Гидродинамика спускоподъемных операций в скважине
Движение колонны труб в скважине, заполненной буровой жидкостью
Осложнения, возникающие во время спускоподъемных операций, обусловленные гидродинамическими нагрузками, очень опасны. При подъеме колонны труб настолько велико снижение давление под долотом, что нередко начинается неуправляемое поступление пластового флюида, переходящее в открытое фонтанирование. При спуске труб, возникающее давления по долотом (башмаком обсадной колонны) провоцируют гидроразрыв пласта с последующими длительными работами по ликвидации поглощения бурового раствора.
Первая работа, посвященная данному вопросу, принадлежит Кеннону, она была опубликована в 1934 г. В дальнейшем по гидродинамике спускоподъемных операций было опубликовано много экспериментальных и теоретических исследований, но рекомендации практикующим по предупреждению осложнений, в основном, касались снижению скоростей спуска и подъёма бурильной колонны.
Спуск или подъем бурильной и обсадной колонны осуществляется трубами и свечами длиной 10, 25 и 37 м. В связи с этим рассматриваемый процесс является нестационарным, инерционным, а также протекает в жидкостях с разными реологическими характеристиками (вязкая, вязкопластичная, вязкоупругая жидкости и др.). Спускаемая колонна находится в эксцентричном положении относительно ствола скважины. Практически всегда во время спуска или подъема труб существуют фильтрационные процессы (за исключением движения труб в обсаженном стволе), вплоть до частичного или даже полного поглощения бурового раствора.
Поскольку процесс спуска или подъема прерывистый, то в зависимости от длительности перерыва между движением буровые растворы как тиксотропные системы в большей или меньшей степени изменяют свои структурномеханические свойства.
Для скважины, у которой сравнительно большой объем и значительная глубина, существенное влияние на гидродинамическое давление оказывают сжимаемость и объемная прочность бурового раствора.
В основу теоретических решений по определению гидродинамических давлений положено, что движение колонны с открытым или закрытым нижним концом обуславливает движение жидкости в кольцевом пространстве и трубах, которые возникают в результате двух причин:
- - вязкая или вязкопластичная жидкость увлекается наружной и внутренней поверхностями труб, движущейся со скоростью ит;
- - жидкость, вытесняемая трубами, течет по кольцевому пространству и в трубах.
