Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Вид и качество промывочного агента оказывают огромное влия­ние на показатели работы долот, а также на скорость, успешность и себестоимость строительства скважин, особенно при бурении на большие глубины и в осложненных условиях. Наиболее сущест­венное значение при этом имеют удельный вес уж, вязкость, на­пряжение сдвига и водоотдача буровой жидкости и ее физико-хи­мическое взаимодействие с горными породами.

Под действием бокового давления в поверхностном слое забоя возникают напряжения отрыва («выпучивание»), что облегчает процесс разрушения породы долотом. Давление же промывочной жидкости создает на указанный слой прижимающее действие, снижая напряжения отрыва и затрудняй отход продуктов указан­ного разрушения от материнской породы. В результате умень­шается объем лунок, образующихся при каждом акте воздействия долота на забой, и увеличивается толщина спрессованного слоя разрушенной породы в лунках; обломки породы не разламываются и не разлетаются от лунок, а обволакивают зубья долота. Такой характер разрушения затрудняет очистку забоя от выбуренной породы и способствует образованию на нем слоя из выбуренных и глинистых частиц и утяжелителя. Этот слой («подушка») ухуд­шает воздействие рабочих элементов долота на материнскую по­роду и вызывает перемалывание выбуренных частиц.

Отрицательное действие давления промывочной жидкости на процесс разрушения породы тем значительнее, чем оно больше и больше дифференциальное давление рй, меньше проницаемость породы. Оно зависит от способности промывочной жидкости или ее фильтрата проникать под образующиеся частицы породы и в трещины между ними: чем выше эта способность, тем меньше ука­занное действие. Проникая под частицы разрушенной породы и в трещины между ними, йромывочная жидкость (или ее фильтрат) уменьшает прижимающую их к материнской породе силу давле­ния этой жидкости и вызывает действие архимедовой силы. Наи­большее влияние на vM давление ра оказывает при изменении в пределах ±35 кГ/см2.

Чтобы снизить до минимума отрицательное действие давлений промывочной жидкости на процесс разрушения породы, необходи­мо использовать промывочные агенты минимально возможного для данных условий удельного веса [31, 70]. Соответствующее тех­ническое оснащение буровых позволяет успешно применять буро­вые растворы с малыми уж при бурении скважин в осложненных условиях и даже бурить с отрицательным ра-

При переходе на более тяжелые промывочные жидкости сни­жаются показатели работы долот вследствие повышения сопро­тивляемости горной породы разрушению из-за роста ра и давле­ния промывочного агента на забой. Такое изменение параметров промывочных жидкостей оказывает отрицательное влияние на эффективность процесса разрушения горной’ породы и очистку забоя от шлама, на работоспособность бурового инструмента и оборудования [31]. .

Очистная способность промывочной жидкости в большой мере зависит от подвижности последней, т. е. от ее кинетической вязко­сти и динамического напряжения сдвига, возрастая при уменьше­нии указанных параметров, главным образом при уменьшении первого из них. Более подвижные промывочные жидкости лучше омывают забой скважины, рабочие элементы долота и его шарош­ки и лучше выносят выбуренные частицы породы в кольцевое про­странство, более эффективно охлаждают долото.

Положительно влияет на процесс разрушения горных пород, особенно высокопроницаемых, повышение водоотдачи глинистого раствора. Прямое влияние сказывается в том, что фильтрат быст­ро проникает в породу, повышая давление в ее порах и снижая прочность, а также под частицы разрушенной породы и в трещи­ны между ними, уменьшая прижимающую их к забою силу. Кос­венное влияние заключается в том, что при повышении водоотда­чи глинистого раствора обычно вязкость его уменьшается и повы­шается подвижность. При небольшой водоотдаче глинистого ра­створа трещины между частицами разрушенной породы очень «быстро глинизируются со всеми сопровождающими это явление отрицательными последствиями.

В пределах линии минимального углубления свойства буровой жидкости не оказывают существенного влияния на величину si. Увеличение давления жидкости на забой в таком случае не при­водит к резкому уменьшению vM.

Хорошие показатели бурения в определенных условиях полу­чаются при использовании буровых растворов с повышенной сма­зывающей способностью и низкой липкостью. Последнее дости­гается путем ввода в раствор определенных количеств нефти, неф­тепродуктов, графита и других веществ.

Рассмотренные выше случаи влияния свойств промывочной жидкости на показатели бурения в общем справедливы для всех способов бурения: Однако в турбинном бурении это влияние про­является и по другим направлениям, причем оно более сложно и многогранно. Так, например, при замене глинистого раствора во­дой и оставлении без изменения давления на выкиде буровых на­сосов появляется возможность увеличить подачу промывочной жидкости примерно в Ууж раз, а потому увеличить во столько же раз скорость вращения долота [17]. При такой замене промывоч­ных жидкостей возрастают к. п. д. турбобуров и буровых на­сосов [97].

В турбинном бурении в связи с переходом на промывку сква­жин водой h возрастает меньше, чем ос, в то время как при ро­торном бурении наблюдается обратное явление. Объясняется это тем, что в турбинном бурении одновременно с переходом на про­мывку скважин водой увеличивают подачу промывочной жидко­сти и повышается п долота. Скорость вращения долота на vc вли­яет положительно, а на долговечность долота отрицательно, вследствие чего и имеет место несоответствие в росте vc и h в турбинном бурении по сравнению с роторным при замене глини­стого раствора водой. Переход на использование в качестве ра­бочей жидкости воды в турбинном бурении сопровождается обыч­но увеличением G, что также влияет на показатели работы долот.

У глинистых растворов с минимальной водоотдачей липкость глинистой корки обычно высока. Поэтому при использовании та­ких растворов, бурильщик вынужден часто приподнимать буриль­ную колонну в процессе механического бурения [96], а это ведет к значительным потерям времени и более быстрому износу долот и турбобуров (а также талевых канатов и т. д.), к пульсациям давления бурового раствора в кольцевом пространстве, отрица­тельно действующим на устойчивость стенок скважины. Следова­тельно, чрезмерное требование к снижению водоотдачи глинистого раствора может привести к значительному ухудшению показате­лей бурения.

Промывочная жидкость в процессе разрушения горных пород может выполнять не только вспомогательные функции (очистка забоя и долота, охлаждение долота и т. п.), но и активно участ­вовать в этом процессе как путем механического воздействия на породу струями, так и путем понижения ее твердости в результа­те физико-химического взаимодействия, в том числе посредством понизителей твердости. Эффективность понизителей твердости за­висит от механических условий разрушения горной породы, по­вышаясь при увеличении числа микротрещин в так называемой зоне предразрушения. Проникая в эти трещины, молекулы пони­зителей твердости препятствуют их смыканию после снятия нагрузки. При каждом последующем приложении сил образовав­шиеся ранее микротрещины будут увеличиваться и одновременно будут возникать новые трещины. Если в процессе разрушения горной породы микротрещины, не образуются, то эффективность понизителей твердости равна нулю. Понизители твердости горных пород, находящиеся в дисперсионной среде бурового раствора, ведут себя как авторегуляторы: они начинают действовать, когда процесс разрушения породы отходит от оптимума и к. п. д. разру­шения уменьшается; по мере возрастания к. п. д. разрушения дей­
ствие понизителей твердости снижается. Очевидно, понизители твердости будут действовать только в том случае, если промывоч­ная жидкость или ее фильтрат смогут проникнуть в зону пред — разрушения.

i

Комментарии запрещены.