Влияние различных факторов на вынос шлама

Зенитный угол

В общем вынос шлама затрудняется при увеличении зенитного угла. Наибольшие трудности возникают при зенитных углах от 50 до 600, поскольку при таких условиях осевший шлам имеет тенденцию соскальзывать) вниз по стволу и образовывать пробки. При зенитных углах более 600 обломки образуют устойчивую шламовую постель. Такая постель удерживается на стенке скважины за счет сил трения. Диапазон зенитного угла, в котором происходит соскальзывание осадка, в значительной степени зависит от реологических свойств бурового раствора. Трудности с очисткой ствола могут возникнуть в диапазоне зенитных углов от 40 до 600.

Механическая скорость

Влияние различных факторов на вынос шлама

Рисунок 1 Зависимость содержания шлама в кольцевом пространстве от механической скорости проходки.

При повышении механической скорости проходки увеличивается количество шлама в кольцевом пространстве. Предыдущий опыт свидетельствует о том, что для эффективного бурения вертикальных скважин максимально допустимая концентрация шлама в кольцевом пространстве не должна превышать 0,5%. При бурении наклонных скважин увеличение скорости проходки приводит к росту толщины осадка. Для удаления более толстого слоя осевшего шлама необходимо увеличение подачи бурового раствора. Важно контролировать и ограничивать механическую скорость проходки в наклонных скважинах, Так как толстый слой осевшего шлама труднее удалить из скважины (Рис. 1).

Реологические свойства бурового раствора

Скорость осаждения частиц в буровом растворе зависит от его вязкости. Эта зависимость влияет на транспортировку шлама в вертикальных скважинах. Однако после образования шламовой постели на нижней стенке скважины с зенитным углом более 300 изменение реологических свойств бурового раствора мало улучшает вынос шлама. Маловязкие жидкости наиболее эффективны в скважинах с зенитными углами более 300, так как режим их течения – турбулентный и завихрения потока способствуют выносу шлама.

Для уменьшения гидравлических сопротивлений и обеспечения более плоского профиля скоростей в затрубном пространстве пластическую вязкость следует понизить до минимума. При минимальной вязкости и том же самом расходе промывочной жидкости увеличивается скорость течения ее в наружной части кольцевого пространства. Такой результат легко достигается в скважинах диаметром как 445 (17-1/2”), так и 311 мм (12-1/4”). При использовании растворов на нефтяной основе ввод специальных реагентов – модификаторов реологических свойств придает раствору необходимую вязкость в диапазоне малых скоростей сдвига.

Влияние различных факторов на вынос шлама

Рисунок 2 Графическое изображение наиболее известных реологических моделей.

В статье С. Окражи и Дж. Дж. Азара из Универ нефтяников. Август 1986 г.) рассмотрена зав промывочной жидкости, величины зенитного бурильной колонны в скважине. Были четко установлены три диапазона зенитного угла:

  • 0-450 Шлам выносится эффективнее при ламинарном режиме течения. Транспортировка улучшается при повышении реологических свойств, особенно динамического напряжения сдвига
  • 45-550 Ни ламинарный, ни турбулентный режимы не имеют преимуществ друг перед другом. В этом диапазоне наблюдалось соскальзывание вниз шламового осадка.
  • 55-900 Увеличения отношения t0/h не приводит к улучшению выноса шлама. Ствол лучше очищается при турбулентном режиме течения.

Повышение реологических свойств совершенно не влияло на несущую способность при турбулентном режиме в любом диапазоне зенитного угла (Рис. 2).

Однако при малых зенитных углах и ламинарном режиме течения повышение динамического напряжения сдвига улучшает вынос шлама. (Уменьшает концентрацию выбуренной породы в кольцевое пространстве). (Рис. 3).

Влияние различных факторов на вынос шлама

Рисунок 3 Влияние динамического напряжения сдвига и режима течения на концентрацию выбуренной породы в кольцевом пространстве.

Влияние различных факторов на вынос шлама

Рисунок 4. Зависимость концентрации частиц в кольцевом пространстве от величины отношения t0/h (фунт./100 кв. фут./сПз)

При увеличении зенитного угла вынос шлама при ламинарном режиме течения можно улучшить, повысив отношение t0/h (Рис. 4).

Однако влияние повышения отношения t0/h уменьшается при увеличении скорости восходящего потока (Рис. 5).

Влияние различных факторов на вынос шлама

Рисунок 5 Зависимость степени очистки ствола от величины отношения t0/h при разных скоростях потока и ламинарном режиме течения.

При зенитных углах до 550 влияние эксцентричного положения бурильных труб в скважине невелико. При углах более 550 и ламинарном режиме течения влияние эксцентричного положения труб становится заметным.

В своей последующей работе «Зависимость выноса шлама от реологических свойств раствора при направленном бурении» (Публикация 19535 Общества Инженеров-нефтяников. Октябрь 1989 г.) Т. Е.Беккер, Дж. Дж. Азар и С. Окражи сделали следующие выводы:

Лучшим параметром, характеризующим несущую способность буровых растворов, является показание ротационного вискозиметра Фэнн при частоте вращения n = 6 об/мин.

Другими параметрами, которые могут характеризовать транспортирующую способность растворов, являются:
напряжение сдвига в буровом растворе при скорости сдвига, равной ее среднему значению при течении в кольцевом пространстве
показание ротационного вискозиметра Фэнн при частоте вращения n = 3 об/мин
начальное статическое напряжение сдвига.

Производительность буровых насосов

Единственным наиболее важным фактором, от которого зависит очистка ствола от шлама, является производительность буровых насосов или расход промывочной жидкости. Особую важность этот фактор приобретает при бурении наклонных скважин. Приблизительно можно считать, что скорость восходящего потока, необходимая для выноса шлама из наклонной скважины с зенитным углов в пределах 50-600 примерно в два раза больше, чем в вертикальной скважине. Нужно принимать все меры для снижения гидравлических сопротивлений, что даст возможность увеличить производительность насосов. В трудных случаях следует тщательно проанализировать конструкцию компоновки низа бурильной колонны, выбор диаметра долотных насадок, дополнительные гидравлические потери в забойном двигателе и системе измерений – в процессе бурения.

Выбор диаметра долотных насадок

Если можно обеспечить такую подачу буровых насосов, которая достаточна для хорошей очистки ствола, то диаметр долотных насадок можно выбирать обычным путем так, чтобы гидравлическая мощность на долоте была оптимальной.

При выборе диаметра насадок очень важно иметь в виду, что:
· Для некоторых забойных гидравлических двигателей существует оптимальный диапазон перепада давления в долоте.
· При бурении хрупких пород насадки следует выбирать таким образом, чтобы свести к минимуму возможный размыв стенок скважины.

Ниже приведена таблица расчетных значений перепада давления в долоте и соответствующие скорости истечения из насадок при течении бурового раствора с плотностью 1200 кг/м3 и расходах, типичных для бурения долотом 216 мм (8-1/2”). До получения дополнительной информации следует придерживаться правила, согласно которому скорость истечения из насадок при бурении в легко разрушающихся породах не должна превышать 91 м/с (300 фут./с).

Перепад давления в долоте и скорость истечения из насадок при бурении долотом 216 мм ( 8 ½”)

Диаметр насадок, мм

22,1 л/с

25,2 л/с

31,6

л/с

3 х 15,9

0,92 МПа

1,2 МПа

1,88

МПа

 

37,2 м/с

42,7 м/с

53,3

м/с

3 х 12,7

2,24 МПа

2,93 МПа

4,58

МПа

 

58,2 м/с

66,4 м/с

82,9

м/с

3 х 8,7

100 МПа

13,1,МПа

20,5

МПа

 

123,1 м/с

140,8 м/с

174,3

м/с

Использование бурильных труб диаметром 168 мм

Применение бурильных труб диаметром 168 мм существенно уменьшает гидравлические потери, что дает возможность увеличить подачу буровых насосов. Однако опыт показывает, что при бурении на 168 мм трубах редка удается обеспечить турбулентный режим течения раствора в кольцевом пространстве глубоких горизонтальных скважин. Необходимо оценить выгоды от увеличения скорости восходящего потока и дополнительных затрат, связанных с заменой бурильной колонны при бурении более глубоких интервалов долотами меньшего диаметра.

0

Добавить комментарий

Войти с помощью: