Одна з головних функцій циркулюючого бурового розчину - очищення забою і стовбура свердловини від продуктів руйнування гірської породи. Від ефективності виконання цієї функції значною мірою залежить швидкість проходки свердловини. Однак в ряді випадків при бурінні м'яких і середніх порід набагато більше на швидкість буріння впливає інший фактор циркуляції - ефект розмиву вибою (іноді називають «гідромоніторний» ефект): зі збільшенням швидкості витікання бурового розчину з насадок долота швидкість буріння збільшується.
Швидкість і режим циркуляції бурового розчину визначають інтенсивність розмиву вибою потоком, значення диференціального тиску на вибої, якість очищення забою і стовбура від зруйнованої породи, ступінь розмиву свердловини, енергетичні витрати на циркуляцію, тобто то, що прямо впливає на швидкість буріння свердловин.
З підвищенням продуктивності промивання буде інтенсифікувати розмив породи на забої, поліпшуватися видалення шламу з вибою, при цьому швидкість буріння повинна збільшуватися. Однак виникають також негативні моменти: підвищується диференціальне тиск на забої за рахунок збільшення втрат напору в кільцевому просторі і тиску падаючої на забій струменя бурового розчину, інтенсифікується процес розмиву стінок стовбура свердловини висхідним потоком, ростуть енергетичні витрати на циркуляцію, можуть виникнути поглинання бурового розчину.
Таким чином, при виборі гідравлічної програми промивання свердловини для кожного конкретного випадку має бути прийняте компромісне рішення, що дозволяє досягти високих швидкостей буріння при мінімальних витратах на процес буріння. При цьому швидкість і напрямок закінчення бурового розчину з насадок долота, режим циркуляції під долотом в кільцевому просторі свердловини, диференціальне гідродинамічний тиск на забої - основні показники промивки, що впливають на ефективність процесу буріння.
З вітчизняної і зарубіжної практики буріння свердловин відомо, що в міру збільшення швидкості витікання бурового розчину з отворів долота руйнування забою долотом інтенсифікується. Це обумовлено, з одного боку, збільшенням кількості що подається до забою промивної рідини, а з іншого - збільшенням кінетичної енергії струменя, бомбардуючої поверхні забою. Механічна швидкість проходки тісно корелюється з гідравлічною потужністю, спрацьовує на долоті, і зі швидкістю струменя бурового розчину в насадках долота: зі збільшенням цих параметрів механічна швидкість проходки збільшується.
На ефективність розмиву породи гідромоніторної струменем значно впливає гідростатичний тиск: зі збільшенням його ефективність розмиву вибою струменем знижується. Але якщо з технологічної точки зору позитивна роль високошвидкісний струменя в руйнуванні породи долотом очевидна, то доцільність застосування гідромоніторних доліт при бурінні в різних геологічних умовах визначається насамперед міцності разбуріваемих порід.
Експериментальним шляхом встановлено, що при дії гідромоніторної струменя на забій свердловини можуть спостерігатися три, а іноді і чотири приватних ефекту, в сукупності визначають роль струменя в руйнуванні забою.
Перший - ефект змиву з забою сколених частинок породи (шламової подушки). Він визначається не стільки силою удару струменя об забій, скільки режимом течії промивної рідини в поддолотной зоні.
Другий полягає у виїмці недоразрушенной породи і в руйнуванні перемичок між лунками, що утворилися під зубцями долота.
Третій полягає в безпосередньому руйнуванні струменем материнської породи.
Четвертий ефект впливу гідромоніторної струменя: зі збільшенням швидкості взаємодії струменя з забоєм проникних гірських порід зростає інтенсивність змиву глинистої кірки, що обумовлює зростання тиску на глибині руйнування і знижує напруги в скелеті породи. В результаті полегшуються умови і ефективність руйнування гірських порід.
Приватні гідромоніторного ефекти залежать від відповідного поєднання твердості і проникності породи. При цьому сумарний гідромоніторний ефект для однієї і тієї ж породи не є монотонною залежністю від питомої тиску струменя на забій, а являє собою змінюють один одного ділянки посилення і ослаблення ефекту, а значення питомого тиску, що відповідають цим ділянкам, залежать від твердості і суцільності породи.
Отже, вдосконалення гідравлічної програми промивання свердловин - важливий резерв підвищення швидкостей буріння, особливо в м'яких і середніх породах при використанні гідромоніторних доліт.
Після встановлення впливу різних показників технологічного процесу промивання на швидкості буріння свердловин з'являється можливість сформулювати основні вимоги до бурових розчинів, які випливають з необхідності забезпечення в процесі буріння:
· Мінімального диференціального тиску на вибої;
· Мінімальної товщини фільтраційно-шламової подушки на забої;
· Досконалої очищення забою від уламків зруйнованої долотом породи;
· Максимальної сили удару об забій струменя бурового розчину, що випливає з насадок долота.
З позицій досягнення найкращих показників роботи доліт і підвищення швидкостей буріння свердловин до бурових розчинів можна пред'явити наступні основні вимоги:
· Рідка основа бурових розчинів повинна бути мало в'язкою і мати низьке значення поверхневого натягу на кордоні з гірськими породами;
· У твердій фазі бурового розчину концентрація глинистих частинок повинна бути мінімальною, а середньозважене за обсягом значення щільності твердої фази - максимальної;
· Бурові розчини повинні бути недіспергирующего під впливом зміни термодинамічних умов в свердловинах. Вони повинні володіти стабільними показниками технологічних властивостей;
· Бурові розчини повинні бути хімічно нейтральними по відношенню до разбуріваемая породам, не викликати їх диспергування і набрякання;
· Бурові розчини не повинні бути багатокомпонентними системами, а використовувані для регулювання їх властивостей хімічні реагенти, наповнювачі та добавки повинні забезпечувати спрямована зміна кожного технологічного показника при незмінних інших показниках;
· Бажано, щоб бурові розчини в своєму складі мали не менше 10% змащувальних добавок, а також містили газоподібну фазу.
Природно, ці загальні вимоги не є догмою, а їх виконання багато в чому залежить від геолого-технічних умов буріння. Однак вони дозволяють вибрати саме той розчин, який не тільки виключить ускладнення і аварії в свердловині, а й забезпечить високі швидкості її буріння. При цьому, звичайно, в кожному конкретному випадку необхідно вирішувати комплексну задачу про доцільність застосування того чи іншого розчину з урахуванням технічної озброєності бурової установки, оперативності постачання її матеріалами, кваліфікації працівників, географічного положення свердловини і т.д.
Виконання на практиці сформульованих загальних вимог до бурового розчину необхідно, але недостатньо для вибору бурового розчину з метою забезпечити збереження проникності продуктивного горизонту.
Безумовно, тільки реалізація найбільш повного комплексу запропонованих заходів дозволить досягти помітного підвищення ефективності буріння свердловин. Використання лише деяких заходів навряд чи дозволить досягти стабільного технологічного та економічного ефекту.