Вращение и эксцентричное расположение в скважине бурильной колонны

Эксцентричное расположение колонны в скважине практически не влияет на качество очистки вертикальных скважин, а в наклонно направленных скважинах и горизонтальных оказывает значительное влияние из-за изменения профиля скорости потока бурового раствора.

Рисунок 5.19 - Влияние эксцентричного расположения в скважине бурильной колонны на формирование слоя шлама

В верхней части интервала набора кривизны колонна испытывает сильное растяжение, в результате чего она может войти в контакт с верхней стенкой скважины. Шлам перемещается, главным образом, к нижней стенке скважины, поэтому его концентрация максимальна на той стороне, где скорость потока заметно не снижается. Однако при больших зенитных углах бурильная колонна находится в контакте с нижней стенкой скважины, и уменьшение скорости потока заметно снижает эффективность транспортирования шлама (рисунок 5.19). Этот эффект сильнее выражен при ламинарном течении, чем при турбулентном. Вращение бурильной колонны в некоторой степени способствует повышению качества очистки на вертикальном участке, поскольку помогает отвести шлам от стенок скважины. При больших зенитных углах вращение колонны очень эффективно, так как при этом происходит разрушение слоя шлама.

Для того чтобы вращение бурильной колонны приводило к эффективному разрушению слоя шлама, должна быть достигнута "пороговая" частота вращения. При больших зенитных углах и низкой частоте вращения бурильная колонна перекатывается вверх по стенке скважины и соскальзывает назад³. Когда частота вращения увеличивается, но остается ниже порогового значения, колонна поднимается выше по стенке, прежде чем она соскользнет обратно. При низкой частоте вращения колонны слой шлама будет ослаблять или предотвращать это "перекатывание" из-за того, что колонна удерживается на месте шламовым ложем (рисунок 5.20).

Рисунок 5.20 – Пороговая частота вращения

При частотах вращения, превышающих пороговое значение, бурильная колонна может вырваться из шламового ложа и перекатываться по всей окружности стенки скважины. Данные приборов для измерения давления во время бурения показывают, что типичная пороговая частота вращения 127 мм бурильной колонны в скважинах диаметром 300 мм и 196 находится в интервале 50 - 75 об/мин. (рисунок 5.21). Когда слой шлама разрушается, и взрыхленный шлам выносится на вертикальный участок скважины, забойное давление возрастает из-за увеличения содержания шлама в кольцевом пространстве на этом участке.

Рисунок 5.21 – Данные измерения давления во время бурения и очистка скважины

Выводы:

• Эффект от вращения бурильной колонны возрастает при увеличении зенитного угла. При умеренных зенитных углах слои шлама разрыхлены и ожижены. Они легко разрушаются даже при очень медленном вращении. При больших зенитных углах слои шлама плотно упакованы, и для их разрушения требуется вращение с пороговой частотой. При умеренных зенитных углах слои шлама можно удалить путем улучшения реологических характеристик и увеличения расхода бурового раствора, на при больших зенитных углах для разрушения слоев шлама требуется вращение бурильной колонны. Таким образом, влияние вращения бурильной колонны на толщину слоев шлама сильнее при больших зенитных углах.

• Эффект от вращения бурильной колонны становится слабее при увеличении расхода бурового раствора, поскольку с увеличением расхода уменьшается толщина слоев шлама.

• Эффект от вращения бурильной колонны выражен сильнее при высоких значениях динамического напряжения сдвига. Высоковязкие буровые растворы не могут легко проникать в слои шлама, поэтому здесь возрастает роль вращения бурильной колонны.

• Вращение бурильной колонны сильнее влияет на мелкий шлам. Из-за большого отношения площади поверхности к массе мелкого шлама заметно проявляются адгезивные свойства бурового раствора, и происходит слипание частиц шлама. Слой такого шлама трудно разрушить одним лишь увеличением расхода бурового раствора.

• Механическое воздействие вращения бурильной колонны на слои шлама уменьшается с увеличением размера или количества шлама. Вращение бурильной колонны способствует уменьшению толщины слоев крупного шлама при низкой скорости проходки и слоев мелкого шлама при высокой скорости проходки. Вращение бурильной колонны не помогает уменьшить толщину слоев крупного тяжелого шлама при высокой скорости проходки.

Осторожно: перемещение бурильной колонны может привести к обвалу шлама из зон размыва ствола, что является предпосылкой для образования пробки. Для качественной очистки нужно всегда иметь ствол номинального диаметра.

Дата добавления: 2015-07-25