1.3.1 Гідродинамічні функції

Всі технологічні функції промивальних рідин, які виконуються потоком рідини у свердловині, називаються гідродинамічними. Ці функції обумовлені властивостями рідини у потоці. До таких властивостей належить в’язкість і реологічні показники промивальних рідин.

Вилучення вибурених частинок гірських порід із свердловини. Реалізація у повній мірі цієї функції запобігає уникнути наступних негативних явищ:

– зменшення механічної швидкості буріння;

– прихоплення бурильної колони;

– погіршення якості промивальної рідини.

В основі способу реалізації гідродинамічних функцій покладено процес циркуляції розчину по трубах і по затрубному просторі, а також процес очищення розчину від вибуреної породи на денній поверхні за допомогою устаткування блоку очищення. Частинки із вибою вилучаються струменем промивальної рідини, яка виходить із отворів долота. Ці частинки гірської породи підхоплюються струменем, як з поверхні вибою, так і з робочої поверхні долота. Швидкість вилучення породи збільшується із ростом витрати промивальної рідини на одиницю часу. На жаль, збільшення витрати промивальної рідини обмежено в першу чергу тиском, що виникає під час прокачування. З ростом тиску циркуляції збільшується ймовірність поглинань. Швидкість вилучення частинок гірської породи зростає при наближенні до вибою струменя рідини, який виходить із промивальних отворів. Умови промивання вибою свердловини в значній мірі залежать від в’язкості розчину. При великій в’язкості швидкість падіння частинок зменшується, але велика в’язкість рідини збільшує опір струменя рідини із отвору долота і очищення вибою погіршується. Умови вилучення частинок залежать і від їх форми, яка в свою чергу залежить від багатьох факторів, що не регулюються.

Перенесення енергії від насосів до вибійних двигунів. Під час прокачування промивальної рідини буровими насосами затрачується енергія, яка в основному перетворюється у кінетичну енергію потоку промивальної рідини, що надходить у свердловину. Частина цієї енергії витрачається на обертання лопаток турбобура, який і обертає породоруйнуючий інструмент. Потужність турбобура, який забезпечує руйнування гірських порід, збільшується із зростанням витрати рідини. Але на витрати, як зазначалось раніше, є певні обмеження, пов’язані із зростанням тиску при прокачуванні.

Зменшення гідравлічних опорів залежить від зниження в’язкості. Тому найважливішою умовою реалізації цієї функції є зменшення в’язкості промивальних рідин, які застосовуються для буріння свердловин.

Сприяння руйнуванню гірської породи на вибої (гідромоніторний ефект). Міцність гірських порід змінюється в широких межах - від м’яких до дуже міцних. Більшість із гірських порід, які розбурюються – це глини, пісковики, карбонатні породи, які втрачають міцність під дією промивальної рідини. Цю властивість застосовують, коли використовують спеціальні гідромоніторні долота з насадками, із яких струмінь промивальної рідини виходить із швидкістю понад 80 м/с. Удар струменя об вибій свердловини утворює додаткове руйнування породи, збільшуючи швидкість буріння. Власне, збільшення механічної швидкості буріння, і є основною метою цієї функції. Гідромоніторний ефект збільшується із витратами промивальної рідини, на які є обмеження із-за геологічних умов буріння.

Відвід тепла від долота під час руйнування гірських порід. Руйнування гірських порід відбувається з виділенням значної кількості тепла, яке здатне нагріти долото до високої температури, при якій воно може втратити свої властивості і здатність руйнувати гірську породу. Працездатність доліт зберігається під час прокачування промивальної рідини через отвори при безперервній заміні рідини, яка контактує із породоруйнівним інструментом. Тепло від доліт відводиться дуже швидко із-за високої теплоємності бурових розчинів навіть при їх мінімальній витраті.