Akademia górniczo-hutnicza im. stanisława staszica w krakowie

SPRAWOZDANIE

POMIAR PODSTAWOWYCH PARAMETRÓW PŁUCZKI WIERTNICZEJ

2011-10-21

WYKONAŁY:

kierunek: górnictwo i geologia

SPIS TREŚCI		strona
	Wprowadzenie		3
	Oznaczanie gęstości		4
	Waga płuczkowa (ramienna)		4
	Przebieg badania		4
	Oznaczanie lepkości		5
	Przebieg badania z użyciem lejka polowego		5
	Lepkościomierz obrotowy bezpośrednio wskazujący		5
	Przebieg badania z użyciem lepkościomierza obrotowego bezpośrednio wskazującego		6
	Wzory do obliczenia lepkości plastycznej, pozornej i granicy płynięcia		6
	Oznaczanie filtracji		6
	Prasa filtracyjna		6
	Przebieg badania		7
	Oznaczanie wytrzymałości strukturalnej		7
	Przebieg badania		7
	Wyniki badań i wnioski		7
	Wyniki grupy III dla poszczególnych prędkości obrotowych		7
	Granica płynięcia płuczki (grupa III)		7
	Wnioski		8
	Literatura		8

1. WPROWADZENIE

Płuczka jest to medium ciekłe lub gazowe stosowane w wiertnictwie. Ma ona za zadanie m.in.:

• wynoszenie zwiercin (okruchów i miału skalnego powstałego w czasie wierceń), oczyszczanie z nich otworu wiertniczego oraz wynoszenie na powierzchnię;

• równoważenie ciśnienia górotworu i kontrola ciśnienia złożowego, oraz utrzymywanie stabilności ścian otworu;

• utrzymywanie komponentów płuczki i zwiercin w stanie zawieszenia w czasie przerw w krążeniu płuczki i łatwe oddzielenie zwiercin w systemie oczyszczania;

• zabezpieczenie prawidłowej ochrony złoża i minimalizacja uszkodzenia przepuszczalności złóż produktywnych w strefie przy otworowej;

• kontrolowanie korozji;

• minimalizowanie szkodliwego oddziaływania na środowisko naturalne.

Można rozróżnić wiele typów płuczek ze względu na skład np. bentonitowe płuczki wiertnicze, polimerowo-potasowe płuczki wiertnicze, itd.

Rodzaj wykorzystywanej płuczki zależny jest od gruntu w którym wykonujemy odwiert. Aby sprawdzić w warunkach polowych czy płuczka jest odpowiednia do danej sytuacji można przeprowadzić pomiary jej podstawowych parametrów które są opisane w normie branżowej BN-90 1785-01. Są to:

• gęstość,

• lepkość,

• wytrzymałość strukturalna,

• zapiaszczenie,

• filtracja,

• zawartość jonów wapnia i magnezu,

• wartość pH,

• zawartość jonów chlorowców,

• zawartość gipsu,

• zawartość aktywnych cząstek bentonitu,

• alkaliczność płuczki i filtratu,

• zawartość H2S metodą pośrednią,

• zawartość aktywnego fosdalenu,

• zawartość fazy stałej,

• zawartość siarczków rozpuszczalnych.

2. OZNACZANIE GĘSTOŚCI

1. Waga płuczkowa (ramienna)

Waga płuczkowa składa się z ramienia, gdzie z jednej strony znajduje się naczynie na płuczkę z pokrywką i otworem przelewowym. Na drugim końcu znajduje się naczynie wypełnione śrutem do regulowania wagi. Ramię wagi jest zaopatrzone w przesuwany ciężarek
i podziałkę. Poziomica umieszczona nad punktem podparcia ramienia wagi wskazuje jego położenie poziome.

Rys. 1 - Przykładowa konstrukcja wagi płuczkowej (^a)

Oznaczenia na rysunku:

1 - podstawa

2 - ramię

3 - naczynie na płuczkę

4 - przesuwalny ciężarek

5 - poziomica

6 - naczynie wypełnione śrutem

7 - dodatkowy obciążnik

2. Przebieg badania

• ustawiamy wagę poziomo;

• wypełniamy świeżo wymieszaną płuczką czyste i suche naczynie, następnie przykrywamy je nakrywką i dociskamy do pełnego osadzenia;

• usuwamy nadmiar płuczki;

• myjemy naczynie z zewnątrz;

• umieszczamy ramię wagi na łożysku podstawy;

• wyrównujemy zawartość naczynia przez przesunięcie ciężarka wzdłuż ramienia do punktu, przy którym ramię wagi przyjmie położenie poziome wg wskazań poziomicy;

• odczytujemy gęstość na podziałce ramienia, którą wskazuje nam krawędź ciężarka od strony podparcia.

3. 
   OZNACZANIE LEPKOŚCI

Pomiar lepkości płynu wiertniczego wykonuje się przy pomocy lejka polowego i polega na mierzeniu czasu przepływu 1000 cm³ płuczki.

Rys. 2 - lejek polowy (^a)

1. Przebieg badania z użyciem lejka polowego

• do pomiaru używamy czystego i suchego leja;

• przymykamy palcem wylot lejka, wlewamy przez sito świeżo wymieszaną płuczkę, aż lustro cieczy sięgnie poziomu siatki;

• szybko odsuwamy palec włączając jednocześnie sekundomierz;

• wyłączamy sekundomierz, gdy płuczka osiągnie odpowiedni poziom w naczyniu;

• czas przepływu mierzony w sekundach jest umowną miarą lepkości.

2. Lepkościomierz obrotowy bezpośrednio wskazujący

Lepkościomierze obrotowe bezpośrednio wskazujące są przyrządami służącymi do pomiaru lepkości plastycznej, pozornej i granicy płynięcia.

Stosuje sie następujące typy lepkościomierzy obrotowych:

• o dwóch zakresach liczby obrotów: 300 i 600 obr/min

• o sześciu zakresach liczby obrotów: 3, 6, 100, 200, 300, 600 obr/min.

Charakterystyka lepkościomierza obrotowego:

• cylinder zewnętrzny (tulejka obrotowa): dwa rzędy otworów o średnicy 3,18 mm są umieszczone w odstępach 120^o wokół tulejki nieco poniżej zaznaczonej kreski;

• cylinder wewnętrzny (ciężarek).

Rys. 3 - Lepkościomierz obrotowy bezpośrednio wskazujący (^a)

Pomiar polega na mierzeniu wielkości skręcenia sprężyny w układzie dwóch cylindrów,
z których cylinder zewnętrzny (rotor) jest obracany ze stałą prędkością obrotową.

• w trakcie obrotu cylinder zewnętrzny wytwarza moment, który przekazywany jest do cylindra wewnętrznego (boba) i dźwigni kątowej;

• skręcana sprężyna przeciwdziała ruchowi, a tarcza z przymocowaną do dźwigni kątowej skalą wskazuje na wartość momentu obrotowego.

3. Przebieg badania z użyciem lepkościomierza obrotowego bezpośrednio
   wskazującego

• nalewamy płuczkę do stabilnego pojemnika i dokładnie mieszamy;

• obniżamy głowicę lepkościomierza tak, aby obracający się cylinder zewnętrzny zanurzył się w płuczce dokładnie po zaznaczoną kreskę;

• przy mechanizmie włączającym nastawionym na 600 obr/min naciskamy przełącznik mieszania i po 15 s go zwalniamy;

• czekamy na ustabilizowanie się wartości na tarczy;

• odczyt wykonujemy przy prędkości 600 obr/min;

• zmieniamy obroty na 300 i czekamy na ustabilizowanie się wartości na tarczy, po czym wykonujemy odczyt.

4. Wzory do obliczenia lepkości plastycznej, pozornej i granicy płynięcia

• 
  lepkość plastyczna płuczki

ηpl = M600 - M300

• lepkość pozorna płuczki

ηs = M600/2

• granica płynięcia płuczki

τ_y = M300 - pl

4. OZNACZANIE FILTRACJI

Metoda oznaczenia filtracji polega na pomiarze
objętości filtratu otrzymanego z prasy filtracyjnej.

1. Prasa filtracyjna

1 - naczynie cylindryczne

2 - oddzielne dno

3 - pokrywa

4 - sito

5 - bibuła do sączenia

6 - uszczelka

7 - śruba dociskowa

8 - cylinder pomiarowy

Rys. 4 - Przykładowa konstrukcja prasy filtracyjnej (^a)

2. Przebieg badania

• wycieramy do sucha poszczególne części przyrządu;

• kładziemy sito i bibułę do sączenia na dnie naczynia;

• sprawdzamy uszczelki pod względem zniszczeń i zniekształceń;

• wlewamy płuczkę do poziomu ok. 2 cm poniżej górnej krawędzi naczynia;

• umieszczamy suchy cylinder pomiarowy pod rurką odpływową w celu odbioru filtratu;

• nakładamy i dociskamy pokrywę;

• wywieramy na płuczkę ciśnienie 0,7±0,035 MPa;

• mierzymy objętość filtratu po 7 min z dokładnością do 0,1 ml i przyjmujemy ją jako miarę filtracji.

5. OZNACZANIE WYTRZYMAŁOŚCI STRUKTURALNEJ

Wytrzymałość strukturalną płuczek wiertniczych oznaczaliśmy za pomocą ww. lepkościomierza obrotowego bezpośrednio wskazującego.

1. Przebieg badania

• Nalanie płuczki do stabilnego pojemnika, dokładne wymieszanie przez ok. 15 s przy najwyższej liczbie obrotów cylindra i następnie odczekanie 10 s;

• Powolne i równomierne obracanie gałki (służącej do pomiaru wytrzymałości struktu-ralnej) w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara

• Maksymalna wartość odczytu = początkowa wytrzymałość strukturalna (wyrażona
  w funtach na 100 stóp kwadratowych)

• Ponowne wymieszanie płuczki, odczekanie 10 s i powtórzenie pomiaru

• Zapisanie wartości maksymalnego odczytu jako wytrzymałość strukturalną po 10 min [funty / 100stóp²]

• Zamiana jednostki z funtów/100stóp² na N·m² przez pomnożenie wartości wytrzymałości przez 0,4788

6. WYNIKI BADAŃ I WNIOSKI

1. Wyniki grupy III dla poszczególnych prędkości obrotowych

M600 - 48

M300 - 33

M200 - 27

M100 - 21

M60 - 18

M30 - 15

M20 - 13

M10 - 11

M6 - 10

M3 - 8,5

M2 - 7,5

M1 - 6,0

1. Granica płynięcia płuczki (grupa III)

τ_y = M300 - pl = 33 - 15 = 18 lb/ft² = 8,6184 N/m²

Tabela 1. - Pomiar podstawowych parametrów płuczki wiertniczej

GR	SKŁAD	GĘSTOŚĆ	LEPKOŚĆ			WYTRZYMAŁOŚĆ STRUKTURALNA	FILTRACJA	GĘSTOŚĆ OSADU
									UMOWNA (S)	PLASTYCZNA (TV)	POZORNA (AV)
I	bentopol 3%	1,01	49	7	12,5	1,9	35	< 1
II	bentopol 3%	1,03	42,9	9	14	2,39	36	< 1
III	bentopol 4%	1,03	54	15	24	1,197	32	< 1
IV	bentopol 4%	1,04	59	16	26,5	0,5	38	< 1
JEDNOSTKA		[g/cm^3]	[mPa·s]	[mPa·s]	[mPa·s]	[po 10 s - Pa]	-	[mm]

2. Wnioski

Na podstawie wykonanych badań możemy dojść do wniosku, iż płuczki bentopol o stężeniu 3% mają niewiele różniąca się gęstość o płuczek bentopol 4%. Tak samo niewielkie różnice można zaobserwować przy wynikach pomiarów filtracji. Widoczne są natomiast różnice
w lepkościach umownych oraz plastycznych danych płuczek. Pierwsze dwie mają zdecydowanie mniejsze wyniki w porównaniu z bentopolem 4%. Również przy pomiarach wytrzymałości strukturalnej można zaobserwować rozbieżności między tymi dwoma zawiesinami. Jako że gęstość osadu we wszystkich przypadkach jest <1 można stwierdzić, iż obie płuczki nadają się do wykorzystania w terenie.

7. LITERATURA

1. Norma branżowa „Płuczka wiertnicza. Metody badań w warunkach polowych”
   BN-90 1785-01

2. L. Szostak „Wiertnictwo”, Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa 1989

3. A. Wójcikowski „Wykonywanie pomiarów płuczki wiertniczej i specjalnej 311[40].Z2.03”

- http://naftowka.pl/zsp4/media/pomoce/wiertnik/wlasciwosci_i_pomiary_pluczek.pdf

4. http://www.google.pl/url?sa=t&rct=j&q=lepko%C5%9Bciomierz+obrotowy+typu+fann+budowa&source=web&cd=4&ved=0CEcQFjAD&url=http%3A%2F%2Fc.wrzuta.pl%2Fwo8272%2F9b057b9a001087974aa0eabb%2Ftpw-_przepisane.doc&ei=RmWuTpeuJsjdsgaR8IjaDw&usg=AFQjCNFONoRfgMIdYnscBtmRs1ELxYlorA&sig2=s8KKRJmx56rygefFoktIAQ&cad=rja

- 8 -

W celu otrzymania wyniku w jednostkach metrycznych należy pomnożyć przez 0,4788.

---