Выбор величины расхода очистного агента

Рациональная величина расхода очистного агента определяется из условия выполнения

трех основных задач: очистка забоя скважины, охлаждение П.Р.И, и вынос шлама по стволу скважины. Первые две задачи обязательны, без их решения бурение невозможно, третья желательна, но в крайних случаях вынос шлама по стволу может быть заменен сбором его в специальную шламовую трубу, что используется крайне редко. Наиболее важна первая задача - очистка забоя, т.к. от качества очистки забоя, т.е. полного и своевременного удаления шлама с забоя зависит и эффективность разрушения породы и износ П.Р.И. Теоретически подсчитать рациональный расход очистного агента для качественной очистки забоя не представляется возможным и используются практические рекомендации основанные на экспериментальных исследованиях и производственном опыте. Обычно рекомендуется удельный расход q - на единицу диаметра скважины, тогда общий расход очистного агента на забое Q=q·Dскв.

Эксперименты и производственный ОПЫТ показывают, что вторая задача - охлаждения ПРИ, успешно выполняется при достаточной очистке забоя, т.е., расход, принятый по первому условию обеспечивает и достаточное охлаждение НРИ, таким образом, вторая задача решается автоматически (за исключением алмазного бурения с продувкой).

Расход потока для выполнения третьей функции - выноса шлама по стволу скважины может быть определен теоретически по законам гидравлики. Для того, чтобы весь объем, образующегося при бурении шлама, своевременно удалялся по стволу скважины, необходимо иметь скорость восходящего потока очистного агента больше чем скорость падения наиболее крупных частиц шлама в соответствующей среде (жидкость, воздух). Для жидкости и воздуха это условие Vвп > Vк., где Vк - критическая скорость потока (скорость витания), конкретно Vвп = Vкр +Vш, где Vш – необходимая скорость движения частиц шлама.

Величина критической скорости восходящего потока определяется по полуэмпирической формуле Ретингера из общей гидравлики

и зависит от плотности материала шлама и очистного агента (жидкости, воздуха) – ρтв. и ρж., размера частиц шлама - dш и их формы, учитываемой коэффициентом К. При dш в м. значения К для разных форм от пластинок до шара находится в пределах 1.8 до 5,0, Для большинства случаев бурения форма частиц шлама может быть принята зернистой и значение К≈ 4.

Однако, достижение потоком скорости — Vкр обеспечивает лишь взвешивание частиц шлама, а для их выноса на поверхность необходимо условие Vвп=Vкр+Vш, т.е. скорость восходящего потока Vвп должна быть больше Vкр, на величину скорости движения частиц шлама Vш. Скорость выноса шлама Vщ обычно задается из условия недопущения опасного скопления шлама в восходящем потоке, что опасно зашламованием скважины. Пределом безопасности считается увеличение плотности жидкости в восходящем потоке на З - 5% относительно закачиваемой чистой жидкости – ρж. При известной скорости бурения и плотности пород минимальная скорость шлама определяется выражением:

где: Vм. - механическая скорость бурения, Sзаб - площадь забоя, Sкп -площадь кольцевого пространства (сечения восходящего потока при иных схемах циркуляции). Минимально допустимая Vш определяется подстановкой в формулу (ρвп. – ρж.) ≤ 0,03-0,05, тем меньше, чем сложнее условия бурения. Обычно перед началом и после окончания бурения производят промывку (продувку) скважины для удаления всего скопившегося в стволе и на стенках скважины шлама. Очистка скважины будет гораздо лучше, если это делать не с неподвижной, а с вращающейся, пусть даже вхолостую, колонной труб, иначе в отдельных участках скважины образуются застойные зоны, где шлам не только не удаляется, а наоборот, скапливается.

Роль величины расхода очистного агента в очистке забоя от разрушенной породы в процессе бурения и его значение в обеспечении эффективности бурения изучена и нагляд­но показана в работе американского исследователя Бинхгема и изображена на графике рис.29

hоб. 1

3

2

4

Дата добавления: 2014-01-07