Растворы буровые
Выдерживание буровых растворов при значительно повышенных температурах [свыше 65 °
жүктеу/скачать 1.27 Mb.
|
21.5 Выдерживание буровых растворов при значительно повышенных температурах [свыше 65 °C (150 °F)] 21.5.1 Приготовление пробы Пробы буровых растворов, выдерживаемых при значительно повышенных температурах, также смешиваются при окружающих температурах в соответствии с 21.2.2 и 21.3.1. Дополнительное количество добавленных ранее компонентов или новых материалов для повышения стабильности при повышенных температурах могут быть добавлены в жидкие растворы, которые уже выдержаны при окружающих или повышенных температурах 21.5.2 Оборудование 21.5.2.1 Сушильный шкаф, с регулируемой температурой до 175 °C ± 3 °C (350 °F ± 5 °F) или более. 21.5.2.2 Ячейки для выдерживания, изготовленные из металлов, подходящих для хранения буровых растворах при повышенных температурах. Ячейки из алюминиевой бронзы не рекомендуются для выдерживания буровых растворах при любой температуре. 21.5.3 Характеристики металлических ячеек для выдерживания 21.5.3.1 Так как температуры для выдерживания выбираются около предполагаемых или ожидаемых температур на забое скважины, выбранные ячейки для выдерживания должны быть сконструированы так, чтобы отвечать требованиям давления и температуры для процедуры выдерживания. 21.5.3.2 Помимо способности отвечать требованиям температуры и давления определенных условия выдерживания существует множество различных пунктов, необходимых для выбора подходящего металла ячейки. Выбор зависит одновременно от окончательной температуры, которой будет подвергаться проба и ячейка, и от солености пробы. 21.5.3.3 Большинство процедур для выдерживания проб при температурах от 65 °C до 205 °C (от 150 °F до 400 °F) проводятся в ячейках, изготовленных из различных классов нержавеющей стали. Иногда используются ячейки из высокоуглеродистой стали, если моделируются полевые условия, при которых используется труба из «мягкой стали». Такие ячейки из нержавеющей или мягкой стали, при правильном использовании, никогда не приводили к аварийному сбою процедуры, т.е. они никогда не взрывались. Причиной выхода из строя таких ячеек являются признаки утечки. 21.5.3.4 Для длительного подвергания повышенной солености при высоких температурах [например, 20 г/л хлоридов при 205 °C (400 °F)] могут потребоваться ячейки, изготовленные из металлов высшего класса. 21.5.3.5 Ключевое соображение в использовании металлических ячеек для выдерживания при повышенных температурах состоит в принятии мер для гарантирования, что ячейки не переполняются. Когда закрытые жидкости расширяются при повышении температуры, несоответствующее верхнее газовое (воздушное) пространство может привести к поршневому эффекту, поскольку жидкость гидравлически нагружает крышку ячейки. Оставление промежутков от 40 мм до 50 мм (от 1-9/16 дюйма до 1-15/16 дюйма) между поверхностью жидкости и крышкой ячейки или не заполнение ячейки более объема от 85 % до 90 %, является соответствующей мерой предосторожности для безопасности процедуры для выдерживания при температурах от 65 °C до 205 °C (от 150 °F до 400 °F). 21.5.4 Дополнительные соображения безопасности для металлических ячеек для выдерживания 21.5.4.1 Необходимо подчеркнуть, что металлические ячейки для выдерживания должны использоваться только для выдерживания буровых растворов, содержащих обычные типы или классы добавок для буровых растворов. Исследуемый материал, совместимость которого при высокой температуре с химическими веществами/минералами в буровом растворе вызывает сомнение, не должен выдерживаться при повышенных температурах в металлических ячейках. Такую совместимость следует проверять на оборудовании, таком как автоклав, разработанный для работы под высоким давлением. 21.5.4.2 Единственные известные аварийные сбои (взрывы) ячеек для выдерживания из нержавеющей стали происходили в результате неуместного использования ячеек в качестве автоклавов химической реакции (взамен выдерживания бурового раствора) или в результате переполнения ячеек. 21.5.4.3 Зарегистрированные типы сбоев металлических ячеек для выдерживания вследствие несоответствующего осмотра и технического обслуживания или длительного использования для выдерживания буровых растворов, являются простыми утечками из ячеек. Буровой раствор вытекал в шкафы для выдерживания, но не вызвал опасности для лабораторного персонала. 21.5.4.4 Предохранительные элементы могут быть помещены в крышки ячеек, если существует вероятность сбоя ячейки. Так как использование предохранительных элементов понижает характеристики давления металлической ячейки для выдерживания, проводить испытания при температурах, которые дают меньшие давления. 21.5.5 Техническое обслуживание металлических ячеек для выдерживания 21.5.5.1 Корпусы ячеек и крышки ячеек должны иметь надписи порядкового номера и содержимого. В дальнейшем предполагается использование отдельных наборов металлических ячеек для испытаний пресноводных буровых растворов, солевых буровых растворов и буровых растворов на нефтяной основе. Ячейки для выдерживания пресноводных буровых растворов будут иметь самый долгий срок службы. 21.5.5.2 Ячейки для выдерживания из нержавеющей стали подвержены коррозионному растрескиванию под напряжением или точечной коррозии в средах с длительным пребыванием при температурах более 60 °C (140 °F) и жидкостями со значительными концентрациями хлорида (более нескольких тысяч миллиграммов на литр). Такая коррозия допустима, но существует много способов для уменьшения растрескивания, существующих в технологии выдерживания буровых растворов. Технологии имеют тенденцию к снижению жесткости изучаемых эффектов. 21.5.5.3 Один метод выдерживания буровых растворов, уменьшающий коррозию, представляет собой промывку и визуальный осмотр металлических ячеек для выдерживания после каждого использования на наличие дефектов. Таким способом можно обнаружить начало точечной коррозии и коррозионного растрескивания. Затронутые коррозией ячейки из нержавеющей стали подвергаются пескоструйной обработке для удаления пятен коррозии. Затем ячейки могут повторно применяться. 21.5.5.4 Если очевидная коррозия на металлической ячейке для выдерживания не обнаруживается, полученный опыт доказывает, что периодическая пескоструйная обработка ячеек исключает развивающиеся дефекты на стенках, сохраняет поверхность пассивной и значительно увеличивает срок службы ячейки. 21.5.5.5 Другие обстоятельства, уменьшающие коррозию, включают следующее. a) Ячейки используются периодически, очищаются и не используются в непрерывных процессах выдерживания. b) Ячейки, используемые в испытаниях буровых растворов, изготавливаются из металлического цельного бруса и не свариваются. Отсутствие точек напряжения, которые присутствуют в сварных или литых корпусах ячеек, уменьшает вероятность или серьезность коррозии, которая может возникнуть при определенных агрессивных условиях. c) Составы буровых растворов имеют высокий pH, и как правило, низкое содержание кислорода. 21.5.6 Процедура для выдерживания при повышенных температурах 21.5.6.1 Если ячейка из подходящего металла и буровой раствор выбраны для данного температурного режима, то пробы могут быть статически или динамически выдержаны в подходящем сушильном шкафу в соответствии с 21.4.3. 21.5.6.2 Динамическое выдерживание следует выполнять в сушильных шкафах с кручением или вращением, с регулируемой температурой в диапазоне от 65 °C до 205 °C (от 150 °F до 400 °F). Рекомендуемое минимальное время выдерживания для таких условий 16 ч. В зависимости от температурной стабильности оцениваемого продукта время и температура могут потребовать регулировки. 21.5.6.3 Для статического выдерживания может использоваться соответствующий статический сушильный шкаф или динамический сушильный шкаф с выключенными механизмами кручения/вращения. Статическое выдерживание при повышенных температурах моделирует условия бурового раствора, который остается неподвижным в стволе скважины во время регулярных работ на буровой. 21.5.6.4 Для скважин с температурами более 150 °C (302 °F) обычный 16 ч интервал времени для выдерживания является подходящим моделированием интервала времени, в течение которого буровой раствор остается неподвижным в скважине во время спускоподъемных операций для замены бурового долота. Для более продолжительных работ, таких как спускоподъемные работы электрического каротажа скважины, время выдерживания от 48 ч до 72 ч является подходящим. 21.5.6.5 При выборе испытательной температуры следует отметить, что жидкости, оставленной в стволе скважины, может потребоваться большой период времени для уравновешивания с фактической забойной температурой, так как циркулирующий буровой раствор охлаждает ствол скважины. Поэтому, испытательная температура ниже забойной температуры может быть более реалистическим моделированием условий в стволе скважины в течение спускоподъемных операций для замены бурового долота. ПРИМЕЧАНИЕ Важным испытанием для оценки долгосрочного застывания буровых растворов, выдержанных при высоких температурах, является определение предела прочности при сдвиге, приведенное в ISO 10414-1. 21.6 Инертность и химическая совместимость высокотемпературных ячеек для выдерживания 21.6.1 Химическая совместимость материалов с металлическими ячейками для выдерживания 21.6.1.1 Как упомянуто в 21.5.4, не подвергать материалы с неизвестной или подозрительной химической активностью высокотемпературному выдерживанию в ячейках, содержащих буровые растворы. 21.6.1.2 Не добавлять материалы, которые производят или являются катализаторами экзотермических реакций, в составы буровых растворов, выдерживаемых при высокой температуре. 21.6.1.3 Исключить материалы, которые известны или подозреваются в качестве сильных окислительно-восстановительных реактивов, из составов буровых растворов, выдерживаемых при высокой температуре. 21.6.2 Инертность металлических ячеек для выдерживания к химическим веществам 21.6.2.1 Металлические ячейки для выдерживания из сплава на основе никеля обеспечивают самую большую степень инертности к потенциально коррозийным условиям. 21.6.2.2 Железо может выщелачиваться из различных нержавеющих сталей буровыми растворами с высокой концентрацией хлорида при высоких температурах. Данное удаление железа вызывает точечную коррозию и растрескивание после подвергания ячеек из нержавеющей стали жестким условиям температуры/хлорида. 21.6.2.3 Различные материалы могут использоваться в качестве более «инертных» облицовочных материалов в пределах стандартных ячеек из нержавеющей стали. Такие материалы перечислены в 21.6.3. 21.6.3 Использование облицовочных материалов в металлических ячейках для выдерживания 21.6.3.1 Некоторые исследователи обнаружили, что результаты испытаний буровых растворов с высокой концентрацией хлорида, содержащих растворимые в воде полимеры, могут быть не воспроизводимыми, когда используются сосуды из нержавеющей стали. Железо выщелачивается из корпуса ячейки и вызывает данные различия. 21.6.3.2 Для использования более экономичных ячеек из нержавеющей стали при агрессивных условиях выдерживания жидкости, может использоваться облицовочный материал ячейки. Материалы, получившие широкое применение в качестве облицовки, включают PTFE, стекло и керамику. 21.6.3.3 Считается, что облицовка из PTFE может применяться до температур 205 °C (400 °F) и предлагает наивысшую степень инертности к большому разнообразию составов буровых растворов. 21.6.3.4 Стеклянная облицовка может подвергаться воздействию высоких уровней pH, используемых во многих составах буровых растворов. Стеклянная облицовка также чувствительна к воздействию определенных высоких солевых условий при повышенных температурах. 21.6.4 Соображения относительно плакирования металлов для увеличения стойкости к загрязнению ячеек для выдерживания 21.6.4.1 Плакирование ячеек из нержавеющей стали инертными или благородными металлами, такими как золото, предложено для того, чтобы избежать более затратного изготовления новых ячеек из высококлассных металлических сплавов. 21.6.4.2 Привлекательное соображение в 21.6.4.1 имеет один серьезный недостаток: если плакированная ячейка поцарапана, оголенная сталь испытывает сильную локальную коррозию со скоростью выше скорости коррозии неплакированной стали. Поэтому, царапина плакированной ячейки приводит к вероятности более ранних утечек и отказов ячеек. 21.6.4.3 Так как пробы буровых растворов, выдерживаемые при повышенных температурах, часто становятся очень вязкими или даже твердыми, иногда необходимо очистить материал затвердевшей пробы от ячейки. Даже при большой осторожности существует риск нанесения царапин при удалении затвердевшего бурового раствора. Поэтому, плакированные золотом ячейки не рекомендуются для выдерживания буровых растворов при повышенных температурах. 21.6.5 Разница между характеристиками материалов для буровых растворов в инертной среде и реальной рабочей среде 21.6.5.1 Следует быть осторожным при интерпретации результатов выдерживания в лабораторных условиях с использованием ячеек, изготовленных из инертных металлов или плакированных инертными материалами. Буровые растворы в полевых условиях взаимодействуют с буровой колонной, обычно изготовленной из мягкой углеродистой стали. 21.6.5.2 Площадь взаимодействия бурового раствора со стальной поверхностью в стальных ячейках для выдерживания меньше, чем в буровой колонне, но больше, чем в пределах инертных ячеек для выдерживания. 21.6.5.3 Поэтому, полевые результаты могут противоречить результатам, полученным по испытаниям выдерживания, проводимым при более идеальных, инертных условиях в лабораторной среде. 21.7 Поставки и услуги по выдерживанию проб буровых растворов 21.7.1 Поставщики оборудования 21.7.1.1 Стеклянные и пластмассовые банки и бутылки являются общедоступными от организаций, занимающихся поставками лабораторного оборудования, поставщиков емкостей и большинства розничных и оптовых магазинов или складов. 21.7.1.2 Металлические ячейки для выдерживания, сушильные шкафы, подходящие для выдерживания буровых растворов при повышенных температурах и/или оборудование для испытания буровых растворов и вспомогательное оборудование могут быть получены из признанных организаций, занимающихся поставками полевого испытательного оборудования. 21.7.2 Консультанты по металлургии Для лучшей консультации относительно приобретения надлежащих металлических ячеек для выдерживания, требуемых для жестких условий (повышенные концентрации хлоридов при высоких температурах), следует обратиться к признанным консультантам по металлургии или организациям, специализирующихся на консультации по металлургии. 21.7.3 Консультанты по сосудам под давлением Для консультации относительно конструкции сосуда под давлением для ситуаций, несоответствующей коммерчески доступным конструкциям, или специальных металлических ячеек для выдерживания, следует обратиться в организации или лицу с опытом в проектировании сосудов под давлением. 22 Выдерживание буровых растворов на нефтяной основе 22.1 Принцип Настоящий раздел подготовлен для ознакомления лиц, незнакомых с составом и испытаниями буровых растворов, с методами и оборудованием, используемыми в лабораториях для смешивания и выдерживания систем буровых растворов на нефтяной основе. Настоящий раздел также предоставляет основные руководящие принципы и технику безопасности при выполнении процедуры выдерживания. Настоятельно рекомендуется тщательно изучить настоящий раздел перед выдерживанием проб буровых растворов при повышенных температурах. Выдерживание буровых растворов представляет собой процесс настаивания пробы бурового раствора, подвергнутой периодическому усилию сдвига, для полного отображения реологических свойств и свойств фильтрации. Период времени, необходимый для более точного отображения свойств, изменяется от 16 ч до нескольких суток. Выдерживание может быть выполнено при окружающих или при повышенных температурах. Пользователям настоящего раздела следует ознакомиться как с типами испытаний, методами испытаний и измеряемыми свойствами, указанными в ISO 10414-2, так и с методами, указанными в настоящем стандарте. Настоящий раздел не распространяется на методику выдерживания, подходящую для буровых растворов на водной основе или солевых растворов, используемых в качестве жидкостей для глушения и ремонта скважин. 22.2 Оборудование 22.2.1 Перемешивающее устройство, используемое для смешивания составов буровых растворов. Перемешивающие устройства могут иметь постоянную или переменную скорость. Двигатель вращает вал мешалки с круглыми «пропеллерами», рифлеными рабочими колесами, острыми лопастями с волновой или прочей формой. Применяются мешалки с одним валом или с множеством валов. Мешалки с форсунками также используются для приготовления некоторых составов. Перемешивающие устройства могут значительно различаться в значении передаваемого усилия сдвига. Выдерживание проб буровых растворов снижает различия в свойствах, которые могут быть результатом приготовления с помощью различных перемешивающих устройств. 22.2.2 Стеклянные банки и бутылки, используемые для приготовления партии объемом 4 л. Стеклянные емкости из трещиностойкого стекла, такие как банки для домашнего консервирования или эквивалентные типы банок/бутылок, оснащенные металлическими навинчиваемыми крышками. Коммерчески доступные круглые банки с прямой стенкой и круглые банки с широким горлышком являются подходящими. Последний тип обычно используется в крутящихся сушильных шкафах с температурами до 65 °C (150 °F). Все типы могут надежно закрепляться в переворачивающих сушильных шкафах, работающих при температуре менее 65 °C (150 °F). Термостойкие емкости, изготовленные из пирекса или эквивалентных материалов, также применимы для температур до 65 °C (150 °F). Крышки/пробки для стеклянных сосудов изготавливаются из пластмассы или металла. Инертные прокладки или облицовка (например, из PTFE) рекомендуются для большего срока службы, независимо от состава крышки/пробки. 22.2.3 Пластмассовые банки и емкости Приемлемые пластмассовые материалы для емкостей и крышек включают полиэтилен, полипропилен или другие соответственно инертные, механически прочные и надежные материалы. Данные материалы могут быть несовместимыми с некоторыми буровыми растворами на нефтяной основе. Большинство буровых растворов на нефтяной основе может смешиваться и храниться в полиэтиленовых толстостенных коммерческих ведрах. Тонкостенные пластмассовые емкости, такие как бутылки для молока, безалкогольных напитков или соков, не рекомендуются. 22.2.4 Металлические емкости Большое разнообразие металлических емкостей может использоваться при окружающих температурах. Используемые металлические емкости изготавливаются в основном из различных классов нержавеющей или мягкой углеродистой стали. Могут использоваться более инертные металлические составы, но они считаются затратными для испытания при окружающей температуре. Ячейки, изготовленные из алюминиевой бронзы, не рекомендуются для любых составов буровых растворов. Наблюдались электрохимические реакции между бронзовыми ячейками для выдерживания и многочисленными буровыми растворами или материалами для буровых растворов. Корпусы ячеек для выдерживания и крышки ячеек должны иметь надписи порядкового номера и содержимого. Ячейки для выдерживания из нержавеющей стали подвержены коррозионному растрескиванию под напряжением или точечной коррозии в средах с длительным пребыванием при температурах более 60 °C (140 °F) и жидкостями со значительными концентрациями хлорида (более нескольких тысяч миллиграммов на литр). Такая коррозия не является проблемой при испытании буровых растворов на нефтяной основе, в которой эмульсия «вода в нефти» поддерживается в течение всей процедуры выдерживания. Такие проблемы допустимы, но существует много способов для уменьшения коррозии, существующих в технологии выдерживания буровых растворов, таких как следующие. а) Один метод выдерживания буровых растворов, уменьшающий коррозию, представляет собой промывку и визуальный осмотр металлических ячеек для выдерживания после каждого использования на наличие дефектов. Таким способом можно обнаружить начало точечной коррозии и коррозионного растрескивания. Затронутые коррозией ячейки из нержавеющей стали подвергаются пескоструйной обработке для удаления пятен коррозии. Таким образом, ячейки могут повторно и многократно применяться в течение 25 лет. b) Если очевидная коррозия на металлической ячейке для выдерживания не обнаруживается, полученный опыт доказывает, что периодическая пескоструйная обработка ячеек исключает развивающиеся дефекты на стенках, сохраняет поверхность пассивной и значительно увеличивает срок службы ячейки. c) Металлические ячейки для выдерживания, используемые в испытаниях буровых растворов, изготавливаются из металлического цельного бруса и не свариваются. Отсутствие точек сварных напряжений уменьшает вероятность коррозии, которая может возникнуть при определенных агрессивных условиях. d) Большинство буровых растворов на нефтяной основе имеют высокий pH в растворенной водной фазе и низкое содержание кислорода вследствие нефтяной фазы; данные факторы снижают коррозию. 22.2.5 Обшивка для металлических ячеек Когда существует проблема реакции при повышенных температурах между конкретным типом металла ячейки для выдерживания и содержащемся в ячейке буровом растворе, может применяться облицовка из материала более инертного к данной жидкости. Подходящие материалы для обшивки включают стекло, керамику и PTFE или эквивалент. Обшивка каждого типа является коммерчески доступной. 22.2.6 Сушильные шкафы Сушильные шкафы могут быть статичными или динамичными [оборудованных роликами или системами шкивов для вращения или переворачивания зафиксированной ячейки]. Статические сушильные шкафы варьируются от настольных, переносных моделей, способных вместить только несколько малых проб, до больших напольных моделей с множеством полок, которые способны вместить десятки проб. Ожидается, что сушильные шкафы имеют параметры для работы при температурах от 65 °C до 260 °C (от 150 °F до 500 °F). жүктеу/скачать 1.27 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|