Приготовление и утяжеление глинистого раствора (расчеты)

Весовое количество глины, потребное для приготовления 1 м³ глинистого раствора заданной плотности, определяем по формуле

 

(3)

 

а весовое количество воды, потребное для приготовления 1 м³ глинистого раствора заданной плотности, находим по формуле

 

(4)

 

где q _г— количество сухой глины, потребное для приготовления 1 м ³ глинистого раствора;

q_B — количество воды, потребное для приготовления 1 м³ глинистого раствора;

ϱ_r, ϱ_b, ϱ_p — плотности соответственно глины, воды и глинистого раствора;

п — влажность глины в долях единицы.

Плотность наиболее распространенных глин (в плотном теле - изменяется обычно в пределах 2,5—2,8 т/м³, а в раздробленном виде она колеблется в пределах 1,65—1,90 т/м³.

Количество сухой глины, потребное для приготовления 1 м³ глинистого раствора заданной плотности, может быть подсчитано также по формуле (3), если принять п = 0.

В промысловых условиях иногда удобнее пользоваться не весовыми, а объемными количествами глины, которые нетрудно подсчитать, пользуясь формулой

 

, (5)

 

где V _г— объемное количество глины в раздробленном ϱвиде;

ϱ_cp = 1,9 — средняя плотность глины в т/м³.

Для определения массового и объемного количества глины, потребной для приготовления 1 м³ глинистого раствора заданной плотности, можно пользоваться также и следующими приближенными формулами:

q_г = l,6(ϱ_p – 1) m, (6)

V_г = 0,94(ϱ_p – l) м³. (7)

 

Принимая ϱ_г = 2,6 Т/м³ и ϱ_cp = 1,7 Т/м³, можно получить следующие расчетные формулы для определения весовых и объемных количеств глины, потребных для приготовления 1 м³ глинистого раствора заданной плотности:

а) для приготовления 1 м³ глинистого раствора на пресной воде

 

, (8)

(9)

 

б) для приготовления 1 м³ глинистого раствора на морской воде

 

(10)

(11)

 

Нормы потребного количества глины и воды для приготовления 1 м³ глинистого раствора заданной плотности (в м³) могут быть взяты также из справочника укрупненных сметных норм (СУСН) на строительство нефтяных и газовых скважин.

Количество утяжелителя, потребное для утяжеления 1 м³ глинистого раствора от плотности ϱ_p до плотности ϱ_ут. _р, определяется по следующей формуле [40]:

 

, (12)

 

где q_{у т}— масса влажного утяжелителя, потребная для приготовления 1 м³ раствора;

_p — плотность глинистого раствора до утяжеления;

— плотность глинистого раствора после утяжеления;

_yt — плотность утяжелителя;

п — влажность утяжелителя в долях единицы.

Если q_ут определяем для утяжеления 1 м³ раствора, то размерность его выражается в т. Когда расчет ведем на 1 л глинистого раствора, то q_ут — в г.

Количество утяжелителя, необходимое для утяжеления 1 м³ глинистого раствора, можно определить, пользуясь номограммой С. Ю. Жуховицкого.

Для быстрых ориентировочных подсчетов потребного количества утяжелителей удобно пользоваться также специальными таблицами, составленными в расчете на сухой утяжелитель.

Объем, который займет 1 м³ глинистого раствора после утян-ге-ления, определяется по следующей формуле:

 

(13)

 

или для некоторых утяжелителей по специальным таблицам.

Плотности барита и других утяжелителей определяются при помощи пикнометров по следующим формулам:

 

, (14)

, (15)

, (16)

 

где p — масса пикнометра в г;

р₁ — масса пикнометра с утяжелителем в г;

р₂ — масса пикнометра с водой в г;

р₃ — масса пикнометра с водой и утяжелителем в г;

V _п— объем пикнометра в см³;

ϱ_к — плотность керосина в г/см³ или т/м³\

р₄ — масса пикнометра с керосином и утяжелителем в г;

ϱб— плотность барита в г 1см³ или т/м³;

_ут — плотность утяжелителя, содержащего примеси, реагирующие с

водой, в г/см³ или т/м³.

Влажность п утяжелителя подсчитывается по формуле

 

, (17)

 

В табл. 2 приведены технические условия, которым должен удовлетворять соответствующий сорт баритового утяжелителя.

Параметры	Сорт
I	II	III
Плотность, не менее, г/см3 …………………….. Содержание сернокислого бария в пересчете на сухое вещество не менее, % ……………. Содержание влаги не более, % а) в подсушенном ………………………... б) в неподсушенном …………………….. Содержание водорастворимых солей не более, % ………………………………………... В том числе кальция ……………………….. Тонкость помола – остаток на сите 170 меш при размере ячеек в свету 0,074 мм не более, % ………………………………………... Содержание фракции минус 5 мк не более, %.. Растекаемость по конусу АзНИИ не менее…..	4,2     5,0 14,0   0,35 0,05   10,0 10,0	4,00 Не нормируется     5,0 14,0   0,4 0,05   10,0 15,0 –	3,80   5,0 14,0   0,45 0,06   10,0 20,0 –

 

Ожидаемую плотность глинистого раствора, разгазированного в процессе бурения после выхода его из скважины на поверхность, определяем но формуле

 

. (18)

 

Количество газа, поступающего в глинистый раствор из пласта в течение 1 ч, равно

 

, (19)

 

где Q — количество промывочной жидкости, подаваемой в скважину, в л1сек;

ϱ_{yг. р} — плотность раствора, закачиваемого в скважину, в т/м³;

D — диаметр скважины в м;

υ — механическая скорость бурения в м/ч;

b — пористость породы в %;

α — коэффициент растворимости газа в нефти в м³/м³ -йгА/; для свободного газа а = 1;

ρ_пл — пластовое давление в атм;

W _г— количество газа, приведенного к атмосферному давлению,, поступающего в скважину за 1 ч работы, в м³.

Определим количество (массу) и объем глины (плотность которой равна 2,7 Т/м³, а влажность 16%), потребные для приготовления 1 м ³ глинистого раствора плотностью 1,27 Т /м³, затворяемого па морской воде плотностью 1,03 Т /м³.

Весовое количество глины, потребное для приготовления 1 м³ глинистого раствора заданной плотности, подсчитываем по формуле (3), а объемное по формуле (5):

 

,

.

Определив количество сухой глины, плотность которой равна 2,6 Т /м³,а также количество пресной воды, потребные для приготовления 1 м³ глинистого раствора плотностью 1,24 т /м³.

Количество сухой глины, необходимое для приготовления 1 м³ глинистого раствора, находим по формуле (3), приняв в ней n = 0:

 

.

 

Количество пресной воды, потребное для приготовления 1 м³ глинистого раствора, определяем но формуле (4):

 

.

 

Подсчитаем количество гематита, плотность которого равна 4,5 т /м³, а влажность 12%, потребное для увеличения плотности глинистого раствора от 1,3 до 1,8 т/м³. Определим также объем, который займет 1 м³ глинистого раствора после утяжеления.

Количество влажного гематита, потребное для утяжеления 1 м ³ глинистого раствора в необходимых пределах, подсчитываем по формуле (12):

 

.

 

Объем, который займет 1 м³ глинистого раствора после утяжеления его, найдем по формуле (13):

 

.

 

Решим эту задачу, пользуясь графическим и табличным способами Жуховицкого. По номограмме, составленной для сухого утяжелителя, находим, что для утяжеления 1 м³ глинистого раствора в заданных пределах надо израсходовать 0,84 m сухого утяжелителя. Чтобы учесть влажность утяжелителя, нужио полученную цифру увеличить на 12% (рекомендуется увеличение от 10 до 20% в зависимости от влажности утяжелителя). Тогда потребный расход влажного утяжелителя составит 1,01 т (как видим, результат несколько занижен по сравнению с аналитическим расчетом).

Найдем затем потребный расход утяжелителя. Он равен 0,82 т сухого утяжелителя. Учитывая влажность утяжелителя, находим, что потребный расход его составляет 0,82 • 1,12 = 0,92 т (результат также занижен по сравнению с аналитическим расчетом).

Объем, который займет 1 м³ глинистого раствора после утяжеления, оказывается равным 1,178 м³, что достаточно близко к определенному по формуле (13).

Определим плотность гематита, если в пикнометр массой 68 г и объемом 72 см³, заполненный керосином, плотность которого равна 0,83 т /м³, введено некоторое количество утяжелителя. Масса пикнометра с навеской гематита оказалась равной 103 г, а масса пикнометра с керосином и гематитом 156 г.

Плотность гематита при заданных условиях задачи определяем по формуле (16):

 

.

 

Определим влажность гематита, если масса пробы утяжелителя до просушивания составляла 735 г, а после просушивания 638 г.

Влажность гематита согласно формуле (17) равна

 

.

 

Найти ожидаемую плотность разгазированного глинистого раствора по выходе его из скважины диаметром 0,3 м, если в нее прокачивается 40 л/сек глинистого раствора, плотность которого равна 1,75 т /м³. Средняя механическая скорость бурения равна 7,5 м /ч, а ожидаемое пластовое давление 165 атм. Пористость породы принять равной 27%, а коэффициент растворимости газа в нефти 0,95 м³/м³ • атм.

Количество газа, поступающего в глинистый раствор из пласта в течение 1 ч, определим по формуле (19):

 

.

Плотность разгазированного глинистого раствора после выхода его из скважины находим по формуле (18):

 

.