Расход бурового раствора

Обычно считается, что скорость потока в кольцевом пространстве является фактором, в наибольшей степени влияющим на эффективность очистки наклонных скважин. Однако, следует учитывать момент количества движения, передаваемый буровым раствором шламу, который зависит от плотности бурового раствора. При использовании буровых растворов низкой плотности для качественной очистки скважины требуется более высокая скорость потока в кольцевом пространстве.

Для глубокого понимания процесса очистки наклонных скважин нужно различать расход и скорость потока в кольцевом пространстве. Часто эти два термина используют как синонимы, но между ними есть важное различие: скорость потока в кольцевом пространстве равна расходу деленному на площадь поперечного сечения кольцевого пространства. Фактическая скорость зависит и от площади поперечного сечения, и от удаления слоя бурового раствора от стенки.

В вертикальной скважине площадь поперечного сечения кольцевого пространства остается относительно постоянной по отношению к расходу. Однако на сильнонаклонных участках площадь поперечного сечения изменяется в зависимости от расхода. Это обстоятельство обуславливает влияние расхода на скорость потока в кольцевом пространстве по всей длине ствола.

В вертикальной скважине средняя скорость потока в кольцевом пространстве зависит от расхода. В наклонной скважине, где присутствуют слои шлама, средняя скорость потока в кольцевом пространстве преимущественно постоянна, независимо от расхода. Это обусловлено тем, что слои шлама формируются до достижения равновесия между скоростями отложения шлама и эрозии слоя шлама.

Если скорость бурового раствора не достигает "пороговой", шлам оседает на нижней стенке скважины и образует слои. Пороговая скорость - это такая скорость, которой достаточно для прекращения отложения шлама. Обеспечить такую высокую скорость потока в кольцевом пространстве, при которой совсем не будет отлагаться шлам, часто невозможно из-за ограничений давления или объема. Однако по мере того как шлам оседает и образует слои, площадь кольцевого пространства уменьшается, и местная скорость потока в кольцевом пространстве возрастает. Со временем местная скорость потока достигает порогового значения, и устанавливается равновесие между отложением и эрозией слоя шлама (рисунок 5.12). При отсутствии вращения бурильной колонны установится равновесная толщина слоя шлама, не зависящая от количества шлама или расхода бурового раствора.

Рисунок 5.12 – Схема формирования слоя шлама в горизонтальных скважинах

Изменение расхода не приведет к изменению пороговой местной скорости. Толщина слоя шлама изменится таким образом, чтобы площадь кольцевого пространства была достаточно велика для обеспечения этой пороговой скорости.

Для каждого типа бурового раствора существует своя критическая пороговая скорость, достаточно высокая для предотвращения дальнейшего формирования слоев шлама. Когда площадь поперечного сечения кольцевого пространства уменьшается из-за формирования слоев шлама, скорость должна возрасти. При достижении пороговой скорости, отложение шлама прекращается. Если расход будет возрастать, начнется разрушение слоя, и этот процесс продолжится до восстановления пороговой скорости. Пороговая скорость изменяется в зависимости от зенитного угла, характеристик бурового раствора и типа образующегося шлама.

При более высоких расходах пороговая скорость будет достигаться при более тонких слоях шлама. Толщина слоя шлама уменьшается линейно с увеличением расхода.

Пороговая скорость, при которой прекращается дальнейшее отложение шлама и формирование слоя, представляет собой минимальную скорость транспортирования (MСТ), при которой шлам переходит во взвешенное состояние. Как было указано выше, в общем случае MСТ определяется как скорость, при которой начинается транспортирование шлама. Или, в отношении пороговой скорости, MСТ, при которой шлам переходит во взвешенное состояние, является скоростью, при которой начинается разрушение слоя шлама.

Ниже даны выводы в отношении MСТ, при которой шлам переходит во взвешенное состояние:

• MСТ, при которой шлам переходит во взвешенное состояние, возрастает по мере увеличения размера частиц шлама и уменьшается по мере увеличения плотности бурового раствора.

• Вращение бурильной колонны способствует уменьшению MСТ при использовании вязких буровых растворов, но не влияет на MСТ при использовании воды (это объясняется отсутствием слоя шлама в воде при турбулентном режиме течения).

• MСТ, при которой шлам переходит во взвешенное состояние, зависит от реологии в меньшей степени, чем MСТ, при которой начинается движение шлама в слое.

• MСТ имеет самые высокие значения при использовании буровых растворов средней вязкости и самые низкие значения использовании высоковязких буровых растворов. При использовании воды MСТ имеет промежуточные значения.

• MСТ уменьшается с увеличении вязкости при действии обоих механизмов транспортирования шлама. Однако она имеет меньшие значения, если используется вода, -при действии обоих механизмов транспортирования шлама.

Дата добавления: 2015-07-25