Роль температурного фактора и теплофизических свойств промывочной среды в процессе бурения

Теплообменные процессы при бурении скважин в многолетней мерзлоте.

1.1. Роль температурного фактора и теплофизических свойств промывочной среды в процессе бурения

В связи с распространением буровых работ в разнообразных географических районах и природных условиях, возникновением и развитием новых технических средств и технологии проходки скважин (мелкоалмазный буровой инструмент, высокоскоростные буровые станки, снаряды со съемными керноприемниками, применение для очистки забоя газообразных агентов, незамерзающих жидкостей, полимерных и аэрированных растворов, стабилизированной пены, термомеханические и тепловые способы разрушения пород, их замораживание в процессе бурения и др.), интенсификацией буровых процессов, резким увеличением реализуемой на забое мощности, увеличением глубин разведочных и эксплуатационных скважин до 6 тыс. м и более, в связи с проблемой достижения мантии Земли температурный фактор в современных условиях приобретает все более важное значение. Во многих случаях температура циркулирующей в скважине промывочной среды становится одним из основных параметров режима бурения, определяющим не только производительность и качество, но часто и саму возможность успешной проходки скважин.

Важность тщательного учета, регулирования и использования температурного фактора особенно остро проявляется в условиях Севера и Северо-Востока, в области распространения многолетнемерзлых пород, как при колонковом разведочном бурении на твердые полезные ископаемые или в целях инженерных изысканий, так и при глубоком вращательном бурении на нефть и газ. Наличие мерзлоты в разрезе предъявляет ряд специфических требований к технологии проходки и крепления скважин.

Высокая чувствительность сцементированных льдом рыхлых отложений и разрушенных коренных скальных пород к нарушению их температурного и агрегатного состояния, определяющее влияние аккумулированного горными породами холода на ствол скважины и протекающие в нем процессы являются причинами частых, разнообразных по своей природе и тяжелых по последствиям осложнений.

Главной причиной этих осложнений является недоучет температурного фактора, нарушение нормального температурного режима скважины, при котором интенсивность теплообменных процессов между мерзлыми породами и циркулирующей в скважине промывочной средой остается в допустимых пределах, не вызывающих нарушения их фазового состояния.

Задача надежного предупреждения осложнений, обоснования и отработки рациональной и эффективной технологии бурения и мерзлых породах исключает односторонний подход. Необходимо постоянно учитывать тепловое взаимодействие промывочной среды и мерзлых пород. Примерами неверного подхода являются изве-мпые в практике попытки применять нагретую воду или глини-« пай раствор в целях борьбы с замерзанием, что приводило к нарушению связности сцементированных льдом пород и их обрушению, обвалам и тяжелым авариям. Значительно результативнее оказалось применение солевых и подсоленных глинистых растворов, но и в этих случаях осложнения не устранялись полностью и I за недоучета необходимости поддерживать температуру расторг в должных пределах и растворяющего действия соли на лед [20].

Возможность искусственного регулирования температуры и стволе бурящейся скважины решающим образом зависит от теп-юфизических свойств промывочной среды. Замена замерзающей при 0°С воды не замерзающим при естественной температуре мерзлоты (до —15°С максимально) достаточно концентрированным водным раствором NаС1 или СаС12, беспарафинным дизельным топливом или воздухом еще не решает задачи, не обеспечи-нает нормального температурного режима скважины при бурении и мерзлоте. Даже охлаждение той или иной незамерзающей промывочной среды на поверхности за счет теплообмена с атмосферным воздухом или мерзлыми породами не гарантирует от осложнений и аварий без знания особенности теплообменных процессов -в стволе бурящейся скважины, характера распределения температуры по глубине. Температура жидкой или газообразной промывочной среды различна в каждой точке циркуляционной системы скважины, является результатом нестационарного (зависящего от времени, продолжительности процесса) теплообмена между окружающим скважину массивом мерзлых или «морозных» пород и циркулирующей в скважине промывочной среды и зависит от физических и теплофизических свойств последней. Знание этих свойств для обеспечения нормальной технологии бурения в мерзлых породах недостаточно без знания и учета основных закономерностей теплообмена в бурящейся скважине.

Читать полностью : Бурение скважин в мерзлых породах

1 комментарий к “Роль температурного фактора и теплофизических свойств промывочной среды в процессе бурения

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *

Вы можете использовать это HTMLтеги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>