§ 7. ФРИКЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ФИЛЬТРАЦИОННЫХ КОРОК

  Главная        Учебники - Техника         Технологические свойства буровых растворов (Михеев В. Л)

 поиск по сайту     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  ..

 

 

§ 7. ФРИКЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ФИЛЬТРАЦИОННЫХ КОРОК

Сопротивление движению бурильного инструмента вызвано трением о стенки скважины; чаще всего его отождествляют с трением по фильтрационным коркам. В § 5 и 6 было показано, что последнее обусловлено, по существу, предельным статическим напряжением сдвига структур, возникающих в фильтрационных корках. В отличие от обычного внешнего трения, характеризуемого взаимодействием контактирующихся поверхностей, перемещение бурильного инструмента по корке вызывает сопротивление не на поверхности контакта, а на некотором расстоянии от него, внутри фильтрационной корки. Таким образом, фрикционные свойства корок могут характеризоваться лишь условными коэффициентами трения М.

Некоторые исследователи считают, что фрикционные свойства корок и, в частности, коэффициенты трения стали по фильтрационным коркам не зависят от состава и свойств исходного бурового раствора, длительности контакта с коркой и т. п. Большинство советских и зарубежных исследователей указывают, что эти факторы существенно сказываются на фрикционной характеристике фильтрационных корок. Нами также исследовалось влияние глубины погружения труб в корку, перепада давления, а также содержания утяжелителя, ингибирующих, смазочных и других добавок.

Статическое трение (покоя) и кинематическое трение (движения) стали по корке в отличие от предшествующих работ оценивались нами по диаграммам напряжений сдвига корки. Значение трения покоя соответствует величинам предельного статического напряжения сдвига структуры исследуемого слоя корки Рт, а трение движения — напряжению сдвига, возникающему после хрупкого разрушения структуры Рп. Оба случая трения покоя и движения характеризуют прочность структур и развитие внутреннего трения в тиксотропном вязкопластичном теле. Этим трение стали по корке отличается от известных в технике механизмов сухого, граничного и других видов трения. Фрикционные свойства фильтрационных корок измеряли с помощью прибора на рис. 12 в соответствии с ранее изложенной методикой.

На рис. 29 приведена зависимость условного коэффициента трения покоя Рп от перепада давления. Как и следовало ожидать, для фрикционных свойств оправдывается ранее установленная
нами закономерность — рост условного коэффициента трения по мере увеличения перепада давления приблизительно до 30— 40 кгс/см2, после чего дальнейшее увеличение трения замедляется.

Увеличение содержания дружковского глинопорошка в суспензии от 10 до 30% способствует росту коэффициента трения покоя от 0,109 до 0,15. Коэффициент М увеличивается при введении в суспензию первых 40—70% барита, что соответствует плотности растворов 1,6—2,0 г/см3. Дальнейшие добавки барита уже не вызывают сколько-нибудь значительного усиления фрикционных свойств, но приводят к образованию более толстых корок, т. е. к увеличению площади контакта, а следовательно, и фрикционных сопротивлений.

Связь фрикционных показателей с прочностью структуры корки отражается также на зависимости коэффициента трения от длительности контактирования стали с коркой. В соответствии с этим коэффициент трения наиболее интенсивно (в 2—3 раза) возрастает: в первые 40—90 мин контакта; далее упрочненне уже не столь значительно.

Подобная зависимость между прочностью структуры корки и фрикционными свойствами проявляется и по мере погружения стального измерительного элемента в корку. Фрикционные сопротивления разных слоев корки изменяются с той же закономерностью, что и прочность их структур (рис. 30).

Сначала наблюдается сравнительно небольшое увеличение коэффициента трения и лишь при достаточном уплотнении корки в нижней ее части величина коэффициента трения возрастает в 2 —3 раза.

С этими результатами согласуются послойные измерения влажности корок, проведенные нами для фильтрационных корок 20%-ной суспензии дружковского глинопорошка.

Из рис. 30 видно, что по мере повышения влажности фильтрационной корки условный коэффициент трения покоя уменьшается примерно в 5 раз. При углублении в корку и снижении ее влажности коэффициенты трения возрастают соответственно повышению предельного статического напряжения сдвига.

Увлажнение корок вызывает снижение сил трения и объясняет механизм действия водных ванн, применяемых для ликвидации прихватов бурильного инструмента. Водные ванны, помимо снижения перепада давления, увлажняют поверхности контактов и обусловливают снижение фрикционного сопротивления и сил адгезии. Однако эффективность этого способа ликвидации прихватов невелика, поскольку он не обеспечивает равномерного проникновения воды в зону контакта и необходимого повышения влажности корки.

Для уменьшения трения применимы те же средства и методы, что и для снижения прочности структур корок на сдвиг и отрыв. На рис. 31 приведены кривые, характеризующие сравнительно

слабое действие графита, оксиэтилируемых добавок (ОП-10, суль-фонола НП-2) и сравнительно более сильный антифрикционный эффект нефти, смада и комбинаций смада с графитом, снижающих коэффициент трения стали по корке до 0,02, т. е. в 7—10 раз.

Таким образом, принятые в практике бурения пределы коэффициентов трения стали по корке, равные 0,17—0,28, должны быть значительно расширены от 0,02 до 0,6 для корок из утяжеленных буровых растворов, поскольку их величина зависит от содержания твердой фазы, леофилизации глинистых частиц защитными реагентами, фильтрационного уплотнения перепадом давления, послойной структурной неоднородности корок и ряда других факторов. Эти данные могут быть использованы при оценке сил сопротивлений движению бурильного инструмента по глинистой корке при бурении наклонных и горизонтальных скважин.