Шламовая подушка

Cтраница 3

Изучение захвата частиц с поверхности забоя показало, что этот процесс протекает весьма эффективно только в центральной части забоя, где действует прямой поток воздуха. В других частях поверхности забоя имеются зоны, где частицы остаются неподвижными ( под шарошками) даже после того, как произошло их отделение от породы. Если учесть, что силы отрыва уменьшаются от центра к периферии поверхности забоя и в периферийной части забоя имеются застойные зоны, то здесь возможно образование шламовой подушки максимальной высоты. [31]

Схема упругого разрушения породы ( песчаника трехша-рошечным долотом при атмосферном давлении ( по Мюррею и Мак-Кею. [32]

Анализируя полученные данные, можно отметить следующее. Шламовая подушка имела место как при атмосферных условиях, так и при гидростатическом давлении, но в последнем случае спрессованный слой значительно увеличился, что затрудняло процесс последующего разрушения породы. [33]

При использовании тумана и пен призабойная зона так же весьма эффективно очищается от шлама, как и при очистке воздухом, так как механическая скорость в идентичных условиях практически находится на том же уровне, что и при использовании воздуха. Туман поступает в призабойную зону из центрального отверстия долота в большем объеме и при больших давлениях и скоростях, чем воздух. Это позволяет довести до шламовой подушки значительно большую энергию, чем при использовании воздуха, но в то же время вследствие несколько большего давления сильнее прижать частицы шлама к породе на забое. Если же порода непроницаема, то шламовая подушка является областью низких давлений в призабойной зоне. [34]

Процесс очистки призабойной зоны от шлама при использовании пен, когда порода непроницаема, несколько отличается от очистки с использованием тумана. Пены как вязко-пластичные жидкости, поступающие из сопел долота в приза-бойную зону под некоторым давлением ( большим, чем давление в этой зоне), имеют значительно меньшую скорость истечения ( около 0 2 м / с), чем сжатый воздух и туман, но вследствие упругих свойств они обладают значительным запасом кинетической энергии. В призабойной зоне в результате меньшего давления резко увеличивается объем пены и выделяется газ, растворенный в жидкости. В дальнейшем процесс проникновения газообразного и жидкого компонентов протекает следующим образом: туман как бы проникает в шламовую подушку, а пенный поток только омывает ее. Отделение частиц от шламовой подушки вследствие размывающего действия пен, видимо, отсутствует - или весьма незначительно, так как при выходе из сопла долота давление пены снижается, а оставшаяся кинетическая энергия расходуется на преодоление сопротивлений, встречаемых на пути движения к поверхности забоя. [35]

Скорость течения раствора в затрубном пространстве рассматривается как ключевой параметр очистки ствола. Увеличение скорости течения улучшает транспортировку шлама, несмотря на режим потока. При очень высокой скорости ( турбулентном потоке) большинство всех твердых частиц могут быть вынесены потоком. Низкая кольцевая скорость может позволить частицам концентрироваться на нижней стороне стенки скважины и, в конце концов, сформировать шламовую подушку. [36]

Таким образом, гидростатическое давление бурового раствора затрудняет отделение шлама от породы. В результате на поверхности забоя образуется шламовая подушка толщиной в несколько миллиметров ( от 1 - 2 мм и выше), которая препятствует непосредственному контакту зуба долота с разрушаемой породой. Последняя в течение короткого времени уплотняется, образуя пластичный слой небольшой высоты, который препятствует эффективному разрушению породы, так как вся сила удара зуба долота тратится на преодоление трения о шламовую подушку и на ее деформацию. В результате уменьшается объем лунок, образующихся при каждом акте воздействия зуба долота на забой, обломки горной породы не разламываются, а обволакивают зубья долота, что ухудшает воздействие рабочих элементов долота на породу и вызывает перемалывание выбуренных частиц. [37]

Если же порода проницаема и содержит флюиды или газ с давлением, большим, чем давление в призабойной зоне, то процесс очистки от шлама протекает иначе. Шламовая подушка в этом случае не является областью низкого давления. Она находится в разрыхленном состоянии за счет пластового давления, которое несколько выше, чем давление, с которым туман поступает из сопла долота. Следовательно, частицы разрушенной породы не прижаты к породе и условия для захвата их можно считать благоприятными. Процессу отделения частиц и движению их вверх от шламовой подушки способствует также пластовое давление. [40]

Под совершенной промывкой ствола скважины и долота подразумевается немедленное и полное удаление шлама, образующегося в результате взаимодействия зубьев долота с породой. Обломки породы, созданные одним зубом, должны быть удалены до взаимодействия с породой следующего зуба таким образом, чтобы все породоразрушающие элементы долота постоянно контактировали только с породой. В таком случае при определенном количестве затраченной на породоразруше-ние механической энергии скорость проходки будет максимальной; иначе часть этой энергии будет расходоваться бесполезно на разрушение уже образовавшихся, но не удаленных с забоя обломков породы, в частности из-за воздействия давления столба бурового раствора в скважине. В проницаемых породах под действием этого давления на забое почти мгновенно образуется кольматационная корка, состоящая из твердых частиц бурового раствора или выбуренной породы, что уменьшает глубину проникновения зубьев в породу. Это явление известно как образование сальника ( или шламовой подушки) на забое. [41]

Разрушенная горная порода при наличии в скважине тумана образует на поверхности забоя ствола шламовую подушку. ОКП с использованием воздуха ( 412 долот) и тумана ( 647 долот) со степенью аэрации 300 - 354 с проходкой соответственно 102 и 106 тыс. м взрывных скважин. Он установил, что для указанных типов долот использование воздуха обеспечивает по сравнению с использованием тумана увеличение проходки на долото в 1 4 - 1 76 раза и механической скорости в 1 25 - 1 35 раза. Это происходит потому, что аэродинамическое давление, создаваемое туманом на расположенные на забое горные породы, несколько выше, чем при использовании воздуха, хотя туман, как дисперсная система, так же динамичен как сжатый воздух. Туман очень легко проникает между частицами шлама до непроницаемой материнской породы и благодаря наличию поверхностно-активного вещества исключает слипание этих частиц; это позволяет зубу долота при небольшом усилии проникать через шламовую подушку к неразрушенной породе и разрушать ее. [42]

При углублении ствола с использованием аэрированной жидкости как в проницаемых, так и в непроницаемых горных породах гидростатическое давление на проходимые горные породы понижается по сравнению с применением буровых растворов. Поэтому и на шламовую подушку действует перепад давления, несколько меньший, чем при использовании буровых растворов. Физико-химические свойства жидкого компонента газообразного агента оказывают такое же влияние на процесс очистки забоя от шлама, как и буровые растворы. Так, увеличение вязкости промывочной жидкости до 28 сП оказывает существенное влияние на механическую скорость; при дальнейшем увеличении вязкости ( до 40 сП) механическая скорость не снижается. Увеличение твердой фазы, которая состоит преимущественно из барита, глины и песка, без изменения свойств бурового раствора ведет к уменьшению механических скоростей, так как твердая фаза создает дополнительное сопротивление в шламовой подушке, а следовательно, перепад давления увеличивается. Если высказанная гипотеза о кавитации справедлива, то следует ожидать эффективной очистки забоя от шламовой подушки при использовании аэрированной жидкости. [43]

Кавитация всегда связана с понятием вредного разрушения. В процессе бурения кавитационная эрозия играет, видимо, и положительную и отрицательную роль. В первом случае она разрушает породу и разрыхляет шламовую подушку, во втором - разрушает долото. Разрушения при кавитации вызываются циклическим термодинамическим процессом, происходящим в мельчайшем пузырьке газообразного компонента: его ростом в зоне пониженного давления и схлопыванием в зоне повышенного давления, куда пузырек переносится потоком аэрированной жидкости и элементами долота. При этом пузырек может схлопы-ваться при соприкосновении с твердым телом ( порода, долото) и при столкновении с аналогичным пузырьком. В момент схло-пывания образуются кумулятивные струи, обладающие очень большой разрушительной силой, а также ударные волны давления. Геометрические размеры кумулятивных струй позволяют им проникать не только в шламовую подушку, но и в имеющиеся в породе поры и образующиеся при разрушении трещины, внося в них поверхностно-активные вещества. [45]

Страницы: 1 2 3