Symulator przepływu cieczy wiertniczych – zasada pomiaru i możliwości badawcze

Podczas tłoczenia zaczynu cementowego następuje wypieranie płuczki wiertniczej z przestrzeni pierścieniowej. Jednak zaczyn nie jest w stanie dostatecznie dobrze usunąć pozostałego po płuczce osadu płuczkowego. W celu dobrego uszczelnienia otworu i rur zaczynem, który po związaniu ma uniemożliwić przepływ gazu, niezbędne jest dokładne oczyszczenie przestrzeni pierścieniowej z osadu płuczkowego poprzez przetłoczenie odpowiednio zaprojektowanej cieczy przemywającej, a następnie całkowite wyparcie płuczki przez ciecz buforową i zaczyn cementowy. Dotychczas parametry pozwalające określić skuteczność działania cieczy przemywającej określane były przy użyciu wiskozymetru obrotowego. Badanie polegało na wytworzeniu osadu na powierzchni rotora wskutek ruchu obrotowego rotora w płuczce wiertniczej. Następnie osad ten był usuwany w cieczy przemywającej w sposób analogiczny jak podczas wytwarzania osadu wskutek ruchu obrotowego. Na podstawie różnicy masy rotora przed wytworzeniem osadu, po wytworzeniu oraz po usunięciu osadu określano jego procentowe usunięcie. Metoda ta pomimo swojej prostoty oraz szybkości cechowała się sporym zakresem błędu pomiaru. W związku z powyższym zaprojektowany został symulator przepływu cieczy wiertniczych (zgłoszenie patentowe P.423842), który umożliwia odwzorowanie ruchu poszczególnych cieczy wiertniczych w symulowanej przestrzeni pierścieniowej otworu wiertniczego. Na podstawie prac badawczych przy użyciu symulatora przepływu cieczy wiertniczych możliwe jest określenie wielu parametrów decydujących o efektywności uszczelniania przestrzeni pierścieniowej i pozarurowej. W niniejszej publikacji omówiono zasadę działania symulatora przepływu cieczy wiertniczych oraz jego możliwości badawcze. Przeprowadzone zostały też przykładowe testy w celu przedstawienia metodyki badawczej przy użyciu innowacyjnego urządzenia. Na podstawie wyników badań uzyskanych podczas testów z zastosowaniem symulatora przepływu cieczy określono skuteczność działania wytypowanych cieczy przemywających w stosunku do próbki bazowej, która nie posiadała osadu płuczkowego.

During the pumping of cement slurry, drilling mud is removed from the annular space. However, cement slurry cannot sufficiently remove residues from the mud. In order to properly seal the borehole and casing with cement slurry, which after binding is designed to prevent the flow of gas, it is necessary to clean the annular space from filter cake by pumping the preflush fluid, and then completely removing the mud by spacer fluid and cement slurry. Earlier, the parameters allowing to determine the effectiveness of the preflush fluids were determined using a rotating viscometer. The test consisted of the formation of mud cake on the surface of the rotor due to rotational motion of the rotor in the drilling mud. Then the mud cake was removed in the preflush fluid in a manner analogous to the generation of mud cake due to rotation. On the basis of the rotor weight difference before the filter cake was produced, after the mud cake was produced and after removal of the mud cake, the percentage of the removal was determined. This method, despite its simplicity and rapidity, was characterized by a large range of measurement error. Therefore, the “drilling fluid flow simulator” was designed (patent application P.423842), which allows to map the movement of drilling fluids in a simulated borehole annular space. Based on research using the drilling fluid flow simulator, it is possible to determine a number of parameters determining the efficiency of sealing the annular space. This paper discusses the operating principle of a drilling fluid flow simulator and its research capabilities. Also, exemplary tests were carried out to present the research methodology using an innovative device. Based on the test results obtained during the tests carried out with the use of the fluid flow simulator, the effectiveness of the selected preflush fluids in relation to the base sample without the mud cake was determined.