Нормальное функционирование промышленного сектора экономики Украины не возможно без собственных топливно-энергетических ресурсов. Значительную их часть составляет каменный уголь Донбасса. Получить достоверный прогноз его запасов и качества можно только путем расширения объемов буровых работ.

Изучение геологических разрезов скважин, сооружаемых в Донбассе, показывает, что 48 % разреза составляют проницаемые зоны. Из них более половины имеют техногенную природу. При бурении в таких условиях поглощение промывочной жидкости носит катастрофический характер и приводит к удорожанию погонного метра сооружаемой скважины примерно на 16-20 %. Таким образом для геологоразведочных организаций Донбасса, которые в настоящее время находятся в тяжелейшем экономическом положении, весьма актуальна проблема снижения стоимости буровых работ, выполняемых при наличии техногенных проницаемых зон.

Уменьшить стоимость бурения в таких условиях можно за счет применения внутрискважинной пульсирующей промывки с помощью погружных пневматических пульсационных насосов, поскольку этот способ промывки позволяет исключить затраты, связанные с приготовлением и доставкой промывочной жидкости на объект ведения работ. В случае, если проницаемая зона обусловлена влиянием действующей горной выработки, бурить с использованием стандартной схемы промывки, предусматривающей подачу бурового раствора в скважину с поверхности, вообще недопустимо, поскольку можно затопить пространство, где проводятся горные работы.

Одной из нерешенных проблем теории внутрискважинной пульсирующей промывки является установление закономерности распределения фракций движущегося шлама в пульсирующем восходящем потоке с целью обеспечения условий для максимальной очистки промывочной жидкости в процессе бурения путем сбора шлама в наружную шламовую трубу. Это обусловлено реверсивным характером движения шлама при пульсирующей промывке, а так же изменением способности жидкости удерживать твердую частицу при переходе технической воды в неньютоновский очистной агент во время контакта с породами глинистого комплекса, распространенными в геологических разрезах Донбасса.

Особенно актуальна эта проблема при незначительном количестве жидкости в скважине, характерном для техногенной проницаемой зоны, поскольку в этом случае при внутрискважинной промывке жидкость быстро загрязняется. Отсутствие в таких условиях возможности очистки ее от шлама негативно влияет как на процесс бурения, так и работу погружного технологического оборудования. Известные рекомендации применительно к пульсирующему способу промывки не гарантируют восходящий поток от загрязнения и разработаны только к технической воде. Поэтому развитие научных основ теории и технологии внутрискважинной пульсирующей промывки в условиях влияния техногенных проницаемых зон представляет собой важную научную и народнохозяйственную проблему.

Пульсирующий характер циркуляции может обеспечить условие для внутрискважинной очистки промывочной жидкости, поскольку пауза между пульсациями, в течение которой жидкость не движется, может использоваться для остановки и реверсирования направления движения шламового потока в наружную шламовую трубу.

Если в ньютоновской жидкости возможность реверсивного движения шлама при пульсирующей циркуляции не вызывает сомнения, то в неньютоновской структурированной жидкости, обладающей тиксотропными свойствами, реверсирование движения некоторых фракций твердых частиц исключается после восстановления структуры жидкости. Это обусловлено тем, что известно условие (1) предельного равновесия частицы критического размера dкр, которая не будет оседать под действием силы тяжести в структурированной вязкопластичной неньютоновской жидкости.

где b – коэффициент формы, зависящий от кривизны струй, обтекающих частицы (b = 2-3) [1]; θ - статическое напряжение сдвига жидкости; ρ_п и ρ_жв соответственно плотность частицы шлама и восходящего потока жидкости.

Например, критический размер частицы несферической формы (для ее b =3) плотностью 2500 кг/м3, рассчитанный по формуле (1), для жидкости, имеющей θ = 1 Па и ρ_ж = 1100 кг/м3, будет равен 0.0013 м. Таким образом, для оценки возможности внутрискважинной очистки промывочной жидкости путем реверсирования направления движения шламового потока в наружную шламовую трубу, прежде всего, необходимо знать гранулометрический состав шлама и процентное соотношение в нем частиц критического размера.

Результаты исследования гранулометрического состава шлама по скважинам производственного геологического объединения «Укруглегеология» приведены в табл. 1.

Пробы шлама отбирались из отстойников, желобной системы и шламовых труб. Из табл. 1 следует, что значительную часть шлама (69.2%) составляют очень мелкие частицы (размер фракций менее 0.0001 мм).

Библиографический список

1. Ивачев Л.М. Промывочные жидкости в разведочном бурении. -М.:Недра, 1975. -215 с.

2. Сулакшин С.С. Основы теории разрушения горных пород и удаления продуктов разрушения при бурении скважин. Томск, изд. ТГУ, 1964. 264 с.

3. Кожевников А.О., Ігнатов А.О. Аналітичні дослідження швидкості осідання частинок шламу при бурінні свердловин // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент - техника и технология его изготовления и применения

4. Филимоненко Н.Т., Комарь П.Л. К вопросу прогнозирования интенсивности призабойной пульсирующей промывки применительно к неньютоновской жидкости.