Реологические свойства бурового раствора

Скорость осаждения частиц в буровом растворе зависит от его вязкости. Эта зависимость влияет на транспортировку шлама в вертикальных скважинах. Однако после образования шламовой постели на нижней стенке скважины с зенитным углом более 30° изменение реологических свойств бурового раствора мало улучшает вынос шлама. Маловязкие жидкости наиболее эффективны в скважинах с зенитными углами более 30°, так как режим их течения - турбулентный и завихрения потока способствуют выносу шлама.

Для уменьшения гидравлических сопротивлений и обеспечения более плоского профиля скоростей в затрубном пространстве пластическую вязкость следует понизить до минимума. При минимальной вязкости и том же самом расходе промывочной жидкости увеличивается скорость течения ее в наружной части кольцевого пространства. Такой результат легко достигается в скважинах диаметром как 445 (17-1/2"), так и 311 мм (12-1/4"). При использовании растворов на нефтяной основе ввод специальных реагентов - модификаторов реологических свойств придает раствору необходимую вязкость в диапазоне малых скоростей сдвига.

Рис. 1.14. Графическое изображение наиболее известных реологических моделей.

В статье С. Окражи и Дж. Дж. Азара из Универ нефтяников. Август 1986 г. рассмотрена зависимостьпромывочной жидкости от величины зенитного бурильной колонны в скважине. Были четко установлены три диапазона зенитного угла:

0-45° Шлам выносится эффективнее при ламинарном режиме течения. Транспортировка улучшается при повышении реологических свойств, особенно динамического напряжения сдвига

45-55° Ни ламинарный, ни турбулентный режимы не имеют преимуществ друг перед другом. В этом диапазоне наблюдалось соскальзывание вниз шламового осадка.

55-90° Увеличения отношения не приводит к улучшению выноса шлама. Ствол лучше очищается при турбулентном режиме течения.

Повышение реологических свойств совершенно не влияло на несущую способность при турбулентном режиме в любом диапазоне зенитного угла (Рис. 1-14).

Однако при малых зенитных углах и ламинарном режиме течения повышение динамического напряжения сдвига улучшает вынос шлама. (Уменьшает концентрацию выбуренной породы в кольцевое пространстве). (Рис. 1-18).

Рис. 1.15. Влияние динамического напряжения сдвига и режима течения на концентрацию выбуренной породы в кольцевом пространстве.

Рис. 1.16. Зависимость концентрации частиц в кольцевом пространстве от величины отношения (фунт./100 кв.фут./сПз)

При увеличении зенитного угла вынос шлама при ламинарном режиме течения можно улучшить, повысив отношение (Рис. 1.16).

Однако влияние повышения отношения уменьшается при увеличении скорости восходящего потока (Рис. 1.17).

Рис. 1.17. Зависимость степени очистки ствола от величины отношения ) при разных скоростях потока и ламинарном режиме течения.

(Проверить надпись в рисунке)

При зенитных углах до 55° влияние эксцентричного положения бурильных труб в скважине невелико. При углах более 55° и ламинарном режиме течения влияние эксцентричного положения труб становится заметным.

В своей последующей работе «Зависимость выноса шлама от реологических свойств раствора при направленном бурении» (Публикация 19535 Общества Инженеров-нефтяников. Октябрь 1989 г.) Т. Е. Беккер, Дж. Дж. Азар и С. Окражи сделали следующие выводы:

Лучшим параметром, характеризующим несущую способность буровых растворов, является показание ротационного вискозиметра Фэнн при частоте вращения n = 6 об/мин. Другими параметрами, которые могут характеризовать транспортирующую способность растворов, являются:

§ напряжение сдвига в буровом растворе при скорости сдвига, равной ее среднему значению при течении в кольцевом пространстве

§ показание ротационного вискозиметра Фэнн при частоте вращения n = 3 об/мин начальное статическое напряжение сдвига.