Вплив диференціального тиску на зміну механічної швидкості буріння
На частку шарошкових доліт доводиться біля 90 % всієї проходки, проте із зростанням глибини буріння показники роботи цих доліт значно погіршуються.
При поглибленні свердловин, пробурених в різних районах, від 1000 до 5000м механічна швидкість проходки Vм іноді знижується в 25 разів, а швидкість буріння — в 33 рази (В.Б. Штур, М.Р. Мавлютов і ін.). Основною причиною різкого погіршення техніко-економічних показників буріння із зростанням глибини, на думку більшості, вітчизняних і зарубіжних дослідників, являється зміна вибійних умов руйнування гірських порід (гідродинамічні процеси в зоні руйнування гірських порід на вибої свердловини) і умов очищення вибою свердловини.
При цьому мається на увазі вплив таких чинників, як наявність порового Рп, пластового Рпл, диференціального ∆Р, пригноблюючого Рпр, та гідростатичного тисків на вибої свердловини Рг; якість бурового розчину; частота обертання долота і динаміка його роботи; осьове навантаження на долото та інше.
В результаті дії деяких чинників погіршується буримість гірських порід унаслідок зростання їх міцності на стиснення і зусиль, що притискують частинки породи (шлам) до вибою, в основному через виникнення в зоні руйнування високого диференціального і пригноблюючого тисків.
Притискувальні сили мають статичну і динамічну природу і їх значення є складною функцією майже всіх відомих показників, які характеризують процес буріння (руйнування).
Диференціальний (статичний) тиск ∆Рдиф,що обумовлює статичні сили — різниця між гідростатичним тиском бурового розчину в свердловині Рг і пластовим Рпл (поровим Рп) тиском у відповідній точці пласта.
∆Рдиф = Рг - Рпл , (8.3)
де Рг — гідростатичний тиск, МПа;
Рпл — пластовий тиск, МПа.
Диференціальний тиск — основний чинник, який є визначальним показником роботи бурових доліт. Встановлено, що за інших рівних умов механічна швидкість проходки збільшується із зменшенням диференціального тиску на вибій.
Інтенсивне зниження механічної швидкості буріння відбувається в початковий момент зростання диференціального тиску до 1,4 — 5,6 МПа. Подальше підвищення ∆Рдиф супроводиться стабілізацією Vм.
Вплив диференціального тиску на механічну швидкість буріння особливо помітний при 
Рдиф<3,5 МПа (рис.8.8).
Зменшення механічної швидкості із зростанням диференціального тиску пояснюється головним чином погіршенням відділення частинок зруйнованої породи (шламу) від вибою за рахунок збільшення притискувальної сили, що приводить до повторного його роздроблення.
Рисунок 8.8 − Вплив диференціального тиску на механічну швидкість буріння
Аналіз зарубіжних матеріалів показав, що при бурінні свердловин в Південній Луїзіані (США) зменшення диференціального тиску від 7,0 МПа до 0 привело до зростання механічної швидкості проходки на 70 %.
Встановлено, що вплив перепаду тиску на механічну швидкість проходки більш помітно виявляється при зростанні осьового навантаження на долото, а це означає, що чутливість механічної швидкості проходки до диференціального тиску на вибої зростає із збільшенням осьового навантаження на долото.
Для низькопроникних порід вплив диференціального тиску достатньо великий, а для високопроникних — незначний. Таке явище можна пояснити наступним чином.
В процесі буріння в проникних гірських породах під дією позитивного перепаду тиску (Рг > Рпл) в системі свердловина — пласт фільтрат бурового розчину проникає в породу. При фільтруванні дисперсна фаза розчину, частково кольматуючи шар породи, відкладається на її поверхні у вигляді шару осадка, в любому випадку утворюючи фільтраційну кірку, яка спільно з породою чинить додатковий опір руху фільтрату. Останній, проникаючи в породу, викликає перерозподіл тиску на глибині зародження тріщин (умовно названих магістральними), що формують лунку виколу (глибина руйнування). В результаті цього по трасі магістральної тріщини буде не пластовий тиск, а інший, рівний тиску на глибині руйнування, — Рр.
Так як Рг >Рр , то диференціальний тиск ∆Рдиф буде мати менше значення, а саме:
∆Рдиф = Рг-Рр(8.4)
Це і пояснює збільшення механічної швидкості буріння.
При руйнуванні непроникних гірських порід тиск на глибині руйнуванняРрбуде рівний пластовомуРпл (поровому Рп) і тоді диференціальний тиск ∆Рдиф буде мати більше (повноцінне) значення (формула 8.3), від чого проходить зменшення механічної швидкості буріння.
При негативному диференціальному тиску механічна швидкість проходки продовжує збільшуватися, часто в зростаючому темпі.
Таким чином, в даний час вважається, що при існуючих режимах буріння диференціальний тиск як правило, є основним чинником, який визначає техніко-економічні показники буріння. При збільшенні ∆Рдиф до 1,4 — 7,0 МПа в залежності від умов буріння механічна швидкість буріння може зменшуватися в 2 —5 разів.
Динамічні сили,які також погіршують умови руйнування вибою,виникають в результаті дії гідравлічних опорів в затрубному просторі та тиску пригнобленняРпр.
Отже, загальний тиск на вибої свердловини Рвиб залежить не тільки від гідростатичного тиску, але ще й від гідродинамічного тиску (гідравлічні опори в затрубному просторі), який, як правило, не перевищує 2,0—2,5 МПа.
В процесі розвитку магістральної тріщини первинний тиск в її порожнині Ртр практично рівно нулю. Оскільки Рвиб> Ртр , то над частинкою по довжині тріщинивиникає динамічний перепад тиску, який притискує частинку до масиву породи, тобто пригноблює її. Щоб уникнути плутанини на відміну від диференціального тиску цей перепад тиску запропоновано іменувати пригноблюючим тискомРпр.
Для заповнення порожнини тріщини рідиною і відновлення тиску в ній потрібний певний час, тому, в залежності від часу контакту зуба долота з породою, проникності порід (умов руйнування), пригноблюючий тиск може змінюватися в діапазоні значень від диференціальному тиску до тиску на вибої свердловини. При руйнуванні непроникних гірських порід діапазон зміни пригноблюючого тиску Рпр дещо менший.
Для розрахунку диференціального і пригноблюючого тисків необхідно знати закономірності утворення фільтраційної кірки, эпюру розподілу тиску в приповерхневому шарі руйнованої породи, час заповнення об'єму магістральної тріщини флюїдами і час відновлення тиску в тріщині до рівня Рр.
В більшості випадків динамічний тиск визначають експериментально, і за твердженням дослідників, при всіх дослідах він не перевищує 4,3 МПа.
Як бачимо з вище викладеного матеріалу, диференціальний тиск, гідравлічні опори в затрубному просторі і пригноблюючий тиск — це комплексний чинник, який залежить від густини і в'язкості бурового розчину, режиму циркуляції, співвідношення геометричних розмірів стовбура свердловини і бурильного інструменту і т.д.
Незалежно від первинної причини збільшення цих тисків в свердловині, завжди буде погіршенням показників роботи доліт.
►8.2.5. Вплив перепаду тиску ∆Рд в насадках долота (числа Рейнольдса потоку)
Лабораторні дослідження, виконані фірмою «Esso Production» з допомогою мікродоліт, довели, що механічна швидкість буріння найкращим чином корелюється з числом Рейнольдса потоку бурового розчину під долотом (рис. 8.9).
Наступні промислові дослідження, виконані канадською фірмою «Imperial Oil», підтвердили характер цієї залежності.
Вважається, що причиною тісної кореляції між vm і Re служить те, що число Рейнольдса є показником товщини граничного шару бурового розчину біля вибою. При цьому власне граничний шар затруднює змивання уламків породи з вибою.
У залежності від збільшення швидкості руху рідини збільшується число Re. Очищення вибою свердловини від шламу та руйнування породи підвищується за рахунок гідромоніторної дії струменя промивальної рідини із насадок долота. Гідромоніторний ефект досягається при швидкостях витікання рідини з насадок не менше 80 м/с.
При дії гідромоніторного струменя на вибої свердловини можуть спостерігатись різні ефекти, а саме:
• змивання глинистої кірки, що зумовлює підвищення тиску на глибині руйнування і зменшує ефективні напруження в скелеті породи;
• змивання з вибою зруйнованих частинок породи (шламової подушки);
• вимивання недоруйнованої породи і руйнування перемичок між лунками, які утворились під зубами долота;
Дата добавления: 2014-12-29; просмотров: 1627;