содержание   ..  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  ..

§ 2. ПРИЧИНЫ НАКОПЛЕНИЯ ВЫБУРЕННОЙ ПОРОДЫ НА ЗАБОЕ

Накопление выбуренной породы на забое зависит от механических, гидравлических и технологических факторов, имеющих место в процессе бурения, от плотности и прочности разбуриваемых горных пород, режима их разрушения долотом.

Так, при высоких осевых нагрузках на долото разбуривание слабопрочных пород вызывает повышение скоростей бурения в начале рейса долота, но затем вследствие обильного накопления выбуренной породы на забое резко снижаются темпы углубления скважины. Выбуренная порода накапливается часто на забое при подаче недостаточного количества бурового раствора, который не обеспечивает выноса и транспортировки разрушенной породы с забоя скважины. Для того, чтобы привести в соответствие режим промывки и скорость бурения, необходимо выбрать тип долота и его вооружение, которые отвечали бы условиям разбуриваемых пород. Буровое долото следует выбирать таким, чтобы выбуренные частицы породы по своим размерам могли проходить в завес долота и свободно удаляться в затрубное пространство потоком бурового раствора. Если разрушение породы долотом приводит к крупным выколам и образованию преимущественно крупного шлама, то на забое непременно образуется «шламовая подушка», которая препятствует эффективному разрушению породы на забое и приводит к многократному измельчению крупного шлама до соизмеримых с завесом долота размеров, после чего они могут быть удалены с забоя скважины потоком бурового раствора.

Несоответствие количества подаваемой промывочной жидкости на забой и неправильный выбор вооружения долота (зуба) может привести к тому, что на забое образуется до 85 —95% крупного шлама, на измельчение которого требуется до 50—75% мощности, подводимой к буровому долоту [6]. При таких условиях бурения трудно получить высокие технико-экономические показатели, поскольку такой режим бурения неэффективен. Отклонение от оптимизации режима бурения (нагрузка на долото, скорость вращения долота, тип долота, количество подаваемого на забой бурового раствора и т. д.) чаще всего приводит к накоплению выбуренной породы на забое и снижению показателей бурения.

Не менее важную роль в накоплении выбуренной породы играет режим промывки забоя скважины.

Вынос частиц выбуренной породы потоком бурового раствора может быть осуществлен тогда, когда восходящая скорость бурового раствора будет превосходить скорость погружения частицы и абсолютную скорость подъема ее с забоя скважины. Однако в реальном потоке бурового раствора в скважине распределение скоростей по сечению потока зависит от многих факторов: формы сечения ствола скважины, реологических свойств бурового раствора, режима и скорости истечения бурового раствора и т. д. Поэтому скорость выноса выбуренных частиц потоком промывочной жидкости носит весьма сложный характер, который еще слабо изучен и требует как лабораторного, так и промыслового изучения.

При движении вертикального потока промывочной жидкости, несущего выбуренную породу, вследствие взвешивающих сил бурового раствора частицы выталкиваются в направлении больших градиентов скоростей от стенок к середине потока. В связи с этим большая часть выбуренной породы концентрируется в центральной части потока бурового раствора в затрубном пространстве. Сложность оценки выноса выбуренной породы с забоя скважины и в затрубном пространстве обусловлена прежде всего пульсацией скоростей потоков, изменением скоростей течения по стволу вследствие кавернозности, изменения его конфигурации и т. п.

Одни авторы считают, что для обеспечения выноса выбуренной породы в затрубное пространство скважины скорость потока бурового раствора не должна быть меньше 0,5—0,8 м/с, другие

полагают, что для эффективной промывки ствола скважины скорость восходящего потока должна быть порядка 1 — 1,5 м/с. Несомненно лишь то, что скорость оседания частиц выбуренной породы при турбулентном обтекании потоком будет значительно превосходить соответствующие скорости оседания при ламинарном потоке бурового раствора. Вследствие разного снижения эффективной вязкости, динамического напряжения сдвига бурового раствора при турбулентном течении несущая способность промывочной среды будет значительно выше, чем при ламинарном. Поэтому структурный режим течения наиболее выгоден при выносе выбуренной породы из ствола скважины, но не с забоя.

Однако ограничения проводки глубоких скважин технологического характера (затяжки, посадки, длительные проработки и промывки ствола и забоя скважины и др.) часто находятся в противоречии с турбулентным режимом промывки, поскольку при этом требуется увеличение скоростей промывки свыше 1—1,5 м/с. Иногда ламинарный или структурный режим течения бурового раствора обеспечивал нормальную очистку ствола и в слабосце-ментированных, неустойчивых породах, не приводил к эрозионному размыву и обеспечивал устойчивость стенок скважин. Это еще раз свидетельствует о том, что режим промывки скважины необходимо подбирать, исходя из состояния ствола скважины, его устойчивости, зашламленности выбуренной породой и т. д.