Михаил ГНБ

Если СНС10<ДНС, то при внешнем напряжении выше СНС10 возникает ползучее течение (все слои жидкости движутся параллельно друг другу без разрушения структуры). При увеличении внешнего напряжения выше ДНС происходит плавный переход ползучего течения бурового раствора в ламинарный поток, характеризующийся скольжением слоев жидкости друг относительно друга (при напряжении выше ДНС структура становится предельно разрушенной). Таким образом, при СНС10<ДНС скорость потока и давление увеличиваются относительно плавно, не «травмируя» ствол скважины. Иная картина будет, если СНС10≥ДНС. В этом случае при пуске насоса и росте давления раствор в горизонтальном стволе остается без движения вплоть до достижения величины ДНС, после чего начинается резкое течение раствора, что приводит к скачку давления и гидроудару. То есть, если СНС10≥ДНС, то с ростом касательного напряжения, вплоть до величины ДНС, ползучее течение раствора отсутствует, а потом, как только внешнее напряжение превысит ДНС, начинается лавинообразное течение раствора, что может привести к разрушению стенок скважины, обвалам и грифонам. Например, если для бурового раствора соотношение ф600/ф300 = 40/29, то ДНС = 18. Это означает, что СНС10 не должен быть выше 18. Обычно, для безопасности, СНС10 выбирают на 20 % ниже величины ДНС: СНС10 = 80 % (ДНС). Соответственно, СНС10 для этого раствора должен быть не выше 14,4 Фунт/100Фут2. Другой пример: ф600/ф300 = 53/36, ДНС = 19 Фунт/100Фут2 , СНС10 = 15,2 Фунт/100Фут2. Соответственно, в рамках допустимого условия (СНС10 = 80 %(ДНС)) СНС10 должен иметь максимальное разрешенное значение, чтобы раствор мог удерживать частицы максимального размера. Так, например, если расчетный оптимальный СНС10s должен быть 6,9 – 7,2 Фунт/100Фут2, то для системы с ф600/ф300 = 53/36, величина СНС10 должна быть максимальной, но не нарушающей условия не превышения ДНС: СНС10 = 15,2 Фунт/100Фут2. Вывод: для всех буровых растворов оптимальная величина СНС10s должна быть порядка 7 Фунт/100Фут2, что с запасом обеспечивает удержание медианных частиц природного песка размером 3 мм. Допустимая величина минутного СНС1 может варьироваться от 7 до 11,7 Фунт/100Фут2. Величина СНС10 должна быть максимальной, но не превышать величину ДНС (быть ниже ее на 20 %), во избежание гидроудара при пуске бурового насоса. Поэтому обычно коэффициент тиксотропии Кт лежит в пределах 1,5 – 2,0. Так, например, для системы с ф600/ф300 = 40/29, Кт может лежать в интервале 1,3 – 2,0, а в случае системы с ф600/ф300 = 53/36 величина Кт может лежать в интервале 1,3 – 2,2. Поэтому, в среднем оптимальная величина коэффициента тиксотропии составляет 1,6 – 1,8. Чтобы шлам не стал выпадать при страгивании раствора в ламинарном потоке величина ф3 должна быть близка к величине СНС через 10 сек, то есть ф3 должна быть порядка 7. Коэффициент пластичности бурового раствора (КП, размерность – с-1) определяется величиной отношения динамического напряжения сдвига к пластической вязкости: КП = τ0/η (15) С ростом коэффициента пластичности увеличивается транспортирующая способность потока, а также гидродинамическое давление струй БР, выходящих из насадок долота, что обеспечивает более эффективное разрушение горных пород на забое и рост механической скорости бурения. При этом высокие значения коэффициента пластичности желательно поддерживать за счет снижения пластической вязкости БР, а не увеличения его ДНС.

Михаил ГНБ

10 прочтений · 11 месяцев назад

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.

Михаил ГНБ

7 прочтений · 11 месяцев назад

Гнб самара бурение пилотной скважины 5 захватка для водовода в южный город