способ определения закупоривающей способности бурового раствора с наполнителем

Формула изобретения

Способ определения закупоривающей способности бурового раствора с наполнителем, заключающийся в продавливании бурового раствора с заданной концентрацией наполнителя при постоянном перепаде давления через модельный образец, имитирующий высокопроницаемую горную породу, и измерении объема V бурового раствора, прошедшего через образец до момента его полного закупоривания, отличающийся тем, что испытания проводят не менее чем три раза при разной концентрации наполнителя в буровом растворе и оценивают минимально необходимую для полного закупоривания образца концентрацию С наполнителя по выражению C 1/(aV + + b), определяя a и b методом наименьших квадратов, приняв V=0.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области бурения скважин в условиях поглощения бурового раствора и может быть использовано для сравнительной оценки наполнителей и выбора их оптимальной концентрации в буровом растворе для ликвидации поглощений.

Для выбора наполнителей используют способ продавливания помещенного в герметичной камере бурового раствора с наполнителем через калиброванное отверстие, имитирующее проницаемую горную породу [1] Эффективность наполнителей оценивают по величине перепада давления при закупоривании калиброванного отверстия.

Однако перепад давления при закупоривании калиброванного отверстия не может служить однозначным критерием выбора наиболее эффективных наполнителей, так как при одной и той же величине перепада давления объем бурового раствора с разными наполнителями, прошедшего через калиброванное отверстие до момента его полного закупоривания, может существенно отличаться. Очевидно что в этом случае наиболее эффективным наполнителем будет тот, который обеспечит закупоривание калиброванного отверстия с наименьшими потерями бурового раствора, но по данному способу объем бурового раствора, прошедшего через отверстие до момента его полного закупоривания, не измеряется.

Известен также способ исследования буровых растворов с наполнителями, предусматривающий установку в нижней части испытательной камеры модельного образца проницаемой горной породы, заполнение испытательной камеры буровым раствором с заданной концентрацией наполнителя, создание перепада давления на образце и измерение объема бурового раствора, прошедшего через образец до момента его полного закупоривания, измерение величины минимального давления, при котором прекращается утечка бурового раствора из камеры благодаря уплотнению, создаваемому наполнителем, и измерение величины давления, вызывающего разрушение созданного наполнителем уплотнения [2]

Однако по трем оценочным показателям, реально возможные комбинации значений которых могут быть какими угодно, выбрать наиболее эффективный наполнитель в буровом растворе чрезвычайно сложно. Кроме того, даже в том случае, когда выбран наполнитель, характеризующийся минимальным объемом бурового раствора, прошедшего через модельный образец, минимальным давлением, обеспечивающим его закупоривание, и максимальным давлением разрушения созданного уплотнения, для установления минимально необходимой концентрации данного наполнителя в буровом растворе, позволяющей мгновенно прекратить проникновение (утечку) раствора через модельный образец, требуется проведение достаточно большого числа дополнительных опытов, поскольку перечисленные показатели такой информации не дают.

Предлагаемое изобретение позволяет выбрать буровой раствор с минимально необходимой концентрацией наполнителя, при которой не происходит утечка раствора через проницаемую горную породу.

Решение поставленной задачи достигается путем продавливания бурового раствора с заданной концентрацией наполнителя при постоянном перепаде давления через модельный образец, имитирующий высокопроницаемую горную породу, и измерения объема (V) бурового раствора, прошедшего через образец до момента его полного закупоривания.

Предложенный способ отличается от прототипа тем, что испытания проводят не менее чем три раза при разной концентрации наполнителя в буровом растворе и оценивают минимально необходимую для полного закупоривания образца концентрацию (С) наполнителя по выражению C=1/(aV+b), определяя а и b методом наименьших квадратов, приняв V=0.

На фиг. 1 схематически изображено устройство для определения закупоривающей способности бурового раствора с наполнителем.

Устройство включает специальную камеру 1, в которой приготавливают буровой раствор 2 с необходимой концентрацией наполнителя с помощью мешалки 3, которая перемешивает раствор в течение всего периода испытаний. Камера 1 соединена трубопроводом 4 и задвижкой 5 с испытательной камерой 6, в нижней части которой над сливным каналом 7, соединенным со сливной задвижкой 8, установлен модельный образец 9. В верхней части камеры 6 размещен груз - поршень 10. Прошедший через образец 9 раствор 11 собирается в мерную емкость 12. Специальная камера 1 имеет многократно больший объем, чем испытательная камера 6.

Пример осуществления способа. В соответствии с конкретными геологическими условиями выбирают материал модельного образца 9. Например, при поглощении бурового раствора в трещиноватых породах в качестве модельного образца используют искусственную щель, имитирующую трещину, а при поглощениях в разрушенных и крупнозернистых высокопроницаемых породах дробь, стеклянные и стальные шарики, керамзит, гравий и т.п. При этом путем изменения размеров щели, типа и размеров зернистых материалов и толщины (высоты) модельного образца задают необходимую проницаемость породы. Подготовленный модельный образец 9 помещают в камеру 6.

В камере 1 с помощью мешалки 3 при закрытой задвижке 5 приготавливают буровой раствор 2 с наполнителем для проведения испытаний. После этого, открыв задвижку 5, по трубопроводу 4 заполняют буровым раствором 2 испытательную камеру 6 при закрытой сливной задвижке 8, поднимая в верхнее положение груз-поршень 10 (в первом испытании груз-поршень 10 устанавливают в камеру 6 после заполнения ее заданным объемом бурового раствора 2). Затем, закрыв задвижку 5 и открыв задвижку 8, создают перепад давления на образце 9 о помощью груза-поршня 10. Буровой раствор 11, прошедший через модельный образец 9, собирают в мерную емкость 12. Затем закрывают задвижку 8, открывают задвижку 5, и, поднимая вверх груз-поршень 10, вновь заполняют испытательную камеру 6 испытуемым раствором 2. Таким образом испытания ведут до полного закупоривания образца 9, после чего измеряют объем V прошедшего через образец 9 раствора 11. После этого приводят модельный образец и испытательную камеру в исходное состояние, добавляют в оставшийся в специальной камере 1 буровой раствор 2 тот же наполнитель, увеличивая его концентрацию, перемешивают мешалкой, проводят второе испытание и еще ряд аналогичных испытаний с постоянно увеличиваемой концентрацией наполнителя в буровом растворе 2.

После проведения серии опытов (не менее трех) описывают связь между концентрацией наполнителя С и объемом бурового раствора V, прошедшего через модельный образец до момента его полного закупоривания, зависимостью вида С 1/(aV+b), коэффициенты а и b которой находят методом наименьших квадратов. Затем, приняв V 0, определяют минимально необходимую концентрацию наполнителя в буровом растворе, обеспечивающую полное закупоривание модельного образца без ухода из испытательной камеры бурового раствора.

Предлагаемый способ реализован следующим образом. В качестве модельного материала использована свинцовая дробь диаметром 3 мм и стальные шары диаметром 5,5 мм. Высота модельного образца равнялась 5 см, а перепад давления на образце 0,1 МПа. В качестве буровых растворов носителей наполнителя испытывались глинистые растворы с разной концентрацией глинопорошка марки ПБГ, значения показателей реологических свойств которых приведены в табл.1.

Условия проведения опытов и результаты исследований приведены в табл. 2.

Результаты обработки экспериментальных данных приведены в табл. 3. Здесь же приведены результаты экспериментальных исследований по проверке расчетной величины С и погрешность расчетных и экспериментальных данных. Сравнительные испытания проводились в равных условиях путем ступенчатого изменения концентрации наполнителя.

Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что минимально необходимая концентрация наполнителя в буровом растворе ( C ) определяется не только проницаемостью модельного образца (опыты 1,2), но и свойствами бурового раствора (опыты 1,4).

Таким образом данная величина ( С ) является комплексным показателем закупоривающих свойств бурового раствора с наполнителем, позволяющим однозначно выбрать необходимые качество раствора и концентрацию наполнителя для конкретной проницаемости поглощающего пласта.

Кроме того, по показателю C _ min можно оценить эффективность различных наполнителей в конкретном буровом растворе при прочих равных условиях (опыты 1,3).