7.4. Определение вязкости (касательных напряжений) промывочных жидкостей.
Принимая за критерий вязкости ньютоновской жидкости (см. разд. 7.1) касательные напряжения
определим кажущую вязкость (при 0 = 1 м/с и r = 1м) для применяемых в буровой практике вискозиметров.
В настоящее время вязкость промывочной жидкости чаще всего определяют на вискозиметрах ВСН-3, СПВ-5.
При определении вязкости на ротационном вискозиметре ВСН-3 скорость вращения цилиндра, равная 1 м/с достигается при
где d = 0,032 м – диаметр цилиндра.
Ширина зазора между цилиндрами у вискозиметра равна d = 0,001 м. Следовательно,
Таким
образом, кажущая вязкость ньютоновской
жидкости
,
определяемую на вискозиметре ВСН-3,
составляет тысячную долю касательных
напряжений
Для бингамовских жидкостей вязкость определяют по формуле
Если известны значения пластической () и динамической вязкости(0), то вязкость раствора можно выразить формулой
(7.52)
а кажущую вязкость при = 1 м/с и d = 1 м
(7.53)
Экспериментальные исследования [17] подтверждают справедливость формулы (табл. 7.4).
Таблица 7.4
Значения вязкости различных буровых растворов
Вязкость |
Значения вязкости. |
|||||||
Динамическая, мПа Пластическая, мПа·с Кажущая, мПа·с, |
6 7 13 |
10 12 22 |
9,5 13 22,5 |
8,5 14 22,5 |
4,5 13 17,5 |
9 10 19 |
11,5 14,0 25,5 |
11 18 29 |
7.5. Влияние прочности структуры и вязкости промывочных жидкостей на процесс бурения
Структура и вязкость промывочных, жидкостей имеют ряд факторов, отрицательно влияющих на процесс бурения. Рассмотрим некоторые из них.
1. Повышение прочности структуры растворов осуществляется чаще всего за счет повышения концентрации глины, что ведёт к повышению плотности промывочной жидкости, повышению её гидростатического и динамического давления на забое скважины, а значит, реактивной силы её струи, и резкому снижению механической скорости бурения. Путём обработки большого количества промысловых данных методами математической статистики Р.В. Валиев и др. [13] установили, что с увеличением плотности бурового раствора и его гидростатического давления механическая скорость гиперболически снижается:
(7.60)
где 0 - механическая скорость бурения, ρ - плотность промывочной жидкости, n – показатель степени равный n=2 –3 .
Повышение прочности структуры и вязкости раствора ведет к повышению гидростатического сопротивления и разгрузке бурового снаряда, что так же снижает механическую скорость бурения. Зависимость снижения механической скорости бурения от повышения вязкости раствора менее существенна:
(7.61)
где С0 - постоянная для данной жидкости величина; τ - вязкость раствора.
2. Повышение плотности структуры и вязкости промывочных растворов вызывает необходимость дополнительного расхода энергии на вращение бурового снаряда.
3. Высокая прочность структуры и вязкость промывочных жидкостей затрудняет их очистку от шлама, повышает содержание абразивного шлама в растворе, что ведет к более интенсивному износу бурового снаряда.
4. Спускоподъемные операции при бурении высокоструктурированными растворами осложняются, создаются антисанитарные условия.
Все это заставляет искать более эффективные промывочные жидкости.
Выбор промывочной жидкости с оптимальной прочностью структуры требует четкой информации о состоянии стенок скважин, их устойчивости, поэтому на буровой следует вести постоянный контроль за состоянием стенок скважин. Для этого необходимо иметь скважинную аппаратуру для замера прочности стенок скважин, определения степени трещиноватости горных пород, химического .состава подземных вод и т.д. Только четкая информация позволит грамотно подбирать промывочные жидкости с нужными свойствами и своевременно устранять осложнения.