Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Расход промывочной жидкости при бурении (подача’насоса) должен обеспечивать полную очистку забоя от разрушенной поро­ды и вынос ее на поверхность. При недостаточной промывке на за­бое происходит вторичное измельчение породы, что снижает ско­рость бурения и повышает износ породоразрушающего инстру* мента. Рассчитанный из условия обеспечения надежного выноса ’шлама из скважины расход промывочной жидкости обеспечивает также достаточное охлаждение породоразрушающего инстру­мента.

Расход промывочной жидкости

I= (/)*_<*>, (VI. 1)

4

I

где /г — коэффициент, учитывающий неравномерность скорости по­тока по скважине из-за местной повышенной разработки стенок,, наличия каверн и др. (/5=1,14-1,3); £>— диаметр скважины или внутренний диаметр обсадных труб (обычно на устье), м; й — на­ружный диаметр бурильных труб, м; V — скорость восходящего потока промывочной жидкости в кольцевом пространстве скважи­ны, м/с.

Обычно при определении расхода промывочной жидкости ис­ходят из необходимости создания в кольцевом пространстве сква­жины такой скорости восходящего потока, при которой не допус­кается чрезмерное обогащение промывочной жидкости выбурен* ной породой, обеспечивается устойчивое транспортирование круп­ных частиц шлама.

Как показали исследования, рассчитанный таким образом потребный расход промывочной жидкости при применении буровых растворов с повышенной вязкостью не обеспечивает достаточной очистки забоя скважины, что приводит к скоплению шлама, сни­жению механической скорости и проходки на коронку или долото [26, 43].

Как известно, процессы переноса потоком твердых частиц во взвешенном состоянии представляют собой прямое следствие тур* булентности потока жидкости или газа. Уровень турбулентности характеризуется параметром Рейнольдса Ие, определяемым в об­щем случае из выражения

Ие = , (VI. 2)

где V — скорость потока, м/с; Оэ — эквивалентный диаметр кана­ла потока, м; р — плотность потока, кг/м3; х— динамическая вяз­кость, Па-с.

Определение необходимой скорости восходящего потока только из условия взвешивания и выноса частицы шлама в кольцевом пространстве скважины приводит* к тому, что значение требуемой скорости уменьшается с увеличением плотности и вязкости про­мывочной жидкости. В этом случае уровень турбулентности потока промывочной жидкости на забое скважины определяется главным образом вязкостными свойствами промывочных растворов, по­скольку инерционные силы потока и/)эр при использовании раз­личных буровых растворов поддерживаются на одном и том же уровне, исходя из условия равной транспортирующей способности потока в кольцевом пространстве.

При промывке скважины вязкими промывочными жидкостями, например глинистым раствором вязкостью 25 с и более, количест-* во промывочной жидкости, рассчитанное из условия взвешивания и выноса потоком частиц шлама, уже не обеспечивает эффектив­ной очистки забоя.

В связи с изложенным рекомендуется скорость восходящего потока при промывке водой и другими маловязкими буровыми растворами определять по формуле

у = ш + (VI. 3)

где и) — критическая скорость восходящего потока, при которой частица шлама находится во взвешенном состоянии, м/с; и — же­лаемая скорость выноса частицы (скорость поступательного дви­жения), принимается равной 0,1—0,3 отши тем больше, чем глуб­же скважина и выше механическая скорость бурения.

Расчет критической скорости т рекомендуется производить по формуле [43]

V 1П? 1/ 1п Аг + 2,3 4 пп

ехрЮ^-^————— — 1^ (УМ).

где V — кинематическая вязкость промывочной жидкости, м2/с;

— эквивалентный диаметр частицы, т. е. диаметр шара, экви­валентного частице по объему, м; Аг — безразмерный параметр Архимеда, определяемый из выражения

<*э<Рп — Р)£

где рп — плотность горной породы, кг/м3; £ — ускорение свободно­го падения, м/с2. Поскольку частицы шлама не имеют идеальной. сферической формы, при расчете значения критической скорости к величине т для трех основных неправильных форм следует приме­нять поправочные множители; для компактной, удлиненной и плос­кой соответственно — 0,7; 0,6 и 0,5 [43]. Характерный размер наи­более крупной чистицы шлама следует принимать соизмеримым с выпуском резцов твердосплавной коронки, глубиной боковой промывочной канавки алмазной коронки, шагом зубьев шарошеч­ного долота и т. п.

Физические свойства промывочных жидкостей и воздуха при различных температурах. приведены в прил. 11, 12 [17].

При промывке буровыми растворами с повышенной вязкостью (глинистыми растворами и др.) потребную скорость восходящего потока в кольцевом пространстве следует рассчитывать по сле­дующей формуле, выведенной на основании рассмотрения процес­сов очистки забоя непосредственно под торцом коронки (т. е. с учетом скорости потока в ламинарном подслое на забое скважи­ны, при которой частицы шлама начинают перемещаться и взве­шиваться) :

г = 7,5 ехр5,71 (¥-ХпАг + Л. (VI.6)

.143 * ^ 2,3 ) ‘

В прикладных расчетах для определения потребного расхода промывочной жидкости при колонковом бурении можно восполь­зоваться выработанными практикой значениями скорости восходя­щего потока (табл. 27).

Таблица 27 Породоразрушающнй инструмент Скорость восходящего потока, м/с Долота лопастные, пикобуры (в породах до IV— 0,6—1,0 V категорий буримости) Шарошечные долота 0,4—0,8 Твердосплавные коронки 0,3—0,6 Алмазные коронки 0,4—0,8

Большие значения скорости восходящего потока следует при­нимать при высоких скоростях бурения, когда в единицу времени образуется больше шлама, а также в случае применения буровых растворов повышенной вязкости, меньшие значения — в противо­положных условиях, а также тогда, когда проходимые породы неустойчивы и легко размываются.

■Пример 1. Рассчитать’потребный расход воды для промывки скважины при следующих условиях: бурение осуществляется коронкой СМ5 диаметром 76 мм, бурильные трубы 50МЗ. Верхняя часть скважины обсажена трубами диамет-

ром 89/81 мм. Плотность разбуриваемой породы рп=2,6 т/м3, размер частиц породы 0,002 м.

решение. По формулам (У1.5) и (У1.4) рассчитывается значение критиче­ской скорости потока

0,002? (2,6 — 1) 9,81

*

» , -±]£1 „ (гшшш _ Л _

2* 10 3 2,3 )

Ы0-« ЛО0

‘•«-0.2696 »/с.

По формуле (У1.3) рассчитывается необходимая скорость восходящего потока в кольцевом пространстве скважины

V = 0,2696 + 0,3*0,2696 = 0,3497 м/с

и по формуле (VI. 1)—потребный расход воды при промывке скважины У0 = 1,2-0,785 (0,081* — 0,050*)-0,3497 = 1,34-10-3 м/с>

По данным табл. 27 потребный расход воды для данного случая составит

Котш= 1,2-0,785 (0,081* — 0,050а)-0,3 = 1»149* 10—8 м3/с (69 л/мин);

У о тах = 1,2 = 0,785 (0,0812 — 0, ОБО2) *0,6 = 2,30-10“3 ы3/с (138 л/мин).

Пример 2. Определить расход глинистого раствора плотностью р=1160 кг/м5 и кинематической вязкостью у=1,12-10~5 м2/с при тех же условиях бурения.

Решение. По формуле (У1.5) рассчитывается значение параметра Архи­меда

0.0023(2,6 — 1,16)-9,81 Г 1,12*-10-1°. 1,16

и по формуле (;1.6)—значение скорости восходящего потока в кольцевом пространстве скважины

„ 1,12.10-»-0,031°>143 „ ( У1п 776,65 + 2,3 Л

«=7,5———————— ————— ехр 5,71 — К————— ^——————- 1 = 0,346 м/с.

0,002 ,3 2,3 /

Тогда потребный расход составит по формуле (VI. 1)

У0 = 1,2-0,785(0,0812 —0,0502)*0,346= 1,32-10-5 м3/с (79 л/мин).

Комментарии запрещены.