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

§ 12. СОПРОТИВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЮ БУРИЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА ПО ФИЛЬТРАЦИОННОЙ КОРКЕ

Исследования фрикционных и адгезионных свойств корок позволили сделать вывод, что основной причиной, затрудняющей движение бурильного инструмента, контактирующего с фильтрационной коркой, является прочность структур, возникающих в ней как при сдвиге, так и при нормальном отрыве.

Лишь после приложения усилий, достаточных для ее упругопластичной деформации и хрупкого разрушения, бурильные трубы получают возможность дальнейшего перемещения.

Поскольку возникающие напряжения сдвига локализованы внутри структуры корки, за пределами поверхности контакта, то и возникающие при этом усилия не могут рассматриваться как силы внешнего трения. Для удобства расчетов сопротивлений движению могут быть использованы представления о коэффициентах трения. Ранее было показано, что при оценке влияния фильтрационной корки на сопротивления, возникающие при движении бурильного инструмента, основным критерием является ее предельное статическое напряжение сдвига.

В табл. 17 приведены данные

о механических, адгезионных и фрикционных свойствах корок буровых растворов в зависимости от их состава, действующего перепада давления и глубины измеряемого слоя корки. На основании данных табл. 17 могут быть рассчитаны силы сопротивления движению колонны бурильных или обсадных труб по фильтрационной корке при условии, что известна величина площади контактирования с глинистой коркой.

Имеются разные подходы к решению задачи об определении площади контакта инструмента с фильтрационной коркой. Так, одни исследователи считают возможным не учитывать площади контактирования инструмента с коркой или стенкой скважины, относя измеряемые силы сопротивления к линейному контакту — длине прихваченной части колонны 180, 81 I, другие весьма условно принимают площадь контактирования равной 0,3 полу-диаметра бурильной колонны [46, 71 J.

В некоторых случаях сопротивление перемещению инструмента по корке относят к единице площади или ко всей площади прихваченной части труб [72], не учитывая при этом, что часть глинистой корки выдавливается в зазор между трубой и стенкой скважины. Как видно из рис. 41, это существенно увеличивает площадь контактирования. Выдавленная корка является прослойкой, изолирующей зону контакта инструмента со стенкой скважины от действия гидростатического давления, и увеличивает величину площади, на которую действует прижимающее усилие перепада давления. Последнее, как известно, может привести к росту усилий, необходимых для приведения в движение прихваченного инструмента, в 2—3 раза и более.

 

При определении усилий отрыва (адгезии) или трения движе­ния вместо предельного статического напряжения сдвига Р,„ в уравнение (78) следует подставить величины усилия отрыва А или же величины напряжений сдвига Р_п, возникающих на стадии разрушенной структуры корки, характеризующей трение движе­ния. Значение Р_п может быть получено также из диаграмм на­пряжений сдвига структур корок.

Расчеты показывают, что при погружении труб диаметром 141 мм в наиболее прочные слои корки, например, на глубину 5 мм при общей толщине корки 5,5 мм, увеличение поверхности, покрываемой выдавленной коркой, возрастает в 1,9 раза. У корок толщиной 10 мм при вдавливании инструмента на глубину 9,5 мм площадь контакта увеличивается в 3,4 раза. В случае использо­вания утяжеленных бурильных труб диаметром 146 мм площадь контакта каждого метра прихваченных труб в скважине диамет­ром 190 мм может составить 0,12—0,25 м². При перепаде давления 30 кгс/см² усилия сдвига труб по 10-мм корке бурового раствора, обработанного УЩР, могут достигать 8,7 тс/м², а в случае контакта с коркой утяжеленного раствора — 10,4 тс/м² площади контактирования.

Силы сопротивления движению бурильных труб по фильтрационной корке в скважине диаметром 190 мм

В табл. 18 приведен типичный пример расчета сил сопротивления движению труб различных размеров по глинистой корке бурового раствора, обработанного УЩР. Из этой таблицы следует вывод о влиянии толщины корки на усилие прихвата: с увеличением толщины корки почти вдвое (от 5 до 9,5 мм) сопротивление движению инструмента возрастает всего лишь на 35%. Таким образом, в балансе сил, обусловливающих прихват, наибольшее значение имеют не столько толщина и липкость корок, сколько прочность их структур и прижимающее действие перепада давления, повышающее усилия сопротивления движению в 2—3 раза и более. Данные табл. 18 свидетельствуют о возможности возникновения прихватов при значительной длине контактирования инструмента с фильтрационной коркой (100—200 м и более) и вдавливании труб в глубинные слои корки.

Ранее указывалось, что усилия прихвата можно снизить при введении в буровой раствор смазочных добавок. Результаты, полученные при этом, приведены в табл. 19.


Таким образом, профилактическая обработка бурового раствора нефтью или смазочными добавками снижает прочность структуры корки и ее адгезию в 10 раз и более и, по существу, может ликвидировать или предупредить опасность прихвата, вызванного сопротивлением движению труб по фильтрационной корке бурового раствора.