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

§ 3. ОЧИСТКА ЗАБОЯ СКВАЖИНЫ ОТ ВЫБУРЕННОЙ ПОРОДЫ

Очистка забоя скважины от выбуренной породы представляет собой сложный гидродинамический процесс. В большинстве работ по промывке скважин рассматривается лишь вынос выбуренной породы из кольцевого пространства скважины.

Режим промывки забоя скважины существенно сказывается на реализации гидравлической мощности струи бурового раствора работы бурового долота при разрушении горной породы. Подводимые к забою гидравлическая и механическая энергии должны соответствовать друг другу и пропорционально меняться в зависимости от типа разбуриваемой горной породы. Для обычных шарошечных долот удельный расход бурового раствора принимают в пределах соответственно 0,057—0,065 для лопастных и 0,06—0,10 л/с на 1 см2 поверхности забоя для алмазных 159].

Для повышения эффективности реализации гидравлической мощности струй бурового раствора на разрушение породы и удаление ее с забоя используют долота с нижней промывкой или специальные гидромониторные долота, применение которых улучшило состояние очистки забоя от выбуренной породы. Мнения специалистов о том, что увеличение гидравлической мощности, подаваемой на долото, приводит к росту механической скорости бурения, расходятся. В настоящее время установлено, что очистка забоя при гидромониторном истечении из насадок долота бурового раствора осуществляется в два этапа. Первый — удар струи жидкости о забой, второй — действие энергии отраженного потока жидкости, распространяющегося после удара жидкости о забойную поверхность. Ударная сила струи бурового раствора реализуется в виде ударной волны давления на забой скважины. Очистка забоя скважины отраженным потоком жидкости рассматривалась в работах Р. Бобо и других; суть этих работ сводилась в основном к созданию технических и гидравлических средств очистки забоя от выбуренной породы. В этих работах было показано, что уменьшение вязкости и динамического напряжения сдвига бурового раствора способствует росту средней скорости истечения струи на забой. Это может быть достигнуто или физикохимическими методами обработки бурового раствора, или увеличением скорости его истечения из насадок долота.

Финстр и Ван Лиуен расширили понятие о действии отраженного потока жидкости на забой и рассмотрели различные схемы промывки забоя от выбуренной породы [95]. Порех и Цермак установили, что скорость отраженного потока струи бурового раствора обратно пропорциональна расстоянию до центра удара струи о забой и прямо пропорциональна произведению расхода жидкости на скорость истечения.

Выбор способа для замера очистной способности ударной волны, создаваемой струей жидкости на забое, сложен. В зависимости от расстояния насадки до забоя величина ударной волны может меняться в широких пределах. Эта разница в волновом давлении может способствовать или концентрации шлама на забое, или его удалению с забоя. В обычных гидромониторных долотах только 20% градиента давления волны достигает забоя, действие ударной волны не является доминирующим в процессе очистки забоя от выбуренной породы. Считается, что значительно большую роль в очистке забоя от выбуренной породы играют увеличение расхода жидкости и скорость ее истечения. Длина ядра скоростей истечения струй жидкости из насадок долота обычно принимается в пределах от 4 до 18 диаметров насадки. Принято считать, что для эффективной работы гидромониторного долота на забое необходима скорость истечения жидкости из насадок долота не менее 65—75 м/с [45, 59, 85].

В последние годы очистке забоя от выбуренной породы уделяется большое внимание, но решение этой проблемы еще далеко от завершения, и в этом направлении необходима постановка гидродинамических исследований волновых процессов, возникающих при ударе струи бурового раствора о забой.

Не изучены также характер движения раствора на забое, закономерности его размывающей и выносящей способности при бурении шарошечными, гидромониторными, алмазными и лопастными долотами. Это в значительной мере сказывается на техническом совершенствовании конструкций долот, их промывочных каналов, создании специальных насадок и в целом на гидравлике промывки долота, забоя и ствола скважины.

Представляет большой интерес рассмотрение работы долота в сочетании с изменением реологических свойств буровых растворов (полимерных и полимербентонитовых с низким содержанием твердой фазы, инвертных эмульсий и др.). Не менее важны глинизация шлама на забое, его гранулометрический состав, а также вынос его на дневную поверхность. Решение этих вопросов существенно улучшило бы очистку забоя от выбуренной породы и позволило бы резко увеличить проходку на долото и механическую скорость бурения.