Установка для определения водоотдачи буровых и тампонажных растворов Советский патент 1982 года по МПК E21B21/06 G01N7/00 

(Б) УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДООТДАЧИ БУРОВЫХ И- ТАМПОНАЖНЫХ РАСТВОРОВ

Изобретение относится к измерительной 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 устройство - фильтропресс ФП-3, которое содержит автоклав со съемной верхней крышкой,. через которую проходит приводной вал с лопастями, и нижней кры кой с укрепленным в ней сменным филь рующим элементом, установленным в чашке с перфорированным дном, снабженным трубкой отвода фильтрата и ме ным стаканом для его сбора, напорным и редукционным клапанами. Фильтропресс позволяет измерять статическую и динамическую водоотдачу бурового раствора при 20-250 С, перепадах дав ления от 1 до 10 кг/см l 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 лопас тями, установленными с возможностью перемещения относительно вала. Стакан разделен фильтрующим элементом на две полости - .верхнюю и нижнюю. В верхней полости стакана установлен поршень, взаимодействующий с сердеч НИКОМ дифференциально - трансформато,: ной катушки измерительного устройства Устройство позволяет изм ерять статическую и динамическую водоотдачу, например, буровых растворов при повышенных давлениях и температурах f2J. При исследовании динамической фильтрации раствор равномерно перемешивается при помощи мешалки-вала с лопастями. Под действием перепада давления и при заданной температуре жидкость из раствора отфильтровывает ся в нижнюю часть измерительного ста кана. При исследовании статической водоотдачи из раствора под действием перепада давления при заданной тем пературе также отфильтровывается в никнюю часть измерительного стакана. . Измерение водоотдачи в устройстве происходит следующим образом. В результате объемных изменений раствора ,в верхней полости стакана, происходя щих за счет оа-фильтровывания жидкости в нижнюю полость стакана, происходит изменение положения поршня, а следовательно и сердечника дифференциальн трансформаторной катушки, которое ре гистрируется 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 решения является невысокая точность измерения водоотдачи растворов обусловленная конструктивным несовершенством устройства ввиду того, что исследование динамической и статической водоотдачи ведется в одном автоклаве (замкнутом объеме, в результате чего невозможно смоделировать условия, соответствующие вытеснению раствора в кольцевое пространство скважины между колонной и стенкой ствола скважины. При исследо вании динамической водоотдачи раствор, перемешиваемый лопастями, все время находится в равновесном состоянии и фильтруется через фильтрующий элемент одной проницаемости, отделив шийся при этом фильтрат характеризуе максимальную величину водоотдачи и не позволит получить данные процесса фильтрации с учетом образования фильтрационной корки (например, глинистой или цементной) ,получаемой в результате контакта раствора с проницаемыми зонами породы (.керна} при вытеснении раствора в кольцевое прос ранство между колонной и стенкой ств ла скважины. При исследовании водоотдачи в статическом состоянии при 9 94 перепаде давления лопасти создают дополнительное сопротивление, в результате чего возникает погрешность в самом процессе водоотдачи. Цель изобретения - повышение точности измерения статической и динамической 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, снабх енное 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 камеры, с -размещенным внутри нее керном с осевым отверстием для прохождения 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 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 размешенным 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 пространстве в контакте с проницаемыми зонами. Выполнение блока статической филь рации в виде камеры с фильтрующим эл ментом позволяет определить водоотдачу раствора в статическом состоянии при перепаде давления, что соответствует фильтрации после вытеснени цементного раствора в кольцевое прос ранство для его схватывания. На чертеже схематически изображена предлагаемая установка, общий вид Установка включает автоклав 1,, блок 2 динамической Фильтрации с измерительным стаканом 3 и блок 4 статической фильтрации. Автоклав 1 содержит стакан 5 с исследуемым раство ром. Внутри стакана 5 размещен приводной вал 6 с лопастями 7, разделен ными пружинами 8 для обеспечения воз можности перемещения лопастей 7 относительно вала 6. Лопасти 7 служат для перемешивания раствора. Автоклав 1 через трубопровод 9 высокого давления связан с блоком 2 динамичес кой фильтрации, и содержит поршень 10 на который подается давление через штуцеры 11 и 12. Блок 2 динамической фильтрации вы полнен в виде камеры 13 с размещен,ным внутри керном 14 с осевым отверс тием для прохождения раствора и изме рительного стакана 3, снабженного поршнем 15, связанным с сердечником дифференциально-трансформаторной катушки 16 измерительного устройства (на чертеже не показано. Блок k ста тической фильтрации выполнен в виде камеры 17 с фильтрующим элементом 18 разделяющим стакан 17 на две полости верхнюю 19 и нижнюю 20. Верхняя полость стакана 17 предназначена для сбора раствора, поступающего из блока динамической фильтр ции 2 по трубопроводу высокого давления 21 с краном 22. Нижняя полость стакана 17 предназначена для сбора отфильтровавшейся из раствора жидкости. В верхней полости 19 стакана 17 установлен поршень 23, связанный с сердечником дифференциально-трансформаторной катушки 2k измерительного устройства ( на чертеже не показано. Блоки статической 4 и динамической 2 фильтрации с измерительным стаканом 3 помещены в термостатирующие рубашки, соответственно 25, 2б и 27, для поддержания заданной температуры в процессе водоотдачи. Давление на иссле296дуемый раствор в блоке статической фильтрации задается через штуцер 28, противодавление - через штуцер 29. Работает установка следующим образом. Исследуемый раствор, приготовленный путем перемешивания вручную, в течение 3 мин по стандартной методике заливается в стакан 5. Стакан 5 устанавливается в автоклав 1, на поверхность раствора помещается поршень 10, затем автоклав 1 герметизируется и приводной вал 6 с лопастями 7, разделенными пружинами 8, установленный в стакане 5 приводится во вращение. Нагрев раствора при этом, создание и регулирование давления в автоклаве 1 производится по заданной во времени программе, т.е. происходит создание температурных условий и пере падов давлений, характерных для условий прохождения растворов в скважине на определенной глубине. По истечении времени перемешивания через штуцер 11 на поршень 10 подзется давление для выдавливания растпора в трубопровод 9 и затем в блок 2 д|1на мической фильтрации. В течение определенного времени раствор передавливается через трубопровод 9 и отверстие в керне , помещенном в -камере 13 блока 2 динамической фильтрации при соответствующем противодавлении, через штуцер 29 - в блоке 4 статической фильтрации. При динамической водоотдаче фильтрат раствора поступает в измерительный стакан 3 в котором уровень поверхности жидкости фиксируется поршнем 15, связанным с сердечником дифференци ал ьно-трансформаторной катушки 16 измерительного устройства. При переводе раствора в верхн15ю полость 19 стакана 17 блока k статической фильтрации под фильтрующим элементом 18 в нижней полости 20 создается несколько большее давление, чем в верхней, для предупреждения преждевременной фильтрации при заполнении верхней полости раствором. Перевод раствора в верхнюю nor ость 19 прекращают, когда поршень 23, фиксирующий уровень раствора, выставит указатель шкалы измерительного устройства на нулевое значение, при этом кран 22 трубопровода 21 закрывают, через штуцер 12 создают противодавление на поршень 10, воздействующий на раствор, возвращая его в исходное 79 положение. Через штуцер 28 создают на раствор заданное давление, сопутствующее фильтрации раствора в статическом состоянии. 9 течение всего времени передавливания и фильтрации раствора заданная температура поддерживается в блоке 2 динамической фильтрации, измерительном стакане 3 и блоке статической фильтрации за счет помещения их в 4термостатические емкости соответственно 26, 27 и 25. В отличие от известных устройств в предлагаемой установке для определ& ния аодоотдачи буровых и тампонажных растворов при повышенном .давлении и температуре в качестве фильтрационной среды в блоке динамическо фильтрации используется впервые разрезанный блок породы (керн) с осажденной на его поверхности коркой глинистого раствора Предлагаемая установка дает возможность разграничить все стадии исследования 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 ди намике 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 Q вытеснения раствора в кольцевое прост-. ракство скважины до его схватывания. 9 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, отличающееся 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 прохожденмя 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. М., ВНИИБТ, вып. 65,, 1972, с. 12. 2, Авторское свидетельство СССР № 759901, кл. Е 21 8 21/00, 1980.