Традиционно буровая наука и практика отме-чает, что только постоянный расход жидкости Q_ном (рис. 1), рассчитанный применительно к конкретным условиям бурения, создает благоприятные условия для работы породоразрушающего инструмента и эффективной очистки забоя и ствола скважины от шлама.

   Однако научные исследования показали, что про-мывка скважин с переменным расходом жидкости также способствует лучшему разрушению горной породы породоразрушающим инструментом и повышает эффективность удаления шлама из гидравличе-ского контура скважины [3-5].

   Известен ряд работ, описывающих положитель-ные результаты использования переменного расхода жидкости для внутрискважинной промывки в услови-ях водопоглощений, создаваемого погружными пневматическими вытеснителями [6] и гидравличе-скими пульсаторами [7].

   Известны научные публикации, в которых описан положительный опыт применения нестационарных потоков жидкости с целью повышения продуктивно-сти, энерго-ресурсосбережения при эксплуатации нефтяных месторождений [8]. Таким образом, об-ласть применения переменного расхода жидкости уже вышла за рамки повышения интенсификации процесса разрушения горной породы и очистки забоя и ствола скважины и распространилась на технологические процессы, не связанные с ее углуб-кой.

   Устройства для создания переменного расхода жидкости имеют разный принцип действия и возбу-ждаемый ими поток имеет различные амплитудно-частотные характеристики (АЧХ). Однако до на-стоящего времени нет общепринятой систематизации АЧХ таких потоков и, как следствие, отсутствует классификация способов импульсной промывки скважин.

   На рис.2 приводятся способы импульсной про-мывки скважин применительно к симметричным им-пульсам подачи. Рис. 2. Способы импульсной промывки скважины применительно к симметричным импульсам подачи с: переменным расходом жидкости (а); пульсирующим расходом жидкости (б); прерывистым расходом жидкости (в); реверсивным расходом жидкости (г).

   По амплитуде изменения расхода нестационарно-го потока жидкости за период Т способы импульсной промывки скважин предлагается разделить на про-мывку с переменным (рис.2,а), пульсирующим (рис.2,б), прерывистым (рис.2,в) и реверсивным (рис.2,г) расходом жидкости.

   При импульсной промывке скважины с перемен-ным расходом жидкости (рис. 2,а) амплитуда ее подачи ΔQ за период Т будет определяться,

    как ΔQ = Q_max − Q_min. Где Q_max и Q_min соответственно максимальная и минимальная подача жидкости за период Т.При этом Q_min > 0.

   При импульсной промывке скважин с пульсирующим расходом (рис.2,б) амплитуда подачи жидкости за период Т варьирует от 0 до Q_max, т.е. ΔQ = Qmax. Средневзвешенная подача Q_ср.вз. определя-ется по формуле

   В данном случае

   Пульсации следуют друг за другом без пауз между ними.

   Основной характеристикой импульсной промыв-ки скважины с прерывистым расходом жидкости (рис. 2,в) является наличие одинаковых по времени пауз длительностью t_паузы между одинаковой по продолжительности подачей жидкости за время t_подачи с переменным расходом, изменяющимся от нуля до Q_max, т.е. ΔQ = Q_max.

   При наличии импульсной промывки скважин с реверсивным расходом жидкости, последний в течение периода изменения подачи от Q_max до –Q_max дважды изменяет свое направление (рис. 2,г). При этом Q_max = –Q_max, ΔQ = –ΔQ, а продолжительность паузы между реверсированием потока жидкости равна нулю.

   В качестве критерия классификации по частоте импульсной промывки скважин предлагается определять соотношение времени двух процессов: процесса вращения инструмента и процесса промывки. В первом подразумевается время оборота коронки или долота t_об. Во втором – время цикла промывки, т.е. период Т.

   Время одного оборота зависит от частоты вращения t_об = 1/n. Здесь n – частота вращения бурового инструмента, с^-1.

   Приняв равенство этих двух времен, получим режим импульсной промывки, который можно характе-ризовать как равновесный, т.е. t_об=T, где Т – время цикла промывки, с. Тогда Т = 1/n.

   Частота процесса промывки f_n в этом случае рав-на 1/Т или n.

   Таким образом, импульсная промывка с равновесной частотой характеризуется условием f_n = n.

   Для других случаев справедливо условие f_n = k_f n, где k_f – коэффициент неравномерности по частоте, который определяет уровень соизмеримости частоты импульсов подачи и вращения буровой коронки, т.е.

   В табл. 1 приведены названия, обозначения и характеристики частот импульсной промывки

   Рис. 3,а иллюстрирует равновесную импульсную промывку. При этом выполняется условие Т = t_об.

   На рис. 3,б показано соотношение Т и t_об , характерное для высокочастотной импульсной промывки.При этом Т = k_t t_об и k_t<1. Где k_t – коэффициент неравномерности по времени , величина которого обратна k_f , т.е.

   Рис. 3,в показывает соотношение Т и t_об, характерное для низкочастотной импульсной промывки. В этом случае этом Т = k_t t_об и k_t>1.

   Форму импульса подачи жидкости определяет закономерность ее изменения по времени Q=f(t) на периоде Т. При этом график зависимости Q=f(t) может состоять из отдельных участков, представляющих собой линейные (рис. 4) и нелинейные функции (рис. 5).

   Применительно к импульсу подачи, форму которого формируют линейные функции, можно выделить прямоугольный (рис. 4,а), треугольный (рис. 4,б) и трапецеидальный импульс (рис. 4,в).

   Форма импульса подачи прямоугольной формы (рис. 4,а) определяется соотношением длин h1 и h2 сторон прямоугольника.Возможны три формы прямоугольного импульса: (h1 = h2; h1 > h2; h1 < h2).

   Три вида импульса подачи треугольной формы (рис. 4,б) определяет соотношение длин сторон треугольника (а = b; a > b; a < b). Если одна из боковых сторон треугольника будет равна его высоте h, то треугольный импульс будет прямоугольным. Следовательно, возможны пять форм импульсов подачи треугольной формы.

   Три вида импульса подачи трапецеидальной формы (рис. 4,в) так же определяет соотношение длин боковых сторон трапеции (а = b; a > b; a < b). Кроме этого может быть еще две формы трапецеидального импульса, когда одна из боковых сторон трапеции а или b будет равна ее высоте h. Таким образом, возможны пять форм импульсов подачи трапецеидальной формы.

   Примеры импульсов подачи, форму которых формируют нелинейные функции, приведены на рис 5.

   При этом график зависимости Q=f(t) могут составлять отдельные участки, представляющие собой стандартные (парабола и др.), а также нестандартные нелинейные функции.

   В силу инерционности потока жидкости вероятность возбуждения импульсов подачи, форму которых формируют линейные функции, очень низка.

   Импульсы подачи могут быть симметричной формы (закономерность изменения подачи на сле-дующих друг за другом периодах Т совпадает (рис. 6,а)) и несимметричные (закономерность изменения подачи на следующих друг за другом периодах Т не совпадает (рис. 6,б)).

   Согласно предложенной классификации следует, что совершенно неправильно промывка скважины погружными пневматическими вытеснителями одинарного действия названа пульсирующей. Также необоснованно эти устройства названы пульсационными насосами, поскольку в их рабочем цикле присутствует пассивная часть, в течение которой происходит заполнение вытеснительной камеры за счет гидростатического давления столба жидкости. При этом циркуляция в пространстве от вытеснительной камеры до забоя отсутствует. Таким образом, нестационарный поток промывочной жидкости, создаваемый погружными пневматическими вытеснителями одинарного действия, носит не пульсирующий, а прерывистый характер. Пульсирующий характер нестационарного потока промывочной действия могут создавать только погружные пневматические вытеснители двойного действия. Они же могут быть названы пульсационными насосами.

Выводы:

   Классификация импульсной промывки скважин позволяет:

    – Упорядочить названия способов импульсной промывки скважин, создаваемой устройствами разного принципа действия.

    – Конкретизировать названия и интервалы частотных спектров импульсов подачи при импульсной промывке скважин, в рамках которых наиболее эффективно протекает процесс разрушения горной по-роды, а также максимально реализуется важнейшая гидродинамическая функция промывочной жидкости – очистка забоя, вынос шлама и охлаждение породоразрушающего инструмента.

    – Внести коррективы в классификацию устройств для создания импульсной промывки скважин, что в свою очередь позволит систематизировать их обзор с целью выявления преимуществ и недостатков, а также путей их совершенствования.

Литература

   1. Исследование термомеханического разрушения горных пород при разведочном бурении генерирова-нием тепловой энергии трения; Отчет о НИР/ Днеп-ропетровский горный институт /ДГИ/; Руководитель А.А. Кожевников. -№ ГР 01850043527;–Днепропетровск, 1986.–132 с.

   2. Кожевников А.А. Импульсные технологии бурения скважин // Тезисы докл. междунар конф. «Механика горных пород при бурении». – Грозный, –1992. –С.43- 44.

   3. Кожевников А.А. Импульсные технологии бурения геологоразведочных скважин /А.А. Кожевников, С.В. Гошовский, И.И. Мартыненко – К.: УкрГГИ, 2003. –208 с.

   4. Тунгусов С.А. Выбор рационального режима рабо-ты забойного пульсатора // Инженер-нефтяник. – 2008.– №3. – С.26-27.

   5. Тунгусов С.А. Изучение влияния пульсирующей промывки на вынос шлама при бурении наклонно направленных скважин // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2008.–№ 5. – С.18-21.

   6. Егоров Н.Г. Комплекс технических средств для бурения скважин в условиях поглощения и дефицита промывочной жидкости // 3-й междунар. симпозиум по бурению скважин в осложненных условиях, Док-лады. С.- П., 1997.– С. 25-29.

   7. Фассахов Р.Х. Энергосбережение в гидроимпульс-ном воздействии на призабойную зону плас-та /Р.Х. Фассахов, И.К. Файзуллин, Я.М. Сахапов и д.р. // Изв. вузов Проблемы энергетики. – 2005. – № 9-10. – С. 56-60.