ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ В БУРЯЩИХСЯ СКВАЖИНАХ
Из большого количества разнообразных методов бурения в настоящее время промышленное применение нашел лишь тот, при котором на горные породы оказывается механическое воздействие при помощи вращающегося породоразрушающего инструмента — долота.
Процессы, происходящие в ходе бурения, весьма многообразны и сложны. Одйако все они могут быть разбиты на отдельные группы, для каждой из которых характерным является какой-либо оп-; ределенный признак, например изменение температуры, изменение перепада давления, перемещение под воздействием механической силы и т. п. Исходя из такой концепции, процессы, свойственные тем или иным технологическим операциям бурения, в зависимости от закономерностей, характеризующих их протекание, могут быть обобщены в следующие группы.
1. Механические процессы. Сюда должны входить такие операции, как разрушение проходимых пород, спуеко-подъемные операции, износ бурового оборудования и бурильного инструмента и т. п.
2. Гидравлические процессы, к которым относятся движенце жидкости в колонне бурильных труб и в затрубном пространстве, осаждение и транспортировка выбуренных частиц, фильтрация бурового раствора в пласт и т. д. •
3. Тепловые процессы. В эту группу должны входить все операции, связанные с нагреванием и охлаждением как бурового, так и цементного раствора, оборудования и бурильного инструмента..
4. Массообменные (диффузионные), процессы. Сюда могут быть обнесены процессы, возникающие при вытеснении одной жидкости другой в период дементирования, насыщение бурового раствора воздухом или газом, пластовой жидкостью и’т. д,
5. Физико-химические процессы, связанные с изменением структуры или химических свойств веществ, так или иначе участвующих в проводке скважины, например процессы, протекающие при обработке буровых и цементных растворов различными химическими реагентами и добавками.
Хотя с точки зрения собственно бурения ведущая роль принадлежит процессам механическим и гидравлическим, тем не менее на больших глубинах и все другие процессы могут оказать существенное влияние на весь ход буровых операций. Особенно Эта касается тепловых процессов, которые, возникая помимо воли человека, в силу ряда условий, в первую очередь геологических, фор-
мируют ту температурную обстановку, в которой протекают все остальные процессы и в той или иной мере зависят от нее. *
Так, например, под влиянием высоких температур в процессе бурения могут резко изменяться реологические свойства промывочной жидкости; под воздействием высоких давлений й температур меняются условия разрушения горных пород; при бурении электробурами высокая температура ухудшает условия токопитания; температурный фактор значительно влияет на процесс цементирования и его следует учитывать как при подборе цемента, так и •при расчете колонн, имея в виду их возможное удлинение или укорочение. Высокая температура, по-видимому, должна существенно, влиять на работу отдельных деталей и узлов турбобуров, долот и т. д. •
В реальных условиях картина протекания всех процессов значительно осложняется тем, что на их течение оказывает влияние огромное число факторов. Одним из таких факторов является способ бурения. Так, в отличие, от бурения турбобуром при электробурении внутри неподвижной колонны бурильных труб проходит кабель для подвода электроэнергии (токоподвод) к электробуру, что существенно изменяет гидравлическую характеристику бурильной колонны.
При турбинном способе бурения в отличие от роторного способа и бурения электробурами необходимое количество бурового раствора должно обеспечивать не только полное и своевременное удаление выбуренной породы с забоя и вынос ее на поверхность, но и эффективную работу самого турбобура.
Не в меньшей, если не в большей степени характер протекания рассматриваемых процессов зависит от технологических операций, проводимых в скважине. Так, существенное влияние на характеристику гидравлических и тепловых процессов могут оказать спуско-подъемные операции, проработки ствола, изменение частоты вращения колонны труб (при роторном способе бурения) и т. п. —
На характеристику тепловых процессов, кроме того, могут оказать существенное влияние геолого-геофизические факторы, такие, как геотермический градиент, теплофизические свойства проходимых пород, температура нейтронного слоя и т. д. Наблюдения показывают, что устьевая температура зависит от глубины скважины, способа бурения, расхода бурового раствора и т. д.
Наконец, все происходящие в бурящейся скважине процессы самым существенным образом зависят от свойств и условий движения бурового раствора, который является энергоносителем и теплоносителем, транспортирующим агентом и коркообразующим материалом одновременно. *
Ко всему сказанному необходимо добавить, что характер протекания процесса бурения в целом, и отдельных процессов в частности, может значительно измениться, если будут нарушены нормальные условия бурения. Наоборот, нарушения заданных условий протекания того или иного процесса могут привести к воз-
никновению осложнений, откуда становится понятной важность соблюдения запланированных режимов параметров бурения.
Из изложенного. выше вытекает, что процессьд происходящие в бурящихся скважинах, протекают не изолированно друг от друга, а наоборот, постоянно взаимодействуют между собой и, кроме того, в явной илй неявной форме зависят от ряда превходящих факторов. Выяснение суммарного эффекта {)т взаимодействия этих процессов представляет собой чрезвычайно сложную задачу и до сих пор единственным путем, который позволяет реально приблизиться к ее решению, является разделение всех процессов на группы по сходственным, признакам и изучение закономерностей протекания процессов, характерных для каждой такой группы.