104 подписчика

Структурно-механические свойства буровых растворов для горизонтально направленого бурения

характеризуют «тиксотропностью» или коэффициентом тиксотропии [Я.А. Рязанов Энциклопедия по буровым растворам. – Летопись, 2005. – С.52]:

Кт = СНС10/СНС1

где СНС1 – статическое напряжение сдвига через 1 мин, Па; СНС10 – статическое напряжение сдвига через 10 мин, Па.

Для возвращения структурированной глинистой суспензии свойств жидкости структуру необходимо разрушить, приложив некоторое усилие. Величина этого усилия зависит от силы сцепления между частицами дисперсной фазы бурового раствора, т.е. от прочности образовавшейся структуры, и характеризуется статическим напряжением сдвига. Статическое напряжение сдвига – величина, характеризующая прочностное сопротивление бурового раствора, находящегося в покое заданное время, определяемая касательным напряжением сдвига, соответствующим началу разрушения его структуры. СНС измеряется в Па. Величина СНС определяет возможность удержания во взвешенном состоянии частиц шлама при остановках циркуляции бурового раствора. Для обеспечения этой возможности величина статического напряжения сдвига должна превышать величину усилия, создаваемого весом частиц выбуренной породы. В противном случае эти частицы при отсутствии циркуляции бурового раствора будут оседать в призабойную часть скважины, что может привести к прихвату бурового снаряда шламом и грифонообразованию. Однако с увеличением статического напряжения сдвига возрастает величина импульсов давления на забой и стенки скважины при инициировании течения бурового раствора (при пуске насоса), что, в свою очередь, повышает вероятность флюидопроявлений (грифонов), нарушений устойчивости стенок скважин, гидроразрывов пластов и поглощений бурового раствора. Таким образом, величина СНС должна быть минимальной, но достаточной для удержания во взвешенном состоянии в покоящемся буровом растворе частиц выбуренных пород.

Минимальное значение СНС1 определяется по формуле [ А.И. Булатов, Ю.М. Проселков, В.И. Рябченко Технология промывки скважин, Недра, 1981 г.]:

СНС1 = K∙(2 - e-110∙D)∙D∙(Ps - Pr),

где: СНС1 - статическое напряжение сдвига раствора через 1 мин, Па;

K - коэффициент формы частиц шлама (от 0,4 до 0,6). Обычно выбирают K = 0,5;

D - средний диметр частиц шлама, м;

Ps - плотность шлама, кг/м3;

Pr - плотность бурового раствора, кг/м3;

e - экспонента; e = 2,72.

Песок имеет размер частиц от 0,1 до 5 мм. Причем в природном песке доля частиц крупнее 5 мм не превышает 10 %. Медианный размер частиц песка составляет 3 мм. Поэтому сделаем расчет величины 10-ти секундного СНС10s, необходимый для удержания песка со средним диаметром частиц 3 мм:

K = 0,5; D = 0,003 м; Ps = 2600 кг/м3; Pr = 1020 кг/м3.

СНС10s = 0,5∙(2 - e-110∙0,003)∙0,003∙(2600 - 1020) = 0,5∙(2 - 0,719)∙0,003∙1580 = 3,04 Па = 30,4 дПа = 6,3 Фунт/100Фут2.

Обычно выбирают первое значение СНС10s с запасом 10 - 15 % от расчетного, то есть оптимальная величина СНС10s должна быть 6,9 – 7,2 Фунт/100Фут2.

Минимальное значение минутного СНС1 должно соответствовать величине СНС10s. То есть, минимально допустимый СНС1min = 6,9 – 7,2 Фунт/100Фут2.

Максимальный минутный СНС1max должен уже обеспечивать удержание частиц песка максималльного размера 5 мм:

СНС1max = 0,5∙(2 - e-110∙0,005)∙0,005∙(2600 - 1020) = 0,5∙(2 - 0,577)∙0,005∙1580 = 5,62 Па = 56,2 дПа = 11,7 Фунт/100Фут2.

10-ти минутное значение СНС10 необходимо нормировать таким образом, чтобы оно не превышало величину ДНС бурового раствора, так как если СНС10 будет равно или выше ДНС, то при включении бурового насоса возникает гидроудар. Дело в том, что величина ДНС – это минимальное касательное напряжение, которое необходимо приложить к поверхности раствора, чтобы обеспечить нормальный ламинарный поток.

3 минуты

22 октября 2023