О РОЛИ АДГЕЗИИ И ТРЕНИЯ ПРИ ДВИЖЕНИИ БУРИЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА ПО ГОРНЫМ ПОРОДАМ

  Главная        Учебники - Техника         Технологические свойства буровых растворов (Михеев В. Л)

 поиск по сайту     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  ..

 

 

§ 10. О РОЛИ АДГЕЗИИ И ТРЕНИЯ ПРИ ДВИЖЕНИИ БУРИЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА ПО ГОРНЫМ ПОРОДАМ

Основными факторами, противодействующими движению бурильного инструмента в стволе скважины и обусловливающими затяжки и прихваты, считают адгезионные и фрикционные свойства фильтрационных корок, и фактически недооценивают сопротивление движению, вызванное фрикционными свойствами горных пород, слагающих стенки скважины. В то же время значение этих сопротивлений весьма велико. При спуско-подъемных операциях и в процессе углубления скважины бурильные трубы сдирают фильтрационную корку, выдавливают ее со стенки скважины и непосредственно контактируют с горными породами. Чаще всего это происходит в наклонных, искривленных стволах.

В результате трения бурильной колонны в породах образуются желоба, являющиеся предвестниками затяжек и прихватов инструмента.

Адгезию и трение стали труб по породам и грунтам исследовали в основном в горной и угольной промышленности [13, 81 ], и лишь в ограниченном объеме — в бурении [8, 21, 54]. Полученные при этом результаты недостаточны для количественной характеристики процессов прихватообразования потому, что они относятся, как правило, к сухому трению и не учитывают некоторых важных факторов, например перепада давления, влияния среды бурового раствора, природы проходимых бурением горных пород (их проницаемости), а также тех изменений, которые они претерпевают в процессе бурения, взаимодействуя с буровыми растворами, заполняющими скважину.

В связи с этим в качестве исходной была принята концепция о существовании трех принципиально различных механизмов трения и адгезии. Первый свойствен высокогидрофильным породам, активно взаимодействующим с водной фазой и образующим структурированные системы, т. е. всем глинистым породам, которые при контакте с водой образуют обводненные слои вплоть до глинистой пасты. Разрушение структур в этом случае происходит внутри этих слоев на некотором отдалении от поверхности контакта, и трение может характеризоваться как внутреннее. Таким образом, качественно этот механизм аналогичен механизму глинистых фильтрационных корок. Как и фильтрационные корки, глубинные, менее обводненные слои, имеют более прочные структуры и характеризуются большими усилиями отрыва и сдвига.

 

Второй механизм присущ породам менее гидрофильным, на поверхности которых структурированные системы не образуются. В этом случае сдвиг по породам сопровождается обычным внешним трением на поверхностях раздела контакта.

Третий механизм трения и адгезии свойствен высокопроницаемым твердым породам, на которых в скажине при наличии перепада давления образуются глинистые корки. В этом случае сдвиг и адгезия обусловлены структурно-механическими свойствами корки и горной породы и могут характеризоваться как смешанными (внешнее и внутреннее трение). Эти предварительные соображения были нами подтверждены экспериментально.