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 ϱ виде;

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;

ϱ б— 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.

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):

.