vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Часть III. Раздел 17. Гидромониторные струи и их воздействие на разрушаемую долотом породу

17.3. Исследование влияния природных и технологических факторов на характеристики фильтрационных потоков на забое скважины

Ниже приводятся результаты численного эксперимента по определению влияния дифференциального давления и перепада давления на долоте на процессы забойной фильтрации.

На рис. 17.8 приведены результаты расчетов vф при различных значениях дифференциального давления (от 0 до 22,5 МПа). Оказалось, что даже при весьма высоких значениях pдиф не может “подавить” обратную фильтрацию. Чтобы полностью подавить vф, в эксперименте пришлось “создать” pдиф = 22,5 МПа, что в несколько раз превышает величину гидродинамического давления струи на забой. С увеличением pдиф уменьшаются скорость и продолжительность обратной фильтрации. При малых дифференциальных давлениях (0...1,5 МПа) обратная фильтрация сохраняется вплоть до начала разрушения породы шарошкой, идущей вслед за струей ( = 1). При pдиф =3,2 МПа последнее уже не наблюдается. Этот результат имеет важнейшее значение. Дело в том, что при pдиф< 3 МПа гидромониторная струя в состоянии не только обеспечить возникновение обратной фильтрации, но и сохранить ее до “прихода” струи, подготавливая тем самым более благоприятные условия для разрушения забоя зубьями долота. Напротив, при повышенных дифференциальных давлениях струи обеспечивают создание только обратной фильтрации, способствуя отделению частиц породы от забоя в полосе “обработки” его давлением.

давление, МПа

39							3,4
			1				3
			2
38							2,6
							2,2
37							1,8
36							1,4
			pуд = 0,21				1
35		3,2					0,6
		=			v ф = 0		0,2
		диф					-0,2
34		p
							-0,6
33							-1
				pпл = 32,4
							-1,4
32							-1,8
0	50	100	150	200		250
		расстояние от забоя, мм

скорость фильтрации, мм/с

Рис. 17.7. Распределение давления и скорости фильтрации в массиве породы (условия расчета те же, что на рис. 17.6):

1 - давление; 2 - скорость фильтрации.

Данные на рис. 17.8 приводят к следующим выводам:

Влияние гидромониторных струй на работу шарошечных долот проявляется в создании обратной фильтрации (1-й эффект) и уменьшении градиента давления, вплоть до поддержания состоянии депрессии (при наличии обратной фильтрации) до прихода шарошки в точку наблюдения (2-й эффект).

Чем больше максимум vф, тем сильнее эффект очистки забоя и больше шанс на реальное проявление 2-го эффекта.

Дифференциальное давление практически не в состоянии нейтрализовать проявление 1-го эффекта, но вполне может “уничтожить” надежды на получение второго.

128

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Часть III. Раздел 17. Гидромониторные струи и их воздействие на разрушаемую долотом породу

Для достижения наибольшего результата от применения гидромониторных долот необходимо проявление обоих эффектов, и самым надежным путем достижения этого является уменьшение дифференциального давления. Следовательно, минимизация плотности бурового раствора и уменьшение гидравлических сопротивлений в заколонном пространстве и в циркуляционной системе являются непременными условиями эффективного применения высоконапорных струй в бурении. Полученные результаты хорошо объясняют, почему наибольший эффект от гидромониторных долот получают либо на ограниченных глубинах, либо при промывке скважины буровыми растворами с малым содержанием твердой и коллоидной фаз.

скорость фильтрации, мм/с

1,4
		дифференциальное			шарошкой
1,2			давление,	МПа
1			0
			1,5
					породы
0,8			3,2
			7,5		разрушение
0,6			10,2
			15
0,4			22,5
0,2
0
-0,2
0,82	0,86	0,9	0,94	0,98	1,02
		поворот долота, об

Рис. 17.8. Влияние дифференциального давления на скорости фильтрации через плоскость забоя.

Влияние перепада давления на долоте pд на фильтрацию жидкости.

Расчеты выполнены в предположении, что все параметры и условия промывки (длина струи, диаметр насадки, пьезопроводность породы и пр.), за исключением pд, постоянны и соответствуют базовому варианту. Такая постановка задачи является несколько абстрактной (в реальной практике изменение pд требует применения других по диаметру насадок), но она необходима для оценки влияния “в чистом” виде только одного параметра - перепада давления на долоте. На рис. 17.9 приведены результаты расчетов, из которых следует, что увеличение pд является весьма эффективным средством увеличения скорости обратной фильтрации (1-й эффект) и продления ее до прихода шарошки (2-й эффект). Скорость фильтрации возрастает в первом приближении пропорционально pд, если все остальные параметры, в том числе и диаметр струи и форма волны давления, неизменны.

129

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Часть III. Раздел 17. Гидромониторные струи и их воздействие на разрушаемую долотом породу

скорость фильтрации, мм/с

2

1,5
1	струи
0,5	центр
0
-0,5
0,82	0,86

	перепад давления	шарошкой
	на долоте , МПа
	6
	8	породы
	15
	11,4
		момент разрушения

0,9	0,94	0,98	1,02
поворот долота, об

Рис. 17.9. Влияние перепада давления на долоте на скорости фильтрации жидкости через плоскость забоя.

130