Влияние параметров промывочной жидкости на изменение

                механической скорости бурения

Основные показатели свойств буровой промывочной жидкости (плотность, вязкость, показатель фильтрации, статическое напряжение сдвига, содержание твердой фазы) взаимосвязаны. Например, с увеличением концентрации твердой фазы в промывочной жидкости возрастает ее плотность, но одновременно снижается показатель фильтрации; обработка промывочной жидкости полимером для уменьшения показателя фильтрации вызывает рост вязкости жидкости и т.п. Нет ни одного химического соединения, вводимого в промывочную жидкость, который бы избирательно изменял лишь один ее параметр. Лишь путем комбинации химических реагентов возможно избирательно регулировать любой показатель промывочной жидкости при фиксированых остальных. По этой причине рассмотрим коротко степень влияния каждого показателя на эффективность разрушения горных пород и механическую скорость бурения. Качественные зависимости механической скорости бурения от показателей свойств промывочной жидкости приведены на рис. 27.

 Влияние плотности

О влиянии плотности промывочной жидкости на разрушение горных пород при бурении скважины было уже сказано выше. К сказанному добавим, что наибольшее изменение механической скорости бурения происходит при изменении плотности промы-вочной жидкости (на водной основе) от 1,0 до 1,4 г/см³. В зависимости от глубины скважины и механических свойств разбуриваемых горных пород величина V_м при указанном изменении плотности уменьшается в 2,0 - 2,5 раза, проходка на долото снижается до 3,5 раз. Приведенные цифры, характеризующие изменения механической скорости бурения и проходки на долото отличает как роторный, так и турбинный способы бурения.

Увеличение плотности бурового раствора повышает его подъемную способность.

 Влияние концентрации твердой фазы

  Показатели работы долот при росте концентрации дисперсной фазы (твердой фазы) в промывочной жидкости снижаются. Причем, влияние твердой фазы на показатели работы долот зависит от способа бурения: наиболее вредно на работу долот влияет твердая фаза при турбинном бурении (при увеличении концентрации твердой фазы до 10 % механи-ческая скорость V_м  снижается в два раза); при роторном способе бурения подобное снижение механической скорости происходит при росте концентрации твердой фазы от 10 до 30 %. Отметим следующее правило: уменьшение содержания твердой фазы в области высоких ее концентраций (например, с 24 до 20 %) приводит к существенно меньшему приросту механической скорости V_м, чем при снижении концентрации твердой фазы с 12 до 8 %. Эта тенденция усиливается по мере дальнейшего снижения содержания твердой фазы в растворе.

Природа воздействия твердой фазы бурового раствора на эффек-тивность разрушения горных пород связывается с ухудшением условий зарождения и распространения трещин, формирующих лунку выкола в горной породе забоя скважины.

Следует отметить и следующие замеченные при бурении скважин факты:

▪ разные материалы, составляющие твердую фазу промывочной жидкости, по-разному влияют на показатели бурения скважин. Например, при увеличении содержания твердой фазы (барит, буровой шлам, глина) на 1 % величина V_м   снижается на 2.6 %, 4.8 %, 6.7 %, соответственно (общее содержание твердой фазы 4 - 12 %). Эти цифры наглядно свидетельствуют о том, что в растворе необходимо иметь минимальную концентрацию глинистых частиц, тщательно контролировать их содержа-ние очисткой, разбавлением раствора, заменой его свежеприготовленным;

  ▪ помимо концентрации твердой фазы на величину механической скорости оказывает влияние и дисперсность дисперсной фазы: с умень-шением дисперсности твердой фазы величина V_м  становится меньше.

Влияние вязкости

  Имеющиеся   данные о влиянии вязкости на механическую скорость бурения не столь определенны, как в случае влияния плотности на величину V_м. В значительной степени это связано со сложностью использования этого понятия в практике бурения. У ньютоновских жидкостей величина коэффициента динамической вязкости остается постоянной при любой скорости сдвига. Но даже при использовании ньютоновской жидкости в качестве промывочной жидкости для оценки подвижности промывочной жидкости используется условная вязкость, характеризующая гидравлические сопротивления при истечении промывочной жидкости из прибора СПВ-5 или стакана Марша через короткую трубку. Величина же времени истечения лишь отдаленно несет информацию о величине коэффициента динамической вязкости жидкости. Следует помнить, что с уменьшением вязкости (условной, динамической, пластической) промывочной жидкости отмечается общий положительный эффект: снижаются энергетические затраты на циркуляцию, улучшается очистка забоя за счет ранней турбулизации потока под долотом, появляется возможность реализовать большую гидравлическую мощность на долоте, уменьшаются потери давления в кольцевом пространстве скважины.

Опыт бурения скважин показывает, что верхний предел условной вязкости, определяемой прибором СПВ-5, не должен превышать 30 с для промывочных жидкостей плотностью до 1,4 г/см³ и 45 с для промывочных жидкостей плотностью, превышающей 1,4 г/см³. Пластическая вязкость для этих же растворов не должна превышать 6 и 10 Па·с, соответственно.      

Имеющиеся данные (Башкортостан, Арланское месторождение) сви-детельствуют о том, что с увеличением условной вязкости от 30 до 80 с ме-ханическая скорость бурения снижается на 30 %, а средняя проходка на до-лото – на (20 - 25) %; по данным ВНИИБТ с увеличением условной вяз-кости промывочной жидкости в среднем от (4 - 20) до (8 - 120) с механи-ческая скорость бурения снижается на (20 - 40) %. Особенно заметно это в области повышенных плотностей промывочной жидкости (1,3 - 1,4) г/см³.

Влияние пластической вязкости бурового раствора, являющейся значительно более строгой технологической характеристикой бурового раствора, чем условная вязкость, на эффективность работы долот изучено только в стендовых условиях при бурении горных пород шарошечными долотами малого диаметра и алмазными долотами. Установлено, что величина механической скорости при бурении шарошечными долотами уменьшается с ростом пластической вязкости, но при превышении вязкостью величины 40·10^-3 Па·с влияние ее на V_м  исчезает. Наибольшее влияние на уменьшение механической скорости вязкость оказывает при возрастании до значения 28·10^-3 Па·с.

При стендовом бурении алмазными долотами установлена прямолинейная зависимость между V_м  и пластической вязкостью в диапазоне (5,0·10^-3 – 30·10^-3) Па·с. Стендовые исследования показали, что зависимость механической скорости от пластической вязкости одинакова при скоростях вращения долота 60 и 180 об/мин.