диаметром проходного сечения 0,075 м (,9 -10 5м ), ведущую трубу условного размера 0,140 м(ав.т.0,9- 10 ), Плотность; промывочной жидкости 1420 кг/м . Расход промывочной жидкости замеряли объемным методом,

Создали первичной подачей бурового раствора ,0104м3/с структурный режим течения жидкости в колонне бурильных труб и в затрубном пространстве скважины. При этом замерили образцовым манометром давление в нагнетательной линии циркуляционной системы, оно составило ,67 МПа. Рассчитали по формуле (3) гидравлические потери в местных сопротивлениях циркуляционной системы при первичной подаче насоса ,0104 м3/с;

ДР1(ам+аш- -ав- -ает+ау+акп.у+ад) х

х/эСН2(3,4 -105+1,2 -105+0,9 -105+ +0,9- 105+3,9 -105+2,1 105)- 1420х 5хО,01042 55,4- 105 1420-0.01042 850873 ,85 МПа.

Затем цикл операций повторили. Созда- Ю ли вторичной подачей бурового насоса ,0089 м/с структурный режим течения жидкости в колонне бурильных труб и в за- трубном пространстве скважины. При этом давление в нагнетательной линии циркуля- 15 ционной системы составило ,35 МПа. Рассчитали гидравлические потери в местных сопротивлениях циркуляционной системы по формуле (4):

20 ,4-105-1420-0,00892 623129 ,62 МПа.

Подставив полученные значения в фор- 25 мулу (1), получили значение структурной

вязкости rj:

3,140.097184-(0.2215 -01143)3х 128-3540-(0,0104 -0,089)-(0,2215-

х(0,2215 -Ю.1ШУ(5,67 -0,85) - . - 0,1143)3(0,2215 + 0,1143) +

35 -(5.35-0.62)-106,00305Па.с + 0,097184 v

Затем подставили исходные данные в ... формулу (2)и вычислили величину динамического напряжения сдвига щ0:

j/0 (5,67-0.85)-106- .-128-0.0104-3540-0.0305

то /5 ; X

3,14

1

(0,2215 - 0,1143)3(0,2215 + 0,1143)

50

1

j)x

0,09718Ч

3-0.09718-(0.2215-0.1143) 5516-3540-(0,2215 -0.1143 +0,09718)

. -11,3 Па.

Предлагаемый способ определения реологических характеристик промывочной

жидкости обеспечивает по сравнению с прототипом следующие преимущества:

- определение реологических характеристик буровой промывочной жидкости производят при ее циркуляции в реальном объекте-буровой скважине, поэтому исключаются погрешности, появляющиеся при переходе от модели к реальному объекту; отпадает необходимость в пересчете параметров, от которых зависят структурная вяз- кость и динамическое напряжение сдвига (гидравлическое давление в скважине, распределение температур по стволу скважины); это позволяет повысить достоверность их определения;

- использование предлагаемого способа позволяет отказаться от применения специальных приборов для определения реологических характеристик буровой промывочной жидкости в лабораторных условиях и производить замеры этих характеристик непосредственно на буровой, что также ведет к повышению достоверности и опера тивности получаемых данных.

Формула изобретения Способ определения реологических характеристик буровой промывочной жидкости при бурении скважины в интервале залегания поглощающего пласта, включаю- щий ее прокачивание через гидравлический тракт с созданием в последнем структурного режима течения первичной подачей насоса, .измерение давления на выходе в гидравлический тракт, определение струк- турной вязкости и динамического напряжения сдвига, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности и оперативности определения, в качестве гидравлического тракта используют колонну бурильных труб и затрубное пространство скважины, определяют гидравлические потери в местных сопротивлениях циркуляционной системы, при этом цикл операций повторяют при вторичной подаче жидкости насосом, структурную вязкость q и динамическое напряжение сдвига Т0 вязкопластич- ной буровой промывочной жидкости определяют по формулам:

rajg(de-cb)3(dc+Cb)Pl -АР1)-(Р2-АР2). 128l(Q-Q2))3(dc+Cb)-t-dg

-API 12SQ1IЯ

4

1

(Ct-d03(dc+cl0

. 1. 3db(d-cb) n iblccb-d+cb)

где I -длина колонны бурильных труб, м;

dc - диаметр ствола скважины, м;

йн и de наружный и внутренний диаметры бурильных труб,м;

QI и Q2 - подача буровых насосов, м/с;

PI и Р2 - давление в нагнетательной линии циркуляционной системы соответственно при подаче буровых насосов QI и Cte, Па; APi и Р2 - гидравлические потери в местных сопротивлениях циркуляционной системы соответственно при подаче буровых насосов, QI и Q2, Па.

Назначение: определение реологических характеристик промывочной жидкости, в частности структурной вязкости и динамического напряжения сдвига вязкопластич- ных промывочных жидкостей.-Применяется в системах контроля технологических параметров процесса бурения. Сущность изобретения: в качестве гидравлического тракта используют колонну бурильных труб и затрубное пространство скважины и o/ipe- деляют гидравлические потери в местных сопротивлениях циркуляционной системы. Цикл операций повторяют при вторичной подаче жидкости насосом. Структурную вязкость и динамическое напряжение сдвига Определяют по приведенной формуле. 1 ил,