Расчеты при приготовлении буровых растворов

Количество глины для приготовления бурового раствора зависит от ее качества, которое определяется показателем выход раствора (в м3):

             (7.8)

где m_г - масса глины, m_г= 1000кг; ρ_г - плотность глины, ρ_г=2300÷2600кг/м3; ρ_в - плотность воды, ρ_в= 1000кг/м3; ρ_б.р - плотность бурового раствора. кг/м3.

Глинопорошки для бурения должны отвечать показателям, приведенным в табл. 7.1

Таблица 7.1

Показатели	Сорт
	высший	I	II	III	IV
Выход бурового раствора из 1000 кг глинопорошка, м	15	12	9	6	<6
Плотность бурового раствора кг/м3 Влажность, % не более	1043 6-8	1054 6-8	1073 6-8	1100 6-8	>1100 6-8

Применительно к комовым глинам основной показатель, по которому оценивают качество глиноматериала, - это коллоидальность, характеризующая количество глины, необходимое для приготовления единицы объема глинистого раствора с условной вязкостью 25-30с. В табл. 7.2 приводятся показатели, характеризующие качество глины плотностью 2500 кг/м3.

Таблица 7.2

Степень коллоидности глины	Плотность глинистого раствора, кг/м3	Объем глины для получения 1 м3 раствора, м3	Масса глины, требуемой для приготовления 1 м3 раствора, кг	Выход глинистого раствора из 1000 кг глины,м
Высококоллоидная	1040-1060	0,03-0,04	70-100	15-10
Коллоидная	1060-1150	0,04-1,10	100-250	10-4
Среднеколлоидная	1150-1300	0,10-0,20	250-500	4-2
Малоколлоидная	1300-1400	0,20-0,27	500-675	2-1,5
Тяжелая	1400-1500	0,27-0,33	675-825	1,5-1,2

Масса глины без учета влажности, необходимая для приготовления требуемого количества глинистого раствора (в кг), определяется по формуле

                      (7.9)

де V_б.р - объем бурового раствора.

Масса глины без учета влажности, необходимая для приготовления 1 м3 бурового раствора (в кг), определяется по формуле (7.9) при V_б.р=1м3.

Масса воды (в кг), необходимая для приготовления 1 м3 бурового раствора.

             (7.10)

Концентрация глины (содержание глины) в буровом растворе (в %) с учетом плотности исходных материалов

                     (7.11)

Масса глины (в кг), необходимая для внесения в буровой раствор с целью увеличения его концентрации,

              (7.12)

где Кт - требуемая концентрация раствора.

Плотность приготовленного глинистого раствора заданной концентрации (в кг/м3)

ρб.р=Кг(ρг-ρв)+ρв             (7.13)

Необходимый объем глины (в м3)

              (7.14)

Объем воды (в м3)

Vв=Vб.р-Vг               (7.15)

Наиболее низкая плотность глинистого раствора обеспечивается при использовании бентонитовых глин (ρ_б.р=1050÷1080кг/м3). Плотность растворов, приготовляемых из обычных глин, составляет 1150-1250 кг/м3. Для снижения плотности готовят растворы на углеводородной основе или добавляют воду. Объем жидкости, требуемой для снижения плотности раствора ρ_б.р до ρ'_б.р рассчитывают из выражения

              (7.16)

где V₀ - начальный объем бурового раствора, м3; ρ'_б.р - требуемая плотность раствора.

Еще большее снижение плотности обеспечивается аэрированием раствора - вводом в качестве дисперсной фазы воздуха.

Основное средство повышения плотности глинистого раствора свыше 1400кг/м3 - применение утяжелителей - инертных порошкообразных материалов.

Пример 7.2. Определить массу глины (без учета и с учетом влажности W=0,1) и воды, которые потребуются для приготовления V_б.р=1м3 глинистого раствора плотностью ρ=1240 кг/м3, если плотность глины ρ_г=2100 кг/м3.
Решение. По формуле (7.9) определяем массу глины для приготовления V_б.р=1м3 глинистого раствора:

С учетом влажности по формуле (7.15)

Из выражения (7.10)

Пример 7.3. Найти содержание глины (в %) в глинистом растворе, если известно, что его плотность 1260 кг/м3.
Решение. По формуле (7.11)

Пример 7.4. Плотность глинистого раствора 20%-ной концентрации ρ_б.р=1180кг/м3. Какое количество глины требуется внести в глинистый раствор, чтобы увеличить его концентрацию до 30%, если объем бурового раствора V_б.р=1,3·10-3м3 .
Решение.  Масса  глинистого раствора m_р=1180·1,3·10·1,53  кг. По формуле (7.12)

Пример 7.5. Необходимо приготовить V_б.р=1·10-3м3 глинистого раствора для лабораторных целей из бентонитовой глины и пресной воды. Определить плотность раствора и необходимое количество каждого компонента, если содержание глины плотностью ρ_г=2500 кг/м3 в растворе К_г= 15%.
Решение. По формуле (7.13) определяем плотность приготовленного раствора:

ρ_б.р = 0.15(2500-1000)+1000 = 1225кг/м3.

Объем глины по формуле (7.14)

что составляет m_г =15·10-5·2500 = 0375кг.

Объем воды по формуле (7.15)

V_в=1·10-3 -15·10-5 = 85·10-5м3

Пример 7.6. Требуется снизить плотность раствора от ρ_б.р=1500кг/м3 до ρ'_б.р=1300кг/м3, чтобы предотвратить поглощение. Рассчитать объемы воды и нефти, необходимые для снижения плотности бурового раствора, если начальный объем раствора V₀=80м3, а плотность нефти ρ_н=850кг/м3.
Решение. Из уравнения (7.16) объем воды

Объём нефти

Содержание нефти в буровом растворе К_н =35.5 /(80 + 35.5) = 30,73%.