|
ному слоям. Учитывая небольшое расстояние от торца насадки до преграды (расстояние в мм, а скорость.— десятки м/с), времени на активацию частицы на этом отрезке недостаточнб. Поэтому ко входу в поры ц каналы пористых сред подходят твердые частицы с адсорбционными и диффузными слоями. Если размеры пор и каналов превышают размеры твердых частиц, то в поры и каналы могут войти твердые частицы вместе с адсорбционными и диффузными слоями в связи с их упругой деформацией. В этом случае разрушение адгезионных слоев на поверхности скелета породы невозможно, так как будет присутствовать лишь трение жцдкости о жидкость. Внутрь пористой среды будет протачиваться жидкость, находящаяся в порах и каналах в подвижном состоянии. Если размеры пор и канатов меньше размеров твердой частицы, то только в этом случае могут происходить разрушение адсорбционных и диффузных слоев и дисиергация твердых частиц. В этом случае (при входе в поры и канаты пористой среды) твердыеластицы могут разрушать адгезионные слои на поверхности скелета породы и образовывать прямые (непосредственные) связи с породой. Таким образом, при струйной обработке стенок к поверхности пористой среды подходит твердая частица с адсорбционным и диффузным слоями, которой сообщена кинетическая энергия высокоскоростной струи бурового раствора, и ее дальнейшее движение связано с соотношением размеров частицы и пор и каналов пористой среды. На базе стендовых исследований [1, 36] установлено, что при скоростях истечения бурового раствора менее 40 м/с разрушения горных пород не происходит, но согласно [24] при таких скоростях не происходит и существенного повышения герметичности пластов, так как минимальная скорость истечения бурового раствора должна быть V >60 м/с. Таким образом, скорость истечения бурового раствора в приведенном примере должна быть в пределах 60 <1 $5 м/с, а перепад давления на долоте 2,2 <Рд ^>,4 МПа, чем и регламентируется область эффективного применения струйной кольматации. 4.3 Струйно-волновая кольматация Область применения струйно-волновой кольматации может быть достаточно широкой, но для нашего случая рекомендуется се использование при обработке слабосцементированных песчаников и чередующихся с песчаниками глинистых пропластков с целью предупреждения размыва скелета породы высоконапорными струями промывочной жидкости. Объясняется это тем, что при сравнительно низких линейных скоростях потока разноплотностных частиц глинистого раствора, проходящего через струйно-волновой кольмататор, настроенный определенным образом на использование резонансных явлений, эффективность кольматации достаточно высока. Базируется эта технология на научных основах волновой механики с использованием нелинейных эффектов в различных резонансных режимах подробно описанных в главе 3. 98 |
Из выражения (3.2) видно, что уровень кинетической энергии, передаваемой твердой частице струей бурового раствора, зависит от плотности частицы, диаметра твердой частицы в третьей степени и скорости движения во второй степени. Из (3.2) следует, что в одном и том же потоке бурового раствора более крупная твердая частица приобретает более высокий уровень кинетической энергии. Вероятно, это является одной из причин неоднозначности результатов применения струйной обработки стенок. В тех случаях, когда скелет породы не подвергается разрушению от воздействия крупной твердой частицы, происходит заполнение (закупоривание) пор и каналов, увеличивается герметичность пласта. Когда скелет породы разрушается от воздействия крупной твердой частицы, наряду с заполнением (закупориванием) пор и каналов происходит их разрушение, в результате чего проницаемость пласта не уменьшается, а в отдельных случаях может возрастать. В рыхлых породах, слабосцементированных песчаниках возможно увеличение диаметра ствола скважины. Следует отметить, что струя бурового раствора сообщает кинетическую энергию не только твердой частице. В буровом растворе каждая частица окружена адсорбционным и диффузным слоями, т.е. образуется мицелла, что придает стабильность раствору, так как диффузные слои обеспечивают состояние статического и динамического равновесия системы. Следовательно, струя передает кинетическую энергию и твердой частице, и адсорбционному и диффузному слоям. Учитывая небольшое расстояние от торца насадки до преграды (расстояние в мм, а скорость — десятки м/с), времени на активацию частицы на этом отрезке недостаточно. Поэтому ко входу в поры и каналы пористых сред подходят твердые частицы с адсорбционными и диффузными слоями. Если размеры пор и каналов превышают размеры твердых частиц, то в поры и каналы могут войти твердые частицы вместе с адсорбционными и диф68 У фузными слоями в связи с их упругой деформацией. В этом случае разрушение адгезионных слоев на поверхности скелета породы невозможно, так как будет присутствовать лишь трение жидкости о жидкость. Внутрь пористой среды будет проталкиваться жидкость, находящаяся в порах и каналах в подвижном состоянии. Если размеры пор и каналов меньше размеров твердой частицы, то только в этом случае могут происходить разрушение адсорбционных и диффузных слоев и диспергация твердых частиц. В этом случае (при входе в поры и каналы пористой среды) твердые частицы могут разрушать адгезионные слои на поверхности скелета породы и образовывать прямые (непосредственные) связи с породой. Таким образом, при струйной обработке стенок к поверхности пористой среды подходит твердая частица с адсорбционным и диффузным слоями, которой сообщена кинетическая энергия высокоскоростной струи бурового раствора, и ее дальнейшее движение связано с соотношением размеров частицы и пор и каналов пористой среды. На базе стендовых исследований [1, 36] установлено, что при скоростях истечения бурового раствора менее 40 м/с разрушения горных пород не происходит, но согласно [24] при таких скоростях не происходит и существенного повышения герметичности пластов, так как минимальная скорость истечения бурового раствора должна быть V ^60 м/с. Таким образом, скорость истечения бурового раствора в приведенном примере должна быть в пределах 60 3^5 м/с, а перепад давления на долоте 2,2 <Рд ^5,4 МПа, чем и регламентируется область эффективного применения струйной кольматации. 3. 3. Струйно-волновая кольматация Область применения струйно-волновой кольматации может быть достаточно широкой, но для нашего случая рекомендуется ее использование при обработке слабосцементированных песчаников и че69 70 редующихся с песчаниками глинистых пропластков с целью предупреждения размыва скелета породы высоконапорными струями промывочной жидкости. Объясняется это тем, что при сравнительно низких линейных скоростях потока разноплотностных частиц глинистого раствора, проходящего через струйно -волновой кольмататор, настроенный определенным образом на использование резонансных явлений, эффективность кольматации достаточно высока. Базируется эта технология на научных основах волновой механики с использованием нелинейных эффектов в различных резонансных режимах. Часть работ сделана по нашему заказу коллективом научного центра нелинейной волновой механики и технологий РАН под руководством академика РАН, профессора Р.Ф. Ганиева. Основная идея волновых технологий заключена в том, чтобы преобразовать вибрационные воздействия в односторонне-направленное монотонное движение, реализующее необходимый технологический процесс. Для описания такого рода процессов обычно используются механические и математические модели. Простейшей из них является движение взвешенных в жидкости частиц в волновых полях. Для математического описания происходящих при этом динамических процессов используется модель многофазной среды «жидкость твердые частицы». Уравнения движения такой среды могут быть записаны следующим образом: ^ + сУ/У(р,\?,)=0 дх ^/+(,-)фх.)]+Р((з 3) рг=соп$1 ^+ ^ = 1 1= 1,2 7 = 3 / р1 р2 Р = Р{р°,с) |