Дудич І. Ф. Удосконалення технології промивання скерованих свердловин

Дисертацію присвячено удосконаленню технології очищення свердловин від шламу з метою підвищення ефективності промивання свердловин. Для реалізації поставлених завдань проаналізовано особливості промивання скерованих свердловин і виділено основні відмінності порівняно із промиванням вертикальних свердловин. Розглянуто причини неефективного очищення стовбура свердловини і чинники, що можуть впливати на це. Проаналізовано можливість застосування імпульсних технологій в процесі буріння. Встановлено, що застосування імпульсної течії промивальної рідини позитивно впливає на процес руйнування гірської породи і ефективне її транспортування на денну поверхню. З’ясовано, що найбільш поширеними ускладненнями процесу промивання є обвалювання та осипання стінок свердловини, що призводить до утворення додаткових частинок гірської породи та їх потрапляння у промивальну рідину, ускладнюючи процес очищення свердловин від шламу. Проаналізовано застосування різних типів промивальних рідин для підвищення стійкості стінок свердловини серед яких найперспективнішими вважаються силікатні інгібовані бурові розчини. Розглянуто математичну модель процесу виносу шламу зі свердловини на основі класичних результатів течії Пуазейля, а також модель, що описує збурення зони у кільцевому просторі свердловини внаслідок дії резонансних та передрезонансних ефектів. На основі принципу незалежності рухів розроблено математичну модель коливальних вібрацій у двофазному середовищі течії промивальної рідини із вибуреною породою вздовж осі стовбура свердловини. Для виконання розрахунків згідно з проведеними аналітичними дослідженнями складено програму у середовищі JavaScript, яка дає змогу дослідити зміни власного віброзміщення двофазного середовища від часу. З використанням програми досліджено вплив концентрації шламу та віддалі від джерела імпульсів на частоту та амплітуду пульсацій у результаті чого встановлено, що зі збільшенням віддалі частота пульсацій зменшується в гіперболічній залежності внаслідок їх затухання. Збільшення концентрації шламу в промивальній рідині зменшує амплітуду пульсацій. На основі положень теорії подібності і розмірностей для моделювання процесу промивання свердловин в лабораторних умовах сконструйовано експериментальну установку. Побудовано плани експериментів для багатофакторної оцінки впливу перелічених вище чинників на транспортування шламу в кільцевому просторі на основі методів Тагучі та латинських квадратів. З використанням лабораторної установки проведено дослідження для визначення значущості впливу параметрів і їх діапазону зміни на об’єм шламу, що осів на нижній стінці стовбура свердловини: витрати промивальної рідини; ексцентриситету бурильної колони у свердловині; пластичної в’язкості; діаметра частинок гірської породи; частоти пульсацій; обертання бурильної колони; повздовжнього руху бурильної колони. За результатами експериментальних досліджень виділено фактори із найбільшою взаємозалежністю між собою, а саме: частота пульсацій, витрата промивальної рідини і пластична в’язкість. Досліджено ефективність застосування пульсуючої течії на виносну здатність промивальної рідини по горизонтальній ділянці стовбура свердловини. Встановлено, що застосування пульсацій ефективно зменшує об’єм осідання гірської породи в кільцевому перерізі при невеликих значеннях величини витрати рідини. Створення пульсацій частотою 10-20 Гц зменшує об’єм шламу в кільцевому просторі, що осів удвічі за мінімальних значень витрати рідини. Розроблено конструкцію вибійного пульсатора тиску для створення пульсуючої течії промивальної рідини. Пристрій встановлюється у компоновку низу бурильної колони, створюючи таким чином пульсації тиску рідини на вибої свердловини із можливістю поширення по кільцевому простору. Конструкція пристрою дає змогу регулювати швидкість обертання ротора силового блоку у технологічно обґрунтованих межах для забезпечення частотних параметрів імпульсів тиску в межах (11÷15) Гц. Для підвищення стійкості стінок свердловини та запобігання утворенню додаткових частинок гірської породи і їх потраплянню в промивальну рідину розроблено безглинистий біополімер-силікатний буровий розчин, базова рецептура якого захищена патентом України. На основі базової рецептури і аналізу геолого-технічних умов буріння проведено підбір рецептури біополімер-силікатного бурового розчину для буріння інтервалу 410-1550 м свердловини Грабинська 9.