Некоторые аспекты научно-технического обеспечения строительства горизонтальных скважин, страница 7

Известно, что нагрузка на долото в горизонтальных скважинах зависит от сил сопротивления подаче бурильной колонны. Силы сопротивления определяются, в свою очередь, трением, адгезией и взаимодействием с механическими препятствиями в виде скопле­ний шлама и неровностей ствола в кавернозных зонах.

Указанные механизмы взаимодействия бурильной колонны со стенками скважины и скоплениями шлама связаны с силами кон­тактного давления колонны, которые зависят от плотности мате­риала труб и бурового раствора, диаметра труб и ствола, зенитного угла и интенсивности искривления скважины, а также осевых сил продольного изгиба колонны.

Технологические мероприятия, направленные на оптимиза­цию сил контактного давления, являются одной из составляющих

15

управления созданием нагрузки на долото в горизонтальном ство­ле.

В данной работе основное внимание сконцентрировано на другой группе факторов, которая определяет коэффициент трения и явления адгезии. Прочие условия, к которым относятся силы кон= тактного давления и взаимодействия колонны с механическими препятствиями, предполагаются во всех рассматриваемых случаях одинаковыми. Вместе с тем, при оценке методов снижения коэф­фициентов трения целесообразно учитывать их способность пре­дупреждать образование механических препятствий.

К основным известным методам снижения коэффициента трения и явлений адгезии относятся применение смазывающих добавок к буровому раствору, введение в буровой раствор инертно­го наполнителя в виде стеклогранул и возбуждение колебаний бу­рильной колонны [1, 2, 3].

Действие первых двух методов распространяется на всю бу­рильную колонну, в то время как зона действия третьего метода при бурении горизонтальной скважины может быть ограничена частью бурильной колонны.

Хотя на практике эти методы можно применять в раз­личных комбинациях, здесь для упрощения анализа рассмотрим каждый из них в отдельности.

Смазывающая добавка к буровому раствору улучшает па­раметры слоя жидкости между элементами пары трения. Причем в существующем диапазоне скорости движения бурильной колонны относительно стенок скважины действие смазывающей добавки практически не изменяется.

Особенность применения смазывающей добавки состоит в том том, что наряду с благоприятным влиянием на снижение сил трения, прочности скоплений шлама и увеличения долговечности долота, забойного двигателя и буровых насосов, на практике заме­чено отрицательное влияние добавок на эффективность разруше­ния пород из-за уменьшения расклинивающего действия фильтра­та. Кроме того, на практике отмечено, что смазывающие добавки способствуют накоплению шлама в скважине [4].

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что мероприятия по снижению сил трения путем ввода смазочных добавок в конкретных условиях должны быть тщательно разрабо­таны. Кроме того, эффективность этого метода не идет ни в какое сравнение с эффективностью вращения бурильной колонны.

Стеклогранулы, вводимые в раствор, снижают шерохова­тость, присущую одному элементу пары трения - породе. Кроме

16

того, они уменьшают внедрение бурильной колонны в глинистую корку и площадь контакта стенки и труб. Благодаря этому умень­шаются эффект прилипания за счёт перепада давления и осевые силы для сдвига внутреннего слоя глинистой корки, контактирую­щего с трубами. Как и первый метод, введение стеклогранул усту­пает по эффективности методу, реализуемому с вращением бу­рильной колонны. Кроме того, реализация этих методов требует затрат дополнительной энергии.

В отличие от двух первых методов, влияние колебаний бу­рильной колонны на силы трения проявляется во всех отдельных механизмах действия: улучшаются параметры смазывающего слоя, снижаются шероховатость породы, циклически меняется площадь контакта труб со стенками скважины и увеличивается скорость пе­ремещения бурильной колонны относительно стенки скважины по сравнению со скоростью подачи колонны.