6.2.3. Расход промывочной жидкости

Очистка ствола скважины от выбуренной породы осуществляется постоянно циркулирующим буровым раствором. С увеличением расхода промывочной жидкости механическая скорость бурения растет почти прямолинейно.

П

Рис.26 Величина механической Рис. 27 Механическая

скорости в зависимости от скорость в зависимости от

расхода промывочной жидкости сопротивления горных

пород разрушению при

различных расходах

ри достижении достаточного расхода Q_д механическая скорость еще может расти, но медленно (рис. 26 от точки 1 до точки 2). Причины следующие: более качественная очистка забоя и долота, уменьшение содержания шлама в промывочной жидкости, лучшее охлаждение долота, уменьшение плотности раствора, а следовательно, и снижение давления на забой. А далее при росте Q возрастают гидравлические потери на преодоление сопротивлений движению промывочной жидкости по кольцевому пространству, увеличивается общее давление на забой и, как следствие, уменьшается механическая скорость бурения

При бурении скважин гидравлическими забойными двигателями расход жидкости определяет их рабочую характеристику, что сказывается на изменении механической скорости, особенно при Q  Q_д. При бурении гидромониторным долотом с гидравлическими забойными двигателями существенное повышение расхода при установленной гидравлической мощности насосов приводит к снижению перепада давления на насадках и забойных двигателях и уменьшению их мощности и скорости истечения из насадок. Поэтому расход жидкости должен быть ограничен величиной Q_д.

На рис.27 показана зависимость от величины Q и нагрузки на долото Р_о. Можно отметить три области.

I область : Q = Q_д, . В этой области степень х  1. Это соответствует совершенной очистке забоя.

II область: Q = Q_д, , 1 х  0 - не совершенная очистка.

III область Q  Q_д, , х  0 -неудовлетворительная очистка.

На этом графике Q₁  QQ₃ .

Следует отметить, что при больших частотах вращения долота существенно изменяется и Q_д.

На основании этого можно сделать вывод, что наибольшим резервом повышения механической скорости является не безмерное увеличение расхода бурового раствора, совершенствование систем промывки долота.

6.2.4. Влияние состава и свойств промывочной жидкости на эффективность работы долота

О дним из факторов, существенно влияющих на механическую скорость бурения, являются параметры бурового раствора, такие как плотность, содержание твердой фазы, водоотдача, вязкость.

При изменении плотности  от 1 до 2,4 г/см³, механическая скорость бурения при прочих равных условиях снижается от 10 до 100%. Наибольшая механическая скорость может быть получена при бурении с продувкой воздухом или промывкой аэрированной жидкостью.

Влияние плотности на (особенно в области

о

Рис.28. Зависимость механической скорости бурения от плотности промывочной жидкости

бъемного разрушения) объясняется ростом перепада давления между скважиной и разбуриваемым пластом. При истирании породы это влияние незначительно. С понижением плотности проявляется эффект неравномерного всестороннего сжатия.

С ростом плотности для получения объемного разрушения необходимо повышать осевые нагрузки и наоборот (воздух, аэрированная жидкость).

Особенно резко падает механическая скорость проходки при увеличении разности между давлением промывочной жидкости и поровым давлением до 7-10 МПа. Отсюда следует вывод, что при бурении необходимо стремиться к поддержанию равновесия между поровым давлением в разбуриваемой породе и давлением столба промывочной жидкости путем регулировки ее плотности.

П ри бурении с промывкой водой, нефтью уменьшается с ростом вязкости, т.к. в слое жидкости, непосредственно примыкающем к поверхности забоя, жидкость движется ламинарно. А уменьшение скорости затрудняет удаление с забоя частиц.

П

Рис.29 Зависимость механической скорости бурения от содержания твердой фазы в буровом растворе

ри наличии в буровом растворе твердой фазы проходка также снижается с ее увеличением, т.к. на поверхности забоя образуется фильтрационная корка из частиц твердой фазы. Такая корка резко уменьшает

Рис. 30. Зависимость механической скорости бурения от вязкости промывочной жидкости.

ф ильтрацию жидкой фазы из раствора в микротрещиныМеханическая скорость проходки снижается с уменьшением водоотдачи. Это объясняется тем, что образуется более прочная корка, затрудняющая удаление обломков, а также снижением скорости проникновения фильтрата в микротрещины породы и замедляется темп выравнивания давлений.

Ч

Рис.31. Зависимость механической скорости бурения от водоотдачи промывочной жидкости

ем выше проницаемость пород и больше водоотдача (фильтрация), меньше вязкость фильтрата, ниже частота вращения, больше продолжительность контакта, тем слабее влияние плотности раствора, т.к. давление на забое и глубине выкола успевает выравниваться. С увеличением предельного динамического напряжения сдвига или плотности промывочной жидкости при неизменной скорости промывки возрастают гидравлические сопротивления в циркуляционной системе и давление, которое должны создавать буровые насосы, а

следовательно, гидравлическая мощность на промывку скважины (при смене воды на глинистый раствор приходится уменьшать Q, что часто ведет к снижению ).