Факторы, влияющие на качество очистки наклонно направленных скважин

На качество очистки влияет следующее:

• Наклон скважины

• Расход бурового раствора

• Характеристики и режим течения

• Слои шлама бурового раствора

• Скорость проходки

• Вращение и эксцентричное расположение в скважине бурильной колонны

• Время

Зенитный угол (факторы, влияющие на качество очистки наклонных скважин)

В наклонно-направленной скважине можно выделить три четко различимых участка (рисунок 5.6):

- От примерно нуля до 30 ⁰ (вертикальный)

• От 30⁰ до 65 ⁰ (переходный)

• От 65 ⁰ до 90⁰ (горизонтальный)

Рисунок 5.6 – Схематичное изображение участков в наклонно направленной скважине

Природа слоев шлама и механизмы очистки скважин на разных участках отчетливо различаются. На вертикальном участке все, что уменьшает скорость оседания шлама, улучшает очистку. Фактически, на качество очистки влияет только осевая составляющая скорости оседания. При увеличении зенитного угла вертикальное перемещение шлама под действием силы тяжести и выталкивающей силы дополняется смещением вдоль наклонной оси скважины (рисунок 5.5).

При отклонении скважины от вертикали шлам перемещается к нижней стенке. При угле наклона до 30° частицы шлама дольше задерживаются у стенки скважины перед возвращением обратно в основной поток. При увеличении угла более 30° до45°, проблема циркуляции шлама усугубляется еще больше и продолжительность пребывания шлама у стенки резко возрастает. Объемная концентрация шлама резко увеличивается и остается относительно постоянной.

Рисунок 5.7 – Зависимость концентрации шлама от зенитного угла

Формирование слоев шлама начинается при углах больше 30 °. При углах менее 45 ° слои шлама рыхлые и неустойчивые с большим содержанием воды и поэтому при прекращении циркуляции они стекают вниз по стволу. При углах до 65 ⁰ слои шлама постоянно соскальзывают даже при наличии циркуляции (это соскальзывание происходит интенсивнее при бурении на углеводородных растворах, чем при бурении на водном растворе).

При углах более 65° слои шлама становятся более устойчивыми и плотными, поэтому их труднее разрушить. Шлам имеет тенденцию оседать в интервале 40 ⁰ - 55 ° быстрее, чем во всех других, благодаря эффекту Бойкотта.

Механизмы транспортирования шлама

Механизмы транспортирования шлама на разных участках отличаются друг от друга из-за различий в природе слоев шлама. Используются две широкие классификации механизмов транспортирования шлама - движение в суспензии и перемещение в движущемся слое.

В вертикальном интервале шлам равномерно распределяется в буровом растворе и двигается в суспензии с постоянной концентрацией. При увеличении зенитного угла более крупные частицы перемещаются к нижней стенке и движутся вверх по стволу в суспензии с изменяющейся концентрацией (рисунок 5.6). При больших зенитных углах шлам имеет тенденцию формировать слой и скатываться по нижней стенке. При углах больше 65 ° слой становится устойчивым, если не испытывает возмущений от перемещений бурильной колонны. Однако если расход бурового раствора достаточно высок, может образоваться суспензия с постоянной концентрацией даже при большом наклоне скважины.

Движение в суспензии с постоянной концентрацией является наиболее эффективным механизмом транспортирования шлама. Поэтому вертикальные участки очищать проще всего.

Перекатывание или движение шлама в слое является наименее эффективным механизмом транспортирования шлама. Исходя из этого можно подумать, что очищать горизонтальные участки труднее всего. Однако шлам будет транспортироваться в суспензии с изменяющейся концентрацией над слоем шлама, и при углах больше 65 ⁰ никогда не будет соскальзывать вниз по стволу, как это происходит на участке 30 ⁰ - 65 °.

Из-за сочетания таких факторов как соскальзывание слоев, эффект Бойкотта и асимметричный профиль скоростей потока, труднее всего очищать участки средних зенитных углов.

Эксцентричное расположение колонны в скважине и повышенная концентрация шлама у нижней стенки скважины приводят к искажению профиля скоростей потока. Жидкость протекает вдоль верхней стенки с намного большей скоростью, чем в затрудненном потоке вдоль нижней стенки (рисунок 5.8). Поэтому передача буровым раствором энергии, требуемой для перемещения шлама, затруднена. Ламинарный поток с более вытянутым профилем скоростей менее эффективен с точки зрения предотвращения формирования или разрушения слоев шлама в сильнонаклонных скважинах, чем турбулентный поток с его более плоским профилем.

Рисунок 5.8 – Схема изменения профиля потока при эксцентричном положении колонны в скважине

Природа слоев шлама и эксцентричное расположение колонны в скважине требуют выбора различных режимов течения бурового раствора для очистки участков ствола, имеющих разный наклон.

Дата добавления: 2015-07-25