Тестирование буровых растворов на водной основе Юлия Лысенко

Задачи: После изучения данной темы Вы сможете: • Ознакомиться с комплектацией стандартной полевой лаборатории • Понимать принцип работы лабораторного оборудования • Выполнять замер физических и химических параметров бурового раствора 2 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Зачем контролировать параметры? • Физические свойства бурового раствора необходимо контролировать для оптимизации процесса бурения. Физические свойства раствора оказывают значительное влияние на ряд важных факторов: • Контроль давления в скважине • Обеспечение на выходе из насадок долота кинетической энергии потока • Обеспечение устойчивости ствола скважины в интервалах с высоким поровым и горным давлениями • Эффективность удаления выбуренной породы из скважины • Способность раствора удерживать во взвешенном состоянии шлам и утяжелитель • Возможность осуществлять очистку раствора от шлама и газа на поверхности 3 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Тестирование буровых растворов на водной оснвое Руководящий документ – стандарт API 13 B (ISO 10414 -1) • При тестировании буровых растворов на водной основе используются методики и приборы, указанные в стандарте API 13 B (аналог ISO 10414 -1 «Полевые испытания буровых растворов Часть 1: Растворы на водной основе» 4 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Лаборатория буровых растворов 5 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Лаборатория буровых растворов 6 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Работа в лаборатории 7 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Полевая лаборатория 8 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Полевая лаборатория 9 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Высокоскоростной перемешиватель Лабораторный перемешиватель, для приготовления пилотных и лабораторных растворов. 10 2/9/2018 Confidential Information

Тестирование параметров буровых растворов Температура проведения замера Растворы на водной основе Растворы на нефтяной основе Место отбора пробы: на желобе / в емкостях • Реология при (49°С) и комнатной • Реология только при (65°С) • Водоотдача • AНИ (комнатная температура) • АНИ – не замеряется • HTHP (ВТВД)- 149°С • HTHP (ВТВД) -149°С • р. Н методом прямого замера или замера Pm, Pf, Mf • р. Н не замеряется, щелочность определяется методом замера избыточной извести в растворе через щелочность по фенолфталеину раствора на нефтяной основе Рom. • Хлориды • МВТ • Избыток извести (ppb) = Рom х 1. 3 • Водного Фильтрата нет 11 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Физические параметры бурового раствора Плотность – масса единицы объема Единицы Измерения • г/см 3 • кг/м 3 • фунт /галлон Плотность пресной воды: 1 г/см 3; 1000 кг/м 3; 8, 35 фунт/галлон 12 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Рычажный плотномер – Измерение плотности 13 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Рычажный плотномер – Измерение плотности 14 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Рычажный плотномер – Измерение плотности Рычажные весы, измеряющие плотность под давлением Цель измерения – минимизация погрешности, возникающей из-за присутствия газа или воздуха. При повышении давления в чаше с образцом достигается значительное снижение объема вовлеченного воздуха или газа до пренебрежительно малой величины. Это обеспечивает повышение точности измерения, а также приближает условия эксперимента к внутрискважинным. 15 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Физические параметры бурового раствора Вязкость по воронке Марша – время истечения из воронки одной кварты (946 мл) или около одного литра раствора в секундах. Процедура измерения: • Заполнить воронку раствором 1500 мл • Раствор заливать в воронку только через сетку. • Замерить время истечения одной кварты (946 мл) через трубочку с внутренним диаметром 3/16” • Записать результат Калибровка воронки Марша осуществляется пресной водой: Скорость истечения одной кварты (946 мл) должна составлять 26 секунд (+/- 0, 5 секунд) 16 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Воронка Марша – измерение условной вязкости • Воронка Марша имеет простую конструкцию. Ее необходимо иметь на буровой, чтобы периодически контролировать консистенцию бурового раствора. 17 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Воронка Марша – измерение условной вязкости • В России измерение условной вязкости проводят на вискозиметре (комплект: кружка сетка и воронка) ВВ-1 • Вязкость воды=15 сек +/- 0. 5 сек. Объем истечения = 500 см 3 18 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Реологические параметры бурового раствора Визкозиметр ФАНН Модель 800 (6 – cкоростной) • Поместить пробу только что перемешанного раствора в стакан • Нагреть / охладить пробу до 120°F (49°C) при постоянном перемешивании • Снять показания 19 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Реологические параметры бурового раствора Визкозиметр OFITE 900 (9 – cкоростной) • Мы получаем PV и YP, используя показания вискозиметра при сдвига из показаний визкозиметра при 600 и 300 об/мин Пластическая вязкость Динамическое напряжение сдвига 20 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Визкозиметр OFITE 900 (9 - Скоростной VGMeтер) 21 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I

Вискозиметр для замера LSRV «Брукфильд» • • 2/9/2018 Оснащается блоком питания с 220 вольт на 12 вольт или же работает напрямую от 12 вольт или 220 вольт, термостаканом для пробы раствора. • 22 Вискозиметр «Брукфильд» используется только при бурении на растворе «Фло. Про» Имеется набор сменных шпинделей с номерами от 1 до 4. (№ 1 – для LSRV до 20000 сп, № 2 -для LSRV до 100000 сп, № 3 –для LSRV до 400000 сп и № 4 -для LSRV до 2000000 сп) Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Вискозиметр для замера LSRV «Брукфильд» Набор шпинделей • Шпиндель для замера = 2 L • Обороты при замере 0. 3 об/мин • Замер ведут после включения вращения через 1 мин, 2 мин и 3 мин • Замер максимальный из трех показаний 23 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Фильтрация (водоотдача) Фильтр-пресс • Давление = 100 фунт/кв. д (7 кг/см 2) • Время = 30 минут • Фильтрующая среда: Площадь = 7. 5 кв. д, тип – ватман № 50 • Комнатная температура Водоотдача равна объему собранного фильтрата в мл • Бумага имеет размер пор = 2, 5 2, 7 мкм 24 2/9/2018 • Сетка 24 меш. Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Фильтр-пресс OFITE 25 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Фильтрационная корка (глинистая суспензия) 26 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Фильтрационная корка Учебный пример для сравнения содержания твердой фазы в растворе 27 2/9/2018 Confidential

Водоотдача HTHP High temperature & high pressure • мл собранного фильтрата X 2 • 30 минут • 149°С • Площадь фильтрации = 3. 75 кв. дюймов • Фильтрующая среда – бумага (ватман № 50) • 500 фунт/кв. д (35 кг/см 2) – Дифференциальное давление 600 фунт/кв. д - верхний регулятор давления 100 фунт/кв. д – нижний регулятор давления 28 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Фильтр-пресс HTHP 29 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Водоотдача HTHP на керамических дисках 30 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Содержание жидкой и твердой фазы 31 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Содержание жидкой и твердой фазы Реторта-дистиллятор • % Нефть замеряется • % Вода замеряется • % Твердая фаза рассчитывается: Твердая Фаза = 100% - %нефти %воды 32 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Sand Content (%by volume) 33 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Тест МВТ (СЕС) – емкость катиоонообмена 34 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Тест МВТ (СЕС) – емкость катиоонообмена Методика проведения работы: 1. 2 мл бурового раствора 2. 10 мл дистиллированной воды внести в колбу 3. 15 мл 3%-ного раствора перекиси водорода Эрленмейера 4. 0, 5 мл – 5 N серной кислоты • Кипятить на медленном огне 10 минут • Довести объем после кипячения до 50 мл 5. Титровать раствором метиленовой сини по 0, 5 -1, 0 мл – до появления голубого ореола 35 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Тест МВТ (СЕС)– methylene blue capacity 36 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Тест МВТ – methylene blue capacity 37 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Измерение уровня р. Н бурового раствора / фильтрата Электронный р. Н-метр и индикаторная бумага Электронный р. Н метр – более предпочтительный! Особенно, когда раствор или его фильтрат окрашены. 38 2/9/2018 Очень удобный метод, но иногда ненадежный. Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Определение щелочности Щелочность – кислото-нейтрализующие свойства бурового раствора • Mf и Pf – щелочности фильтрата (f – filtrate) • Pm – щелочность бурового раствора (m – mud) • Данные, полученные по результатам теста на щелочность, используются для определения концентрации • гидрооксид [OH-] ионов • карбонат [CO 3 -2] ионов р. Н раствора концентрации ионов зависят от уровня • бикарбонат [HCO 3 -] ионов 39 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Pf – Щелочность фильтрата по фенолфталеину 40 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Pf – Щелочность фильтрата по фенолфталеину Методика проведения работы: • 1 мл фильтрата • 2 -3 капли фенолфталеина Проба не окрасилась в розовый цвет: Проба окрасилась в розовый цвет: • Гидрооксильных ионов нет • Титровать 0, 02 N H 2 SO 4 – до исчезновения розовой окраски • Pf = 0 • Pf = VH 2 SO 4(мл) • Уровень р. Н точки титрования = 8, 3 41 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Mf – Щелочность фильтрата по метилоранжу 42 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Mf – Щелочность фильтрата по метилоранжу Методика проведения работы: • Образец после Pf • 2 -3 капли метилоранжа • Проба окрасилась в желтый цвет • Титровать 0, 02 N H 2 SO 4 – до изменения окраски с желтой в розовую • Mf = ∑VH 2 SO 4(мл) – т. е. суммарное количество серной кислоты, пошедшей на Pf и Mf • Уровень р. Н точки титрования = 4, 3 43 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Равновесие между карбонатами и бикарбонатами 44 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Щелочность – интерпретация результатов Отношение объема Pf и Mf OH- CO 3 -2 HCO 3 - Pf = 0 0 0 1 220 Mf 2 Pf < Mf 0 1 200 Pf 1 220 (Mf – 2 Pf) 2 Pf = Mf 0 1 200 Pf 0 2 Pf > Mf 340 (2 Pf – Mf) 1 200 (Mf – Pf) 0 Pf = Mf 340 Mf 0 0 45 2/9/2018 Концентрация, мг/мл Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Pm – щелочность раствора по фенолфталеину 46 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Pm – Щелочность раствора по фенолфталеину Методика проведения работы: • 1 мл бурового раствора • 2 -3 капли фенолфталеина • Добавить 5 -10 мл дистиллированной воды • Титровать 0, 02 N H 2 SO 4 – до исчезновения розовой окраски • Pm = HH 2 SO 4(мл) • Уровень р. Н точки титрования = 8, 3 • Содержание извести: 47 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Содержание хлорид-ионов (Cl-) 48 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Содержание хлорид-ионов (Cl-) Методика проведения работы: • 1 мл фильтрата бурового раствора • 2 -3 капли фенолфталеина • Если индикатор окрасился в розовый – титровать 0, 02 N H 2 SO 4 – до исчезновения розовой окраски • 50 мл дистиллированной воды • 4 -6 капель раствора хромата калия • Титровать 0, 282 N / 0, 0282 N раствором Ag. NO 3 до изменения окраски с желтой в оранжево-красную 49 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Общая жесткость – TH (Ca 2+ + Mg 2+) 50 2/9/2018 Confidential Information ©

Общая жесткость – TH (Ca 2+ + Mg 2+) Методика проведения работы: • 1 мл фильтрата бурового раствора • 50 мл дистиллированной воды • 2 мл (20 капель) аммиачного буферного раствора (Versenate hardness buffer solution) • 3 -4 крупинки сухого порошка индикатора ЭХЧ-Т / Solochrome Black T (Versenare hardness indicator solution) • В присутствии Ca 2+ и Mg 2+ раствор приобретает винно-красную окраску • При перемешивании титруйте раствором Трилон Б (ЭДТА или Versenate hardness titration solution) до изменения цвета с винно-красного на голубой 51 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Изменение цвета 52 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Определение кальция Ca 2+ и Mg 2+ по отдельности 53 2/9/2018 Confidential Information ©

Определение кальция Ca 2+ и Mg 2+ по отдельности Методика проведения работы: • 1 мл фильтрата бурового раствора • 50 мл дистиллированной воды • 2 мл (20 капель) 8 N Na. OH • 2 -3 крупинки сухого порошка индикатора Мурексид (Calcon или Calver II) • Hаствор приобретает винно-красную окраску • При перемешивании титруйте раствором Трилон Б (ЭДТА или Versenate hardness titration solution) до изменения цвета с винно-красного на голубой 54 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Определение концентрации ионов калия (К+) Набор для определения калия и хлористого калия (центрифужный метод) Методика: • 7 мл фильтрата • 3 мл перхлората натрия • Центрифугировать 1 минуту • Замерить объем осадка • Определить концентрацию по эталонным кривым 55 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Кальциметр Определение концентрации Ca. CO 3 Процедура: 1. С помощью 10 мл пипетки вылить на дно чашки кальциметра необходимое количество бурового раствора (5 мл или 10 мл) 2. Налить соляную кислоту (5 мм до верха) в специальную емкость 3. Аккуратно опустить емкость на дно чашки 4. Открыть клапан на крышке кальциметра 56 2/9/2018 5. Смазать прокладку силиконовой смазкой Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Кальциметр Ca. CO 3 + 2 HCl → Ca. Cl 2 + H 2 O + CO 2↑ 6. Аккуратно закрутить крышку, убедиться, что кислота не вылилась из емкости. 7. Закрыть клапан 8. Наклонить кальциметр, так чтобы кислота полностью вылилась из емкости 9. Дождаться окончания реакции 10. По показанию манометра, с помощью графика определить содержание карбоната кальция. 57 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

КТК-2 Определение коэффициента трения корки • Фильтрационная корка помещается на подвижную платформу • Сверху на нее кладут цилиндр • Платформу поднимают вращением винта • Фиксируют угол, при котором цилиндр начинает соскальзывать с фильтрационной корки • Определяют коэффициент трения корки = тангенс угла наклона платформы 58 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO

Заключение • Конечно, мы рассмотрели далеко не все приборы для контроля параметров буровых растворов • Но ограничились наиболее важными из них! • Своевременная диагностика негативных изменений, происходящих в буровом растворе, – ключ к выполнению качественного растворного сервиса 59 2/9/2018 Confidential Information © 2010 M-I SWACO