- •Оглавление:
- •Введение
- •1.Промывочная жидкость - одно из средств для бурения скважин
- •2. Гидродинамические функции
- •2.1.Вынос выбуренной породы из скважины
- •2.2.Перенос энергии от насосов к забойным двигателям – турбобурам
- •2.3.Размыв породы на забое скважины (гидромониторный эффект)
- •2.4.Охлаждение долота в процессе бурения
- •3. Гидростатические функции
- •3.1.Создание гидростатического равновесия в системе ствол скважины – пласт
- •3.2.Уменьшение нагрузки на талевую систему
- •4. Функции коркообразования
- •4.1.Уменьшение проницаемости пористых стенок скважины
- •4.2.Сохранение или усиление связности слабосцементированных пород
- •4.3.Уменьшение трения бурильных и обсадных труб о стенки скважины
- •5. Физико-химические свойства
- •5.1.Сохранение связности пород, образующих стенки скважины
- •5.2.Предохранение бурового оборудования от коррозии и абразивного износа
- •5.3.Сохранение проницаемости продуктивных горизонтов при их вскрытии
- •5.4.Сохранение необходимых технологических характеристик промывочной жидкости в процессе бурения скважины
- •5.5.Улучшение буримости твердых пород
- •Заключение
- •Список использованной литературы
2. Гидродинамические функции
Общим для всех промывочных жидкостей является их агрегатное состояние. Наиболее характерным свойством жидкостей является их способность течь. Свойства текущих жидкостей называются гидродинамическими. Отсюда все технологические функции промывочной жидкости, выполнение которых осуществляется потоком жидкости в скважине, также именуются гидродинамическими.
2.1.Вынос выбуренной породы из скважины
В процессе бурения на забое скапливаются частицы выбуренной породы. Если их своевременно не удалить, бурение прекратится. Но даже небольшое количество частиц выбуренной породы, оставшееся на забое скважины, снижает скорость бурения. Это объясняется тем, что энергия долота затрачивается не только на разрушение породы и образование ствола скважины, но и на дополнительное измельчение уже выбуренных частиц породы. Чем быстрее удаляется с забоя выбуренная порода, тем меньше непроизводительный расход энергии, тем выше механическая скорость бурения.
Значительную опасность представляет накопление выбуренной породы в затрубном пространстве скважины, куда она доставляется потоком промывочной жидкости с забоя. Просвет между бурильными трубами и стенками скважины при этом уменьшается, что вызывает опасность прихвата (заклинивания) труб. Измельчение выбуренной породы долотом ведет к накоплению в промывочной жидкости избыточного количества мелких твердых частиц, в связи с чем уменьшается подвижность жидкости, следовательно, ухудшается ее качество. Частицы некоторых пород, в основном глинистых, обладают способностью самостоятельно распадаться в промывочной жидкости, даже без измельчения долотом. Удаление таких пород из жидкости позволяет сохранить ее необходимые свойства.
В некоторых породах находятся соли, растворимые в промывочной жидкости. Растворяясь, они взаимодействуют с некоторыми составными частями промывочной жидкости и ухудшают ее способность осуществлять необходимые функции. Количество солей, переходящих в промывочную жидкость, тем выше, чем сильнее измельчается порода на забое и чем дольше она находится в промывочной жидкости.
Таким образом, целью рассматриваемой функции промывочной жидкости является предотвращение ряда нежелательных явлений: уменьшение механической скорости бурения, прихват бурильных труб и ухудшение качества промывочной жидкости. Для достижения этой цели промывочную жидкость прокачивают через скважину по трубам, а от выбуренной породы жидкость очищают на дневной поверхности, при этом ее пропускают через специальные очистные сооружения. Эти две операции лежат в основе способа осуществления данной функции.
Частицы с забоя удаляются струей промывочной жидкости, выходящей из отверстий в породоразрушающем инструменте — долоте. Частицы выбуренной породы захватываются струей как непосредственно с забоя, так и с рабочей поверхности долота. Скорость удаления частиц породы возрастает с увеличением расхода промывочной жидкости в единицу времени. Однако повышение расхода ограничено в первую очередь давлением, возникающим при прокачивании. С ростом давления может нарушиться целостность не только шланга и труб, по которым жидкость подается в скважину, но и самих стенок скважины, сложенных породами различной прочности. Скорость удаления частиц породы тем выше, чем ближе к забою подводится струя промывочной жидкости, выходящей из отверстий долота. Использование долот со специальными насадками, подводящими струю почти к самому забою, обеспечивает улучшенную промывку забоя.
Условия промывки забоя скважины зависят не только от рассмотренных факторов, но и от свойств самой промывочной жидкости, особенно от ее вязкости. Чем выше вязкость, тем больше сопротивление струе жидкости, выходящей из отверстий долота, и тем меньшая часть энергии струи будет доходить до забоя.
Далее промывочная жидкость вместе с частицами выбуренной породы движется в пространстве между бурильными трубами и стенками скважины. Жидкость при этом движется вверх, а частицы породы под действием силы тяжести — вниз. Достаточно полное удаление этих частиц обеспечивается при условии, если скорость падения частиц значительно меньше, чем скорость подъема жидкости. В условиях скважины этот процесс очень сложный. Скорость подъема жидкости неодинакова по сечению затрубного пространства — она наибольшая в середине потока и резко уменьшается при приближении к стенкам скважины или поверхности бурильных труб. Поэтому для достижения достаточно полного выноса породы необходимо иметь высокую скорость подъема не только в середине потока. Ограничена эта скорость, как указывалось выше, давлением жидкости при прокачивании.
При большей вязкости жидкости скорость падения частиц уменьшается. Однако увеличение вязкости ухудшает условия промывки забоя. Поэтому вязкость жидкости должна быть не большой и не малой, а оптимальной (наиболее выгодной).
Скорость падения частиц зависит и от разности удельных весов материала частиц и промывочной жидкости. Чем эта разность меньше, тем меньше и скорость падения. Если разность равна нулю, частицы останутся взвешенными в промывочной жидкости. Но удельный вес материала частиц может быть равен или выше 2,5 гс/см3. Приготовление и применение промывочной жидкости такого высокого и даже меньшего удельного веса по ряду причин, которые будут рассмотрены далее, очень затруднительно. Поэтому для улучшения промывки скважины удельный вес промывочной жидкости повышают только при поступлении в жидкость большого количества частиц породы (например, при обвалах стенок скважины).
Условия выноса частиц породы зависят и от их формы. Так, частицы плоской формы падают в жидкости медленнее, чем шарообразные. Однако форма частиц зависит от многих условий и не регулируется.
На условия выноса частиц существенно влияет способ бурения скважины. При роторном бурении вращается вся колонна бурильных труб, а при турбинном она может быть и неподвижной. Вращение колонны передается и жидкости, которая в этом случае поднимается по спирали, что улучшает вынос частиц породы, особенно для участков жидкости, приближающихся к стенкам скважины. Поэтому полнота очистки ствола скважины от выбуренных частиц при роторном бурении выше, чем при турбинном.
Таким образом, скорость выноса частиц выбуренной породы увеличивается с уменьшением размера частиц и разности между удельными весами породы и жидкости, увеличением скорости подъема жидкости. Предложены уравнения, с помощью которых можно рассчитать необходимую для конкретных условий скорость подъема жидкости. Но на практике ввиду сложности подобных расчетов удельный вес жидкости и производительность насосов определяют опытным путем, ориентируясь на скорость бурения скважины. При недостаточной скорости промывки, определяемой производительностью насосов, скорость бурения соответственно снижается, а недостаточная выносящая способность промывочной жидкости проявляется в накоплении в стволе скважины большого количества частиц выбуренной породы, что вызывает задержки при движении бурильной колонны.
Вышедшая на дневную поверхность промывочная жидкость с помощью ряда очистных устройств освобождается от частиц выбуренной породы.