7.2. Выбор реологических свойств бурового раствора.

Реологические свойства промывочных жидкостей характеризуют значениями пластической вязкости η и динамического напряжения сдвига τ₀.

Показатели пластической вязкости η и динамического напряжения сдвига τ₀ определяются (рис. 1,2 метод. указания) по графикам зависимости от плотности бурового раствора.

Интервалы I,II, IV,V,VI с плотностью ρ_о = 1,10 η=4 мПа, τ₀=49 дПа.

Интервал III с плотностью ρ_о=1,05 η=3 мПа, τ₀=45 дПа.

Интервал VII с плотностью ρ_о=1,15 η=5 мПа, τ₀=52 дПа.

Интервал VIII с плотностью ρ_о=1,33 η=8 мПа, τ₀=63 дПа

7.3. Определение минимально необходимого значения днс для обеспечения ламинарного режима течения бурового раствора в затрубном пространстве.

Критическая скорость течения и критическое значение критерия Рейнольдса определяется через критерий Хедстрема:

Н_е= τ₀(Д_с-Д)² ρ/ η²

Интервал VIII Н_е=6,3(0,168-0,127)² 1350/8²*10^-6=0,22*10⁶.

Интервал VII Н_е = 5,2(0,168-0,127)² 1050/5² * 10^-6=0,36*10⁶

Интервал V Н_е = 4,9(0,168-0,127)² 1060/4² * 10^-6 =0,54*10⁶

Интервал IV Н_е = 4,9(0,168-0,127)² 1780/4² * 10^-6 =0,92*10⁶

Интервал III Н_е = 4,5(0,168-0,127)² 1690/3² * 10^-6 =1,42*10⁶

Интервал II Н_е = 4,9(0,168-0,127)² 1520/4² * 10^-6 =0,78*10⁶

Интервал I, VI Н_е = 4,9(0,168-0,127)² 1100/4² * 10^-6 =0,57*10⁶

τ₀- динамическое напряжение сдвига, Па;

η- пластическая вязкость, Па, с;

ρ- плотность, кг/м³;

Д_с - диаметр скважины, м;

Д - наружный диаметр бурильной колонны, м.

Критическое значение критерия Рейнольдса, при котором начинается турбулизация потока в затрубном пространстве:

Интервал VIII Rе_кр = 7,3 *220000^0,58 + 2100 = 11260

Интервал VII Rе_кр = 7,3 * 360000^0.58 + 2100 = 14289

Интервал V Rе_кр= 7,3 * 540000^0.58 + 2100 = 17520

Интервал IV Rе_кр= 7,3 * 920000^0.58 + 2100 = 23104

Интервал III Rе_кр= 7,3 * 1420000^0.58 + 2100 = 29117

Интервал II Rе_кр= 7,3 * 780000^0.58 + 2100 = 21187

Интервал I, VI Rе_кр= 7,3 * 570000^0.58 + 2100 = 18012

Критическая скорость течения:

Интервалы I, VI W_кр = R_екр η/(Д_с-Д) *ρ =18012*4*10^-3 / (0,168-0,127) * 1100 = 1,59 м/с

Интервал II W_крIII = R_екр η/(Д_с-Д) ρ = 21187* 4*10^-3/ (0,168-0,127) * 1520 = 1,36м/с

Интервал III W_крIV = R_екр η/(Д_с-Д) ρ = 29117 * 3*10^-3 / (0,168 – 0,127) * 1690 = 1,26 м/с

Интервал IV W_крIV = R_екр η/(Д_с-Д) ρ = 23104 *4*10^-3 / (0,168 – 0,127) * 1780 = 1,27 м/с

Интервал V W_крIV = R_екр η/(Д_с-Д) ρ = 17520 *4*10^-3 / (0,168 – 0,127) * 1060 = 1,61 м/с

Интервал VII W_крIV = R_екр η/(Д_с-Д) ρ = 14289 *5*10^-3 / (0,168 – 0,127) * 1050 = 1,66 м/с

Интервал VIII W_крIV = R_екр η/(Д_с-Д) ρ = 11260 *8*10^-3 / (0,168 – 0,127) * 1350 = 1,63 м/с

Rе_кр=W_кр (Д_с-Д) ρ/ η

Rе_кр=1,27*(0,168-0,127)*1780/4*10^-3=23171

Такому значению критерия Рейнольдса соответствует величина критерия Хедстрема:

Не_кр= (Rе_кр-2100/7,3)^1,72 = ((23171 – 2100) / 7,3)^1,72 = 895000

Определяем минимально допустимую величину ДНС бурового раствора, при котором начинается турбулизация потока:

τ_{0min I, VI} =Не_крη²/ρ(Д_с-Д)² = 895000* 4²*10^-6 / 1100*(0,168-0,127)²=77,4 дПа.

τ_{0min II} = 895000* 4² * 10^-6 / 1520*(0,168-0,127)² = 56,04 дПа.

τ_{0min III} = 895000 * 3² * 10^-6 / 1690*(0,168- 0,127)² = 28,35 дПа.

τ_0minIV =895000* 4² * 10^-6 / 1780*(0,168- 0,127)² = 47,86 дПа

τ_0minV =895000* 4² * 10^-6 / 1060*(0,168- 0,127)² = 80,36 дПа

τ_0minVII =895000* 5² * 10^-6 / 1050*(0,168- 0,127)² = 126,77 дПа

τ_0minVIII =895000* 8² * 10^-6 / 1350*(0,168- 0,127)² = 198,32 дПа

При ламинарном течении вынос обломков выбуренной породы улучшается. Практикой установлено, что для обычных глинистых растворов это отношение должно находиться в пределах:

τ₀ /η=2÷3

При бурении под кондуктор и промежуточные колонны необходимо улучшить условия выноса обломков, целесообразно поддерживать τ₀ /η=3.