Дисперсные системы и промывочные жидкости - Приборы для измерения водоотдачи

Приборы для измерения водоотдачи

 

Существующие приборы для измерения водоотдачи делятся на работающие под давлением и работающие под вакуумом. Первые подразделяются на приборы, измеряющие статическую водоотдачу, и приборы, измеряющие динамическую водоотдачу (в процессе циркуляции над фильтром). Последние сложны и пока  используются лишь в научных исследованиях.

К наиболее распространенным в практике разведочного бу­рения приборам относятся ВМ-6 и ВГ-1М, в которых водоотда­ча измеряется в статическом состоянии при перепаде давления 0,1 МПа. За показатель фильтрации принимается количество жидкости, отфильтровавшейся через круглый бумажный фильтр площадью 28 см2 за 30 мин.

Прибор ВМ-6 имеет две конструкции. Первая (рис. 23, а) состоит из трех основных узлов: напорного цилиндра с плун­жером, фильтрационного стакана и плиты с кронштейном. В фильтрационном стакане между собственно стаканом 5 и его поддоном 9, соединенными на резьбе, в специальной кольцевой выточке зажимается металлический корпус фильтра 7, на кото­рый при измерении укладывают смоченный в воде кружок фильтровальной бумаги 6. С помощью винта 11 клапан 10 с ре­зиновой прокладкой 5 прижимают к нижней стороне корпуса фильтра, перекрывая таким образом каналы фильтрации.

clip_image110

Фильтрационный стакан в собранном виде устанавливают в кронштейн 13 и заливают в него испытуемую жидкость 14. На резьбу горловины стакана 5 навинчивают напорный цилиндр 3 с чашкой в нижней части и проверяют, перекрыт ли дроссель­ный кран 4. После этого в цилиндр 3 заливают масло 15, уста­навливают на цилиндр плунжер 1 с грузом 2 и, выпуская лиш­нее масло с помощью дроссельного крана 4, совмещают нуле­вое деление шкалы прибора с риской в верхней части цилинд­ра. Затем открывают клапан 10 и включают секундомер.

Под действием давления от веса плунжера через фильтро­вальную бумагу и постепенно образующуюся на ней фильтра­ционную корку из промывочной жидкости отфильтровывается жидкость, стекая через отверстия в поддоне 9.   По мере отделения фильтрата объем раствора уменьшается — и плунжер с грузом медленно опускается вниз. Через 30 мин по шкале и риске на цилиндре 2 фиксируют объем отфильтрованной жид­кости в см3.

Не всегда удается совместить нулевое деление с риской. В этом случае записывают показание на шкале против риски, принимая его за нуль, и из полученного значения водоотдачи вычитают число, принятое за нуль.

После взятия отсчета открывают дроссельный кран 4, выпус­кают остатки масла из цилиндра 3. Затем при открытой игле вынимают плунжер из цилиндра, отвинчивают цилиндр и сли­вают масло из чашки в подготовленную емкость. Вынув из кронштейна фильтрационный стакан, выливают из него остатки жидкости и масла и разбирают, извлекая фильтр с образовав­шейся фильтрационной коркой. Осторожно смыв с фильтраци­онной корки промывочный раствор, измеряют ее толщину по­гружением стальной линейки.

По окончании разборки все детали прибора тщательно про­мывают, протирают и прибор собирают.

В комплект прибора входит баллончик для масла и ванноч­ка 12 для сбора фильтрата. Последняя при измерении водоот­дачи устанавливается под отверстиями поддона.

Модификация прибора ВМ-6 (рис. 23, б) отличается устрой­ством нижней части. Изменена конструкция поддона 7, который приобретает функцию опорной части прибора. Поддон в нижней части имеет кольцевые канавки, соединенные сквозным отвер­стием с чашей. Отверстие перекрывается пробкой 6, играющей роль запорного клапана.

При сборке фильтрационного стакана на поддон 7 уклады­вается смоченный кружок фильтровальной бумаги 9, на кото­рый укладывается кольцевая резиновая прокладка 8, после че­го навинчивается до упора собственно стакан 5. Затем отвер­стие перекрывается пробкой 6, и узел готов к работе. Осталь­ные операции аналогичны операциям при работе с прибором описанной выше конструкции.

Максимальная водоотдача, которую можно измерить непо­средственно на приборах ВМ-6, составляет 40 см3 за 30 мин. Для того чтобы можно было измерить больший показатель, к прибору прилагаются бланки с двойной логарифмической сет­кой (рис. 24). Зависимость водоотдачи от времени на такой сетке выражается прямой линией. Измерив водоотдачу через более короткие отрезки времени, например 2 и 5 мин, и отло­жив соответствующие точки на графике, можно провести через эти точки прямую и продолжить ее до пересечения с ординатой, соответствующей 30 мин. Точка пересечения дает водоотдачу за 30 мин.

Толщина и качество фильтрационной корки при таком мето­де определения не являются показательными. Этот метод ис­пользуется и для ускорения измерения    водоотдачи. При этом для большей надежности делают три-четыре измерения, напри­мер через 1, 2, 3 и 5 мин.

clip_image112

Водоотдачу, лежащую за пределами шкалы измерений при­бора, можно определить и расчетным путем. Решение уравнения фильтрации жидкости при переменной толщине фильтрацион­ной корки приводит к выводу, что количество отфильтровавшейся жидкости Vза время tопределяется равенством

                               V = аt1/2,                                                          (III.21)

где а — коэффициент, учитывающий    свойства фильтрационной корки и вязкость дисперсионной среды.

Приведенное уравнение позволяет вычислить водоотдачу промывочного раствора за любой промежуток времени, если известна его величина за любой другой промежуток:

clip_image114

С помощью прибора ВМ-6 можно определять содержание га­за (воздуха) в структурированной промывочной жидкости. Для этого плунжер прибора закрывается изнутри пробкой, отделяю­щей воздух, находящийся в штоке, от исследуемой промывочной жидкости. На собранный для измерения водоотдачи прибор на­кладывается груз массой G. В результате сжатия газа плунжер опускается на определенное число делений п. Содержание газа V2(в %) в промывочной жидкости вычисляют по формуле

                        V2 =1,05(4/G+1)n.                                             (III.23)

Водоотдачу промывочных жидкостей, содержащих газ (воз­дух), и объем газовой фазы (в %) определяют в условиях буре­ния на приборе ВГ-1M (рис. 25). Прибор имеет удлиненные по сравнению с прибором ВМ-6 плунжер и цилиндр, а также шка­лу, разделенную на две части: нижнюю — для измерения содер­жания газа, верхнюю — для измерения водоотдачи. Шкала пе­ремещается в вертикальном направлении с помощью винтов, что необходимо для установки на нуль по шкале «газ».

Сначала определяется содержание газа. Плунжер, сжимая пробу раствора с газом, опустится. Деление шкалы «Газ», оста­новившееся против отсчетной риски на верхнем крае втулки ци­линдра, укажет процентное содержание газа в исследуемом растворе. Отсчет по шкале надо брать сразу же после останов­ки груза-шкалы.

После измерения количества газа в растворе определяют во­доотдачу. Спуская избыток масла с помощью дроссельного кра­на, совмещают нулевое деление на шкале «Водоотдача» с от­счетной риской на втулке цилиндра, открывают клапан и через 30 мин берут отсчет.