Способ определения изолирующей спо-собности связно дисперсных суспензийи устройство для его осуществления

(22) Заявлено .210379 (21) 2763865/22-03 Р 1)М. КЛ. с присоединением заявки йф Е 21 В 49/00 Гоеукврствеикмй квинтет СССР яо дедам язобретекий я открмтнй(72) Авторы изобретения Всесоюзный научно-исследовательский ин по креплению скважин и буровым раствор(5 ОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗОЛИРУЮЩЕСВЯЗНО-ДИСПЕРСНЫХ СУСПЕНЗИДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПОСОБНОС УСТРОЙСТ актеристику изо во времени и по ения авления а ИзобрЕтение относится к исследованию свойств связно-дисперсных суспенэий, используемыхпри бурении скважин, а именно к исследованию Физических свойств тампонажных растворов для цементирования скважин.Известен способ оценки изолирующей способности тампонажных растворов путем определения градиента давления в системе, заполненной иссле дуемой пробой тампонажного раствора, включающий создание неизменного,в течение опыта перепада давления меж ду данным сечением столба пробы и уровнем заливки до начала прямой 15 фильтрации, о которой судят по поступлению жидкости к уровню заливки пробы 1.(Известентакже способ определения изолирующей способности связно-дис персных суспенэий, например тампо- нажных растворов, включающий определение градиента давления между верхним и нижним сечениями пробы суспензии и начала ее прямой Фильтрации 2,25Недостатками известных способов являются погрешность в оценке изолирующей способности тампонажного раствора, обусловленная влиянием вмещающего сосуда на результат, невоэмож ность получить хар лирующей способностигрешность от измен д(уровня) воды.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству для осуществления способа оценки изолирующей способности связно-дисперсных суспензий является устройство, содержащее автоклав с цилиндрическим сосудом, имеющим Фильтр в нижней части, поршневой источник перепада давления, пресс, регистратор, перепускной мангфольд и соединительные трубопроводы с вентилями 31.Недостатки устройства заключаются в погрешности определения момента начала Фильтрации, влиянии процесса измерения на результат измерения и наличии ручного управления.Цель изобретения повышение точ- ности определения инвариантной динамической характеристики изолирующей способности связно-дисперсных суспензий во времени.Указанная цель достигается тем, что согласно способу создают многократно прямую и обратную Фильтрации в суспензии и одновременно измеряют д вление, определяют начальный гра 840325диент фильтрации в суспензии по отношению полураэности давлений прямой и обратной фильтрации к расстоянию между верхним и нижним сечениями пробы суспензии, затем сравнивают величину начальноГо градиента фильтрации с градиентом давления в системе и по полученным данным судят о изолирующей способности суспензйи.Устройство для осуществления способа снабжено реверсивным электродвигателем с электрическими контактами, дифманометром и разделительными емкостями с уровнемерами, одна из которых расположена на трубопроводе между фильтром цилиндрического сосуда и подпоршневой полостью источника перепада давления, а другая - между йолостью автоклава и надпоршневой полостью источника перепада давления, причем поршень кинематически связан с реверсивным электродвигателем, ре гистрирующий блок соединен с дифманометром, который подключен к трубопроводам источника перепада давления, а электронный блок управления соединен через электрические контакты с рещ версивным электродвигателем.На фиг. 1 изображена схема устройства для оценки изолирующей способности связно-дисперсных суспензий," на фиг. 2 - электронная схема блока управления и контроля.Устройство состоит из автоклава 1 с расположенным в нем цилиндрическим сосудом 2 для размещения исследуемой суспензии, оснащенного фильтром 3, расположенным на некотором расстоянии от дна стакана, источника перепада давления, состоящего из цилиндра 4, поршня 5 и кинематически соединенного с поршнем реверсивного электродвигателя б, дифманометра 7, подключенно го к надпоршневому и подпоршневому пространствам источника перепада давления с самописцем 8, перепускного манифольда 9 с электродом 10, расположенным в линии соединительного тру бопровода, выходящего из надпоршневого пространства источника перепада давления, разделительных емкостей 11 с уровнемерами 12, расположенных на соединительных трубопроводах у фильт- О ра 3 и ввода в автоклав 1, пресса 13, емкости 14 с маслом, вентилей 15-26 высокого давления.Электронная схема управления и контроля состоит иэ двух транзисторов Ч и Ч, четырех резисторов Р -Р, двух реле К и К с двумя парами контактов К,К ,К,К , сигнальных ламп Л 4 и Л, пусковой кнопки 5 выключателя 54, конденсатора С выпрямительного устройства, состоящего из 0 понижающего трансформатора Т, выпрямителя Чз,Ч электролитического конденсатора С.Подготовку устройства к работе производят следующим образом. 65 Автоклав 1, соединительные трубопроводы от автоклава до разделительных емкостей 11 и половину обьема разделительных емкостей 11 заполняют водой. Водой (или другой электропроводной жидкостью) заполняют также нижнюю часть перепускного манифольда 9 до электрода 10. Остальную часть устройства заполняют маслом. В устройстве, готовом к работе,. граница раздела жидкостей должна быть в середине разделительных емкостей 11, что наблюдают в уровнемерах 12. При этом электрод 10 не должен касаться воды (контакт разомкнут), поршень 5 должен быть в середине цилиндра 4.После выполнения этих условий закрывают вентили 15-18, 22-26.Из цилиндрического сосуда 2 удаляют воду и заполняют его исследуемой суспенэией. Герметизируют автоклав 1, открывают вентиль 15 и прокачкой жидкости прессом 13 удаляют воздух иэ автоклава 1. Прессом 13 создают заданное давление в устройстве, а подогревателем - заданную температуру в автоклаве 1. Вентиль 19 закрывают.Работа устройства осуществляется следующим образом.Включают электронную схему управления с помощью выключателя 5, закрывают вентиль 21, открывают вентили 22 и 26. Затем нажимают пусковую кнопку 5, при этом через обмотку реле Кпроходит электрический ток, реле включается и находится во включенном состоянии после реэмыкания кнопки, так как контакты Кзамкнуты. Контакты К подключают клемму в к электродвигателю 6. В этот момент электрод 10 не касается воды, клеммы а и б разомкнуты, а так как они подключены к базе транзистора Ч и средней точке резисторного моста Ри Р 4, то транзистор Ч открыт и включено реле ККонтакты Кподключают сигнальную лампу Л 4 Ф а К 2 - клемму д к обмотке электродвигателя б, вращение ротора которого преобразуется в поступательное движение поршня 5 в цилиндре 4. При этом возникает возрастающий перепад давления между нижним и верхним сечениями пробы исследуемой суспензии в цилиндрическом сосуде 2,Когда в результате действия перепада давления в поровом пространстве исследуемой суспензии начинается фильтрация, электрод 10 оказывается смоченным водой, находящейся в нижней части перепускного манифольда 9 и клеммы а и б оказываются замкнутыми, при этом транзистор Ч. закрывается, отключив реле ККонтакты реле К 1 отключают сигнальную лампу Ли подключают Л , а Котключают клемму д и подключают клемму г к электродвигателю 6, ротор которого( о меняет направление вращения, вызывая обратное движение поршня 5. Имеющийся перепад давления при этом снижается, прямая Фильтрация .прекраща,ется. Продолжающееся перемещение поршня 5 создает увеличивающийся пе репад давления между верхним и нижним сечениями пробы исследуемой суспенэии в цилиндрическом сосуде 2. Начавшаяся обратная (от верхнего сечения пробы к нижнему) Фильтрация в поровом пространстве исследуемой сус/пензии смещает уровень воды от электрода 1 О вниз, клеммы а и б размыкаются, направление вращения ротора электродвигателя меняется на противоположное и цикл повторяется сначала.Изменения перепадов давлений воспринимает дифманометр 7,. с которого подается соответствующий сигнал на . самописец 8. Самописец 8 вычерчивает кривую, максимумы которой соответствуют значениям давлений начала прямой фильтрации, а минимумы - значениям давлений начала обратной фильтрации,Способ определения изолирующей 25 способности заключается в следующем.С помощью предлагаемого устройст-. ва многократно создают прямую и обратчую фильтрации.давление начала прямой Фильтрации выражается Формулой Р =Рп+З, Р) где Р - поровое давление;Ядо - начальный градиент фильтрацииуй - расстояние между нижним иверхним сечениями пробы суспенэии, подвергаемой действию давления в сосуде 2,т.е. расстояние от фильтра 403 до верхнего уровня суспензии, залитой в сосуд 2.Давление начала обратной фильтрации (инфильтрации) на кривой,апроксимирующей значения минимальных пока зателей самописца 8 выражается фор- мулой полученной из (1) и (2), определяют начальный градиент фильтрации для любого момента заданного промежутка времени.Исследуемая суспензия непроница- ема для флюида, если действующий в условиях применения градиента давления оказывается в любой момент рассматриваемого периода времени меньше начального градиента фильтрации, т.е. должно выполняться условие где 3 - действующий градиент давления.Предлагаемый способ определенияизолирующей способности связно-дисперсных суспензий и устройство дляего осуществления позволяют инвариантно характеризовать изолирующуюспособность тампонажного раствора(вне зависимости от показателей вмещающего сосуда) во времени, при этомдля определения изолирующей способности связно-дисперсной суспензиидостаточно проведения одного .эксперимента,В результате совершенствованияметодики проведения исследований иконструкции устройства повышаетсяточность получаемых результатов.Кроме того, процесс получения данных для охарактеризования изолирующей способности автоматизирован, чтоисключает внесение субъектйвногоФактора, повышает точность измерения.В целом применение предлагаемогоспособа и устройства для его осуществления позволит определять границыприменимости связно-дисперсных суспензий, которые используются с цельюгерметизации систем, характеризующихся наличием перепадов давлений,а также подбирать рецептуры суспензий для герметизации тех же систем.Например, применение предлагаемогоспособа и устройства в нефтяной игазовой промышленности позволит осуществлять более обоснованный подборрецептур тампонажных растворов дляцементирования скважин и избежатьмежпластовых перетоков и флюидопроявлений, обусловленных некачественнойизоляцией пластов.Ориентировочный годовой экономический эффект от внедрения способаи устройства на предприятиях Миннефтепрома составит более 2 млнруб.Помимо указанного, эффект заключается в отсутствии затрат средств наборьбу с заколонными флюидопроявленйями и перетоками, в ликвидации потерьнефти и газа в результате перетоков,в сохранении чистоты недр и окружающей среды. 1, Способ определения изолирующей способности связно-дисперсных суспензий, например тампонажных растворов, включающий определение градиента давления между верхним и нижним сечениями пробы суспензии и начала ее прямой фильтрации, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения инвариантной динамической характеристики изолирующей способности связно-дисперсныхсуспеизий, создают многократно прямуюи обратную Фильтрацию в суспензиии одновременно измеряют давление, определяют начальный градиент фильтрации в суспензии по отношению полуразности давлений прямой и обратной фильтрации к расстоянию между верхним и нижним сечениями пробы суспензия, затем сравнивают величину начального градиента фильтрации с градиентом давления в системе и по полученным данным судят о изолирующей способности суспензии,2. Устройство для осуществления способа по и. 1, включающее автоклав с цилиндрическим сосудом для пробы, оснащенным в его нижней части Фильтром, источник перепада давления с поршнем, пресс, электронный блок уп равления и контроля, регистрирующий блок, перепускной манифольд с электромагнитами и трубопроводы с вентилями, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено реверсивным элект родвигателем с электрическими контактами, дифманометром и разделительными емкостями с уровнемерами, одна изф которых расположена между фильтром цилиндрического сосуда и подпоршневой, полостью источника давления, а другая - между полостью автоклава и надпоршневой полостью источника давления, причем поршень кинематически связан с реверсивным электродвигателем, регистрирующий блок соединен с дифманометром, который подключен к трубопроводам источника перепада давления,. а электронный блок Управления соединен через электрические контакты с реверсивным электродвигателем.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1, Геранин М.П. и Соловьев Е.М. Оценка тампонирующей спасобности цементных растворов.Газовая проьишленность", 1972, Ф 2, с. 4-7.2. Грачев В.В. и Малеванский В.Д. Устойчивость цементных растворов в период схватываиия. - "Газовая про- мышленность", 1975, В 7, с. 42-44.3. Авторское свидетельство СССР 9 662706, кл. Е 21 В 49/ОО, 1976.