книги из ГПНТБ / Промывка при бурении, креплении и цементировании скважин

и

рильных трубах и в кольцевом пространстве за ними.

Так как диаметр первой скважины равен диаметру долота £>д,

то, очевидно,

Если принять в первом приближении dB= dH, то получим

LL-р

(IV.63)

2

Следовательно, уравнение (IV.58) можно записать следующим образом:

— — ■=( Ь„ + q T3bx)(feg— 1)4

(IV.64)

2

В табл. 12 приведены значения обратной величины знамена­ теля второго члена уравнения (IV.64) для имеющих место на прак­ тике значений отношения DR/dn. Из этой таблицы видно, что при

5* 131

можно пренебречь; а так как /г<>1, то тем более можно пренебречь последним членом уравнения (ІѴ.64). В результате получим

основном увеличением потерь давления в манифольде и в буриль­ ном инструменте в результате повышения Q с целью поддержания той же самой скорости восходящего потока промывочной жидко­ сти в кольцевом пространстве уширенного ствола скважины.

Таким образом, помимо всех прочих общеизвестных трудностей, которые обусловливает кавернообразование, оно зачастую снижает эффективность загрузки насосов, гидравлическая энергия которых затрачивается в основном на преодоление.сопротивлений в буриль­

в гидромониторных долотах для повышения эффективности бу­ рения.

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПРОМЫВКИ СКВАЖИН

Поскольку от качества промывки скважины зависит не только темп бурения, но и успех ее проводки в целом, вопросам промыв­ ки скважин должно уделяться самое серьезное внимание.

Увеличение мощности насосов, повышение значений р0 до 400— 500 кгс/см2 откроет широкие возможности дальнейшего внедрения в практику гидромониторных долот.

132

Необходимо повысить работоспособность вертлюгов при высо­ ких давлениях и обеспечить буровые установки шлангами соответ­ ствующей прочности и долговечности."

Одним из больших резервов повышения скорости бурения яв­ ляется разработка мощных насосов с широкими пределами регу­ лирования их производительности. Последнее может быть достиг­ нуто путем увеличения ассортимента цилиндровых втулок и порш­

ней к ним при увеличенном наборе быстросменных шкивов на электродвигателях.

В практике бурения часто расход жидкости регулируется путем включения в работу насосов с различными цилиндровыми втулка­ ми. а в ряде случаев даже в одном насосе устанавливают втулки разных диаметров. Иногда расход регулируется путем извлечения из насосов клапанов. Однако все перечисленные методы управле­ ния расходом не отвечают требованиям рациональной загрузки на­ сосов. В этих случаях искусственно занижается величина р0 Для насосной установки в целом, поскольку она определяется допусти­ мым давлением того насоса, у которого величина Ро наименьшая. Необходимо использовать более рациональные способы регулиро­ вания расхода насосных установок.

До настоящего времени величина расхода промывочной жидко­ сти выбирается в основном интуитивно, а не на основании расче­ тов, в то время как величина Q должна определяться с учетом ряда факторов, рассмотренных выше. Согласно геолого-техниче­ ским нарядам, интервалы бурения с заданной величиной расхода Q исчисляются сотнями метров и обычно без указания режимов работы насосов.

Поскольку эффективность загрузки насосов связана с величиной гидравлических сопротивлений в циркуляционной системе буровой, то весьма серьезным является вопрос о снижении этих сопротив­ лений. Необходимо стремиться к доставке на забой максимальной гидравлической мощности и к ее полной и рациональной реали­ зации.

Увеличение ассортимента выпускаемых бурильных труб по диа­ метру, изменение конфигурации замковых соединений и концов бурильных труб для снижения местных сопротивлений явля­ ются крупным резервом повышения эффективности работы на­ сосов

Применение бурильных труб оптимальных диаметров должно значительно снизить гидравлические сопротивления и способство­ вать успешному поддержанию стволов глубоких скважин в чистом состоянии [21, 58, 61].

Для борьбы с уширением ствола скважины, оказывающим от­ рицательное влияние на условия его промывки, следует применять стабилизаторы, предотвращающие поперечные вибрации долота. Эти стабилизаторы способствуют также улучшению показателей работы долот [18].

133

Г Л А В А V

УЛУЧШЕНИЕ ОЧИСТКИ ПРОМЫВОЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ НА ВИБРАЦИОННЫХ СИТАХ

АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ОЧИСТКИ ГЛИНИСТЫХ РАСТВОРОВ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН

В ОБЪЕДИНЕНИИ ГРОЗНЕФТЬ

При бурении ряда скважин на площадях Хаян-Корт, Старые промысла и Гойт-Корт были проведены наблюдения за очисткой глинистых растворов от выбуренной породы на виброситах, в же­ лобах и приемных емкостях насосов. Одновременно замерялись параметры глинистых растворов и велись наблюдения за движе­ нием этих растворов в приемных емкостях.

Раствор отбирался у устья скважины, из желоба (в разных ме­ стах его) и после вибросит. Каждая порция раствора (обычно объемом 40—50 л) пропускалась через сетку с ячейками 1 мм2; оставшийся на сетке шлам промывался и просушивался. Теорети­ ческая концентрация шлама в растворе Хт определялась путем де­ ления объема выбуренной в единицу времени породы на теорети­ ческую производительность насосов.

Из табл. 13 видно, что фактическая концентрация шлама в рас­ творе до сита Хф очень низкая и составляет лишь десятые (и даже сотые) доли процента; коэффициент использования подъемной си­ лы струи очень мал. Характерным является также большое рас­ хождение между значениями Хт и Хф, причем всегда Хт>Хф. Наи­ большая разница соответствует роторному бурению в результате интенсивной диспергации породы в растворе (большая часть шла­ ма имела размер менее 1 мм и не улавливалась). Особенно на­ глядно виден эффект диспергации при проработке скв. 43 ГойтКорт после обвала пород сарматских отложений. Увеличение подачи раствора при пуске третьего насоса способствовало неко­ торому увеличению Хф, что, вероятно, можно объяснить размывом

135

* Отбор шлама пелся в процессе утяжеления раствора.

стенок скважины и уменьшением времени диспергации (в резуль­ тате ускорения выноса частиц).

Среднее значение отношения Хт/Хф (без учета значений, отме­ ченных в табл. 13 звездочкой) для роторного бурения равно 3,7

идля турбинного— 1,88.

Оналичии в растворе огромного количества мелкой фракции шлама, которая не задерживается на ситах, свидетельствует сопо­

ставление концентрации шлама у устья скважины Xti) и после сит Xf.. Эти величины близки друг к другу, а иногда и равны, т. е. шлам почти весь проходит через сита.

На рис. 33 представлены совокупные кривые фракционного со­ става шлама до сит, с сит и после них при турбинном и роторном способах бурения (всего было построено 39 кривых распределения, а представленные кривые — усредненные). Эти кривые показывают, что через вибрационные сита с нестандартными самодельными сет­ ками проходит до 90% частиц размером менее 3 мм, составляющих 70—75% массы всего шлама. В некоторых случаях проходят пло­ ские частицы размером 7—10 мм.

При наличиии осыпей горных пород частицы породы быстро заполняют желоба и сита. Шлам на сетках слипается и без посто­

136

ронней помощи с них не удаляется. При этом сетки перегружа­ ются, а вибрация гасится большой массой шлама. В таких случаях происходит разрушение нижних кусочков породы с последующим прохождением их через сетку. Механическое удаление шлама с сит способствует также частичному засорению сеток, ведет к поте­ рям раствора. Таким обра­

емкостях насосов. Для этого необходимо, чтобы статическое на­ пряжение сдвига раствора Ѳ было минимальным, а разность удель­ ных весов частицы и раствора—максимальной. Максимальные диа­ метры нетонущей частицы d4n, определенные по формуле, предло­ женной в работе [96], представлены в табл. 13. Как видно, эти диа­ метры больше размеров частиц, проходящих через сито, а следо­ вательно, шлам, попавший в емкость, осаждаться не будет. Для осаждения указанных частиц в приемных емкостях необходимо, чтобы при значениях удельного веса раствора в пределах 1,35— 1,8 гс/см3 он имел статическое напряжение сдвига от 5 до 2 мгс/см2. Расчетные данные показывают, что при рассматриваемых значе­ ниях удельного веса раствора и при малых значениях статического напряжения сдвига выпадают лишь частицы размером более 2 мм, составляющие около 25% всего шлама, попавшего в емкость.

Для определения максимального удерживаемого размера ча­ стицы произвольной формы в покоящемся глинистом растворе вос­ пользуемся выражением (11.19), подставив в него Ѳ вместо т0. прі в результате получим

137

Если учесть, что в покоящейся жидкости частицы стремятся за­ нять такое положение, чтобы плоскость максимального миделева

будет равен 8,1. Аналогичная формула, но для сферической части­ цы, получена Р. И. Шищенко [96], у которого числитель равен 6,0. Следовательно, максимальный диаметр нетонущего диска при прочих равных условиях больше величины d4Uдля сферы.

Однако опыты, проведенные Р. И. Шищенко, показали расхож­ дение между расчетными и фактическими значениями d4U. На осно­ вании экспериментов в работе [96]

значение 6 для районов ЧИАССР равно примерно 0,65. С уче­ том этого были проведены расчеты по формуле (Ѵ.4), кото­ рые показали, что расчетный нетонущий размер частиц d4n следует увеличивать в среднем в 1,9 раза. Следовательно, при применяе­ мых параметрах раствора отстойники у насосов не выполняют одну из своих основных функций. Картина осложняется еще тем,

138

что часто после длительных простоев буровых при восстановлении циркуляции раствор проходит через приемные емкости «языком».

Учитывая вышесказанное, можно сделать вывод о том, что очистка глинистых растворов в ряде случаев далека от совершен­ ной. Наиболее слабым местом из всех звеньев очистных приспо­ соблений на буровых являются вибрационные сита, особенно осна­ щенные нестандартными сетками. Для повышения качества очистки

Рис. 35. Номограмма для установления предельного значения СНС, обеспечивающего удержание частиц породы во взвешенном состоянии. Приведен пример:

Ѵж=1,55 гс/см3; Дч п =!,5 см; 6 = 0,4; Ѳ=27,о мгс/см2.

раствора надо увеличить скорость перемещения частиц шлама по сетке, что значительно сократит случаи проникновения их через вибрационные сита, а следовательно, повысит степень очистки раствора.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ АМПЛИТУДЫ И ЧАСТОТЫ КОЛЕБАНИЙ РАМЫ ВИБРОСИТА

При вращении эксцентричного вала массой т с угловой ско­ ростью (о на раму вибросита действует центробежная сила вели­ чиной

139

где ац — величина нормального ускорения центра тяжести вала; h — эксцентриситет вала.

Колебания рамы вибросита являются гармоническими и описы­

и вдоль оси у.

Применяемые ныне па виброситах рессоры в участках крепле­ ния к раме имеют спиральную форму. Это позволяет считать, что жесткости их по осям примерно равны и, следовательно, Лѵ=

=ЛУ= Л.

Врезультате действия силы Fn установятся вынужденные ко­ лебания. Если рассматривать их вдоль оси у, то согласно (77]

эксцентриситету вала. Больше всего амплитуда колебаний зависит

Р 2 J

140