УДК: 622.243.14.

 

О ВОЗМОЖНОСТИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЛОКАЛИЗАЦИИ ШЛАМА ПО ДЛИНЕ СТОЛБА ЖИДКОСТИ ЗА ВРЕМЯ РЕЙСА БУРЕНИЯ ПРИ ПРИЗАБОЙНОЙ ПУЛЬСИРУЮЩЕЙ ПРОМЫВКЕ СКВАЖИН

 

кандидат техн. наук Филимоненко Н.Т. (ДонГТУ)

 

Ранее проведенные исследования автора [1] позволили сделать вывод, что скорость восходящего потока промывочной жидкости при призабойной пульсирующей промывке на этапе вытеснения пневматического вытеснителя не постоянна и зависит от ее реологических свойств (структурной вязкости и динамического напряжения сдвига), плотности и динамики столба жидкости в скважине (подвижный или неподвижный уровень), давления сжатого воздуха в вытеснительной камере, некоторых параметров, изменяющихся в течение рейса, а именно: глубины скважины, величины заглубления вытеснительной камеры под уровень жидкости, степени заполнения керном колонковой трубы. Именно это существенно отличает внутрискважинную пульсирующую промывку от традиционной, при которой скорость восходящего потока определяется заданным постоянным расходом, обеспечиваемым режимом работы промывочного насоса, не зависящим от вышеназванных параметров очистного и рабочего агентов и конкретных условий бурения. Поэтому, картина процесса выноса шлама при призабойной пульсирующей промывке существенно отличается от традиционной и весьма сложна.

Подача зашламованной жидкости на забой скважины нежелательна. По этой причине пневматический вытеснитель целесообразно устанавливать в верхнем интервале столба жидкости, где нахождение крупных частиц шлама менее вероятно, поскольку накопление его в очистном агенте по высоте столба жидкости идет в направлении от забоя к устью скважины. Назовем его интервалом нежелательного нахождения зашламованной жидкости. Анализ таблицы 1 показывает, что обеспечить незашламованность верхней части столба жидкости практически невозможно.

Таблица 1 Спектр расходов промывочной жидкости Q, при котором шлам выбуренной породы плотностью 2000 кг/м³ будет выноситься в пространство выше колонковой трубы.

Эквивалентный диаметр частицы шлама d, м.	0.001				0.0001				0.00001
Скорость погружения частицы в спокойной жидкости U, м/с.	0.108				0.034				0.010
Диаметр скважины, мм.	76	93	112	76		93	112	76		93	112
Q, л/мин.	16.55	31.23	50.60	5.24		9.83	15.93	1.54		2.89	4.68

Так, при диаметре скважины 76 мм частицы шлама с d = 0.00001 м плотностью 2000 кг/м³ начнут выноситься уже при расходе очистного агента 1.54 л/мин. Поэтому, при пульсирующей промывке в гидравлическом контуре скважины всегда будет находиться шлам, который вместе с нисходящим потоком поступит на забой скважины. Таким образом, необходим прогноз его локализации по высоте столба жидкости, поскольку это определяет плотность очистного агента - одного из перечисленных выше параметров, от которых зависит скорость восходящего потока на этапе вытеснения.

Рассмотрим, каким образом можно прогнозировать локализацию шлама в пространстве, где движется восходящий поток. Для простоты рассуждений пусть это пространство содержит два участка (рис.1). На рис. 1 приведена две циклограммы движения шлама конкретной фракции на участке призабойной зоны (рис.1б) и в пространстве между бурильными трубами и стенками скважины (рис.1в) за период рабочего цикла пневматического вытеснителя (рис.1а) при условии, что образование частички шлама совпало с началом рабочего цикла. Участки АВС и АВ^’С циклограмм (рис.1а) характеризуют изменение скорости восходящего потока соответственно в призабойной зоне и пространстве между бурильными трубами и стенками

Рис.1 Совмещенные теоретические графики рабочего цикла пневматического вытеснителя и перемещения шлама на рабочем цикле:

а - рабочий цикл пневматического вытеснителя;

б - движение шлама в призабойной зоне

в - движение шлама в пространстве между бурильными трубами и стенками скважины.

 

скважины за период вытеснения t_в рабочего цикла. Участки CD и C^’ D^’ показывают скорость восходящего потока соответственно в призабойной зоне и пространстве между бурильными трубами и стенками скважины за период движения жидкости по инерции t_и. V₁ - скорость восходящего потока, при котором будет обеспечиваться вынос шлама в призабойной зоне, а V₂ - в пространстве между бурильными трубами и стенками скважины. Пересечение графиков, отражающих прогнозируемую скорость восходящего потока ( участок АВСD) и скорость V₁, свыше которой начнется вынос шлама в призабойной зоне будут в точках соответственно 1 и 2 (рис.1а). Расстояние между этими точками будет равно периоду времени Т₁ (рис. 1б), в течении которого за время рабочего цикла в этой зоне будет наблюдаться вынос шлама. Аналогично, расстояние между точками пересечения 3 и 4 графиков АВ^’С^’D^’ и V₂ (рис.1а) соответствует периоду времени Т₁ (рис. 1в), в течении которого за время рабочего цикла будет наблюдаться вынос шлама, но уже в пространстве между бурильными трубами и стенками скважины. Площадь плоскости, ограниченной графиком движения шлама выше оси t показывает путь, который пройдет последний на этапе вытеснения. Аналогично, площадь графика ниже оси t будет соответствовать пути, пройденного шламом во время оседания на этапе вытеснения (седиментация). Аналитически его определить не сложно. Следовательно, появилась возможность разработки графически - аналитического метода прогноза локализации шлама конкретной фракции на конкретном участке гидравлического контура скважины в течении рейса бурения, а следовательно и плотности жидкости, поступающей в вытеснительный цилиндр в течении рейса бурения. Таким образом, прогноз не контролируемой визуально подачи очистного агента при пульсирующей промывке скважины будет более достоверен.

Библиографический список

 

1. Филимоненко Н.Т., Комарь П.Л. К вопросу прогнозирования интенсивности призабойной пульсирующей промывки применительно к неньютоновской жидкости. // Совершенствование техники и технологии бурения скважин на твердые полезные ископаемые. -1993.- Вып.16. - с. 40-49.