Эффективность выноса бурового шлама

Скорость, необходимая для подъема выбуренной породы с забоя на поверхность определяется объемной долей твердой фазы в затрубном пространстве.

Объемная доля твердых частиц определяется соотношением между их объемом и объемом жидкости в кольцевом пространстве:

Эффективность транспорта частиц оценивается соотношением скоростей подъема их потока в %:

Перейдя на расход в л/с и подставляя (5.26) в формулу (5.27) получим:

Таким образом, скорость подъема шлама должна быть тем выше, чем больше скорость проходки и диаметр долота.

Критерий, который был предложен Пигготом, касательно допустимой концентрации частиц является величина 5%, при превышении которой резко возрастает вероятность образования сальников и прихватов. Если промывочной жидкостью служат вода или другие легкие жидкости с низкой вязкостью, то максимальная доля шлама, с точки зрения недопущения осложнения в виде прихвата из-за осаждения выбуренной породы, в буровом растворе должно быть снижено до 2%.

Другим критерием может служить увеличение плотности бурового раствора, содержащего шлам, по сравнению с закачиваемым раствором, а именно увеличение плотности на величину 30 кг/м3 следует считать критической.

Частицы выбуренной породы в наклонно-направленных скважинах осаждаются быстрее, чем в вертикальных. Эффект «бойкоттовского осаждения» и скольжения шлама наиболее интенсивно проявляется в стволах, имеющих наклон от 30 до 60°. Скопившийся шлам и утяжелитель на этих участках оползает в направлении, противоположном движению раствора, что нередко становится причиной тяжелых аварий. При спуске 245 мм обсадной колонны на скважине 815 «Белый Тигр» (угол наклона ствола 65° при текущем забое) из-за открытия обратного клапана резко изменился поток вытесняемого бурового раствора. После спуска нескольких труб с открытым клапаном появились посадки. Допуск обсадной колонны был приостановлен с целью промывки скважины, но полную

80

циркуляцию восстановить не удалось. Осевший шлам, стронутый высокой скоростью потока, когда обратный клапан был закрыт, начал сползать единой массой, после того, как скорость потока резко снизилась, что и привело к закупорке затрубного пространства. Обсадную колонну не удалось допустить, а из-за потери циркуляции не смогли осуществить процесс цементирования.

При углах наклона скважины свыше 70° оползание шлама не наблюдается. А толщина осевшего шлама на этих участках зависит, прежде всего, от скорости восходящего потока и свойств бурового раствора.

Вынос шлама из наклонных и горизонтальных участков скважин зависит от многих факторов, и прежде всего от режима движения потоков. Турбулентный режим более предпочтителен, но его можно иметь при использовании маловязких растворов, которые в свою очередь не обладают достаточной удерживающей способностью. Применение турбулентного режима обеспечивает эффективный вынос шлама при бурении сильно искривленных скважин малого диаметра в устойчивых и химически инертных породах, способных противостоять размыву.

При бурении пород, склонных к размыву и образованию каверн предпочтительно применение ламинарного режима промывки скважины с использованием растворов с повышенными значениями вязкости при низких скоростях сдвига. Существует правило выбора раствора, согласно которому показания вискозиметра «Farm» при 3 и 6 об/мин для растворов было бы равно или больше диаметра скважины (в дюймах). Кроме того, чтобы добиться хорошей очистки скважины, имеющей участки с большими зенитными углами необходимо, чтобы соотношение динамического напряжения сдвига к пластической

вязкости, т.е. г°/ было больше 1,25.

А

Движение частицы по горизонтальной плоскости

По данным А.В. Великанова (6) твердая частица, находящейся на дне горизонтального лотка, подвергается лобовому сопротивлению, а также воздействию подъемной силе. Скорость движения частицы может быть рассчитана по формуле, полученной на основе экспериментальных исследований:

где d4 - в мм;

g - мм/с2;

V- мм/с.

Испытуемая жидкость - вода.

Сила удара струи на преграду:

где а - угол, с которого струя сходит с шарообразной частицы;

q - расход жидкости.

С другой стороны, предельная сила трения, возникающая при стремлении сдвинуть шарообразное тело сдвинуть и далее двигать, определяется как:

Из двух последних равенств получим выражение для определения скорости, при которой происходит сдвиг частицы:

Очевидно, что а и / должны быть найдены из экспериментальных исследований. Но можно предположить, что при обтекании частицы шарообразной формы а < 45°, а коэффициент трения не более 0,2. Можно также принять, что а < 45° соответствует для горизонтального ствола, а для частицы, лежащей на стволе с наклоном 50 - 60°, а=20 - 30°.

Очевидно, расход жидкости должен обусловить скорость, обеспечивающую вынос выбуренной породы на горизонтальном, наклонном и вертикальном участках ствола. Надо ориентироваться на большую из трех скоростей.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >