Исследование влияния реологических свойств промывочных жидкостей на эффективность разрушения горных пород при бурении скважин шароструйным способом

 

ISSN 0536-1028 (Print)              ISSN 2686-9853 (Online)  
УДК 622.243.43 DOI: 10.21440/0536-1028-2021-7-25-34


Download

 

Введение. Шароструйный способ бурения, основанный на разрушении горных пород ударами шаров – объект изучения многих ученых. Несмотря на это, реологические свойства промывочной жидкости, применяемой при шароструйном бурении, не были исследованы. Все стендовые и полевые испытания проводились с применением технической воды. Применение промывочной жидкости, обладающей более высокой вязкостью, чем вода, способно потенциально расширить область применения шароструйного бурения. Поэтому актуальность приобретает исследование эффективности разрушения горных пород при использовании промывочных жидкостей, обладающих различными реологическими параметрами.
Цель работы. Исследовать эффективность разрушения горной породы в процессе бурения скважин шароструйным способом при различных реологических параметрах промывочной жидкости.
Методология. При проведении исследований использовался масштабированный лабораторный стенд. Стенд представлял собой замкнутую систему циркуляции промывочной жидкости (бурового раствора). Заготовка раствора осуществлялась отдельно на высокоскоростном миксере. Основная часть стенда представляла собой масштабированное шароструйное долото, находящееся в имитированной скважине. После проведения эксперимента замерялись объем выбуренной породы и реологические параметры промывочной жидкости. Проводилась серия экспериментов с постепенным увеличением вязкости промывочной жидкости. Для загущения промывочной жидкости использовался биополимер (ксантановая смола) в различной концентрации. Измерения реологических параметров бурового раствора производились при
помощи восьмискоростного ротационного вискозиметра и воронки Марша. 
Результаты. Впервые установлена зависимость между эффективностью разрушения горной породы при бурении шароструйным способом и реологическими параметрами применяемой промывочной жидкости. Установлено, что с ростом концентрации биополимера и ростом вязкости сначала происходит значительное увеличение объема выбуренной за единицу времени породы, а при дальнейшем увеличении концентрации – плавное снижение.
Выводы. Полученные результаты расширяют область применения шароструйного бурения. Улучшается достоверность прогнозирования механической скорости бурения скважин в зависимости от изменения свойств промывочной жидкости. На основании результатов сформированы рекомендации к подбору оптимальных параметров промывочной жидкости в зависимости от условий бурения.

Ключевые слова: разрушение горных пород; шароструйное бурение; промывочная жидкость; буровой раствор; условная вязкость; пластическая вязкость; твердые горные породы.

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

  1. Ковалев А. В., Рябчиков С. Я., Алиев Ф. Р., Якушев Д. А., Горбенко В. М. Проблемы гидродинамических способов бурения скважин и основные направления их решения // Известия Томского политехнического университета. 2015. Т. 326. № 3. С. 6–12.
  2. Ковалев А. В., Рябчиков С. Я., Горбенко М. В., Горбенко В. М., Саруев Л. А. Расчет технологических процессов шароструйного бурения в оптимальном режиме разрушения горных пород // Георесурсы. 2016. Т. 18. № 1. С. 102–106. DOI: 10.18599/grs.18.2.5
  3. Kovalyov A. V., Ryabchikov S. Ya., Isaev Ye. D., Ulyanova O. S. Modeling pellet impact drilling process // IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 2016. Vol. 33. Art. 012030. DOI: 10.1088/1755-1315/33/1/012030
  4. Урниш В. В., Ковалев А. В., Горбенко М. В., Саруев Л. А. Разработка конструкции задерживающего устройства для шароструйного бурения скважин с применением улавливающеподпитывающего устройства // Проблемы геологии и освоения недр: тр. XX Междунар. симп. студентов и молодых ученых им. акад. М. А. Усова, Томск, 4–8 апреля, 2016. Томск: ТПУ, 2016. Т. 2. С. 786–788.
  5. Вагапов А. Р., Исаев Е. Д. Испытание шароструйно-эжекторного бурового снаряда на лабораторном стенде на базе станка СКБ-4 // Проблемы геологии и освоения недр: тр. XXI Междунар. симп. им. акад. М. А. Усова, Томск, 3–7 апреля, 2017. Томск: ТПУ, 2017.
    Т. 2. С. 460–461.
  6. Горбенко М. В. Выявление эффективной области применения шароструйно-эжекторных буровых снарядов // Проблемы геологии и освоения недр: тр. XXI Междунар. симп. студентов и молодых ученых им. акад. М. А. Усова, Томск, 3–7 апреля, 2017. Томск: ТПУ, 2017. С. 568–569.
  7. Урниш В. В., Саруев Л. А., Саруев А. Л. Оптимизация режимов шароструйного бурения регулированием расстояния от снаряда до забоя // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2018. Т. 329. № 4. С. 162–170.
  8. Исаев Е. Д. К вопросу перспектив развития шароструйного бурения // Проблемы геологии и освоения недр: тр. XX Междунар. симп. им. акад. М. А. Усова, Томск, 6–10 апреля, 2020. Томск: ТПУ, 2020. Т. 2. С. 451–452.
  9. Eckel I. Е., Dеilу F. H., Ledgerwооd L. W. Development and testing of jet рumр pellet impact drill bits // Transaction AIME. 1956. Vol. 207. P. 15.
  10. Уваков А. Б. Шароструйное бурение. М.: Недра, 1969. 207 с.
  11. Заурбеков С. А. Повышение эффективности призабойных гидродинамических процессов при шароструйном бурении скважин: автореф. дис. … канд. техн. наук. Алматы, 1995. 18 с.
  12. Вяткин С. С. Современное состояние и проблемы развития физических способов бурения // Бурение: матер. докл. XI Всеукр. науч.-техн. конф. студентов, Донецк, 28–29 апреля, 2011. С. 20–22.
  13. Давиденко А. Н., Игнатов А. А. Абразивно-механическое ударное бурение скважин. Днепропетровск: НГУ, 2013. 110 с.
  14. Ярошенко А. В. Резерв повышения производительности физических способов бурения // Форум студентов-буровиков: сб. докл. Всеукр. студ. науч.-техн. конф. Днепропетровск, 2017. С. 7–9.
  15. Штрассер В. В., Стаханов Д. В., Попов А. И. Водоструйный рециркулятор: вопросы теории и практики применения // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. 2016. № 4. С. 159–171.
  16. Mi Swaco. Руководство по буровым растворам для инженеров-технологов. Ред. 2.1. США, 2009. 992 с.
  17. Митчелл Дж. Безаварийное бурение: пер. с англ. М.; Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2017. 344 с.
  18. Евсеев В. Д. Физика разрушения горных пород при бурении нефтяных и газовых скважин. Томск: ТПУ, 2008. 151 с.
  19. Бруй Л. К., Шемлей Н. В., Атвиновская Т. В. Буровые и тампонажные растворы. Гомель: ГГТУ, 2019. 135 с.

Для цитирования: Исаев Е. Д., Кушнер Л. Е. Исследование влияния реологических свойств промывочных жидкостей на эффективность разрушения горных пород при бурении скважин шароструйным способом // Известия вузов. Горный журнал. 2021. № 7. С. 25–34. DOI: 10.21440/0536-1028-2021-7-25-34

Язык сайта

Мы индексируемся в: