Часть 7
Забойное давление
Важно разобраться, почему на забой действует не все давление, создаваемое насосным оборудованием, а лишь его часть (при прямой промывке – потери в кольцевом пространстве).
Это связано с действием вектора сил сопротивления (трения).
Насос должен создавать такое давление (прикладывать такую силу), чтобы преодолеть суммарные внутренние и внешние силы трения в циркуляционной системе. Следовательно, можно считать, что на выходе из насоса на жидкость создается именно то давление, что мы видим на манометре. Это своего рода запас энергии, которым наделяется условная порция (сколь угодно малая) бурового раствора от насоса.
Но при движении по обвязке циркуляционной системы, бурильному инструменту, кольцевому пространству возникает эффект «платной автомагистрали» - та самая «условная порция бурового раствора» тратит полученную от насоса энергию на преодоление сил трения во всех элементах системы.
То, если бы могли поставить манометры на насосе, стояке, входе в верхний привод, окончании секции бурильных труб, окончании секции ТБТ и прочих элементов бурильной колонны, то мы бы видели последовательно снижение давления от элемента к элементу на величину равную перепаду давления для прохождения через него.
Перепад давления – это давление (усилие), которое необходимо, чтобы прокачать порцию заданной жидкости через какой-то канал (разница между давлением на входе и на выходе).
Таким образом, при движении по поверхности и вниз по бурильной колонне буровой раствор не может оказывать давление на забой преодолеваемыми гидравлическими сопротивлениями, поскольку вектор их направлен в противоположную сторону.
С другой стороны, после того, как буровой раствор выходит из долота и направляется к устью скважины по кольцевому пространству – вектор сил трения будет направлен в сторону забоя и будет создавать то самое дополнительное давление на забой, которое определяет величину забойного давления при циркуляции.
Важно понимать, что величина гидравлических сопротивлений зависит от множества факторов:
- Геометрические параметры (диаметр, длина) всех элементов, по которым циркулирует жидкость;
- Шероховатость контактных с жидкостью поверхностей;
- Дополнительные перепады давления, создаваемые элементами системы (ВЗД, осциллятор, долото);
- Параметры прокачиваемой жидкости (плотность, вязкость);
- Скорость прокачки жидкости (расход насоса).
Из представленных параметров наиболее оперативно управляемыми в процессе бурения являются: расход бурового насоса и параметры прокачиваемой жидкости. Причем изменение давления будет в случае изменения плотности бурового раствора прямопорционально отношению новой и старой плотности, а при изменении скорости циркуляции на насосе – прямопорционально квадрату отношения новой и старой скоростей насоса.