Показатели работы долот при росте концентрации дисперсной фазы (твердой фазы) в промывочной жидкости снижаются. Причем, влияние твердой фазы на показатели работы долот зависит от способа бурения: наиболее вредно на работу долот влияет твердая фаза при турбинном бурении (при увеличении концентрации твердой фазы до 10 % механи-ческая скорость Vм снижается в два раза); при роторном способе бурения подобное снижение механической скорости происходит при росте концентрации твердой фазы от 10 до 30 %. Отметим следующее правило: уменьшение содержания твердой фазы в области высоких ее концентраций (например, с 24 до 20 %) приводит к существенно меньшему приросту механической скорости Vм, чем при снижении концентрации твердой фазы с 12 до 8 %. Эта тенденция усиливается по мере дальнейшего снижения содержания твердой фазы в растворе.
Природа воздействия твердой фазы бурового раствора на эффек-тивность разрушения горных пород связывается с ухудшением условий зарождения и распространения трещин, формирующих лунку выкола в горной породе забоя скважины.
Следует отметить и следующие замеченные при бурении скважин факты:
▪ разные материалы, составляющие твердую фазу промывочной жидкости, по-разному влияют на показатели бурения скважин. Например, при увеличении содержания твердой фазы (барит, буровой шлам, глина) на 1 % величина Vм снижается на 2.6 %, 4.8 %, 6.7 %, соответственно (общее содержание твердой фазы 4 - 12 %). Эти цифры наглядно свидетельствуют о том, что в растворе необходимо иметь минимальную концентрацию глинистых частиц, тщательно контролировать их содержа-ние очисткой, разбавлением раствора, заменой его свежеприготовленным;
▪ помимо концентрации твердой фазы на величину механической скорости оказывает влияние и дисперсность дисперсной фазы: с умень-шением дисперсности твердой фазы величина Vм становится меньше.
Влияние вязкости
Имеющиесяданные о влиянии вязкости на механическую скорость бурения не столь определенны, как в случае влияния плотности на величину Vм. В значительной степени это связано со сложностью использования этого понятия в практике бурения. У ньютоновских жидкостей величина коэффициента динамической вязкости остается постоянной при любой скорости сдвига. Но даже при использовании ньютоновской жидкости в качестве промывочной жидкости для оценки подвижности промывочной жидкости используется условная вязкость, характеризующая гидравлические сопротивления при истечении промывочной жидкости из прибора СПВ-5 или стакана Марша через короткую трубку. Величина же времени истечения лишь отдаленно несет информацию о величине коэффициента динамической вязкости жидкости. Следует помнить, что с уменьшением вязкости (условной, динамической, пластической) промывочной жидкости отмечается общий положительный эффект: снижаются энергетические затраты на циркуляцию, улучшается очистка забоя за счет ранней турбулизации потока под долотом, появляется возможность реализовать большую гидравлическую мощность на долоте, уменьшаются потери давления в кольцевом пространстве скважины.
Опыт бурения скважин показывает, что верхний предел условной вязкости, определяемой прибором СПВ-5, не должен превышать 30 с для промывочных жидкостей плотностью до 1,4 г/см3 и 45 с для промывочных жидкостей плотностью, превышающей 1,4 г/см3. Пластическая вязкость для этих же растворов не должна превышать 6 и 10 Па·с, соответственно.
Имеющиеся данные (Башкортостан, Арланское месторождение) сви-детельствуют о том, что с увеличением условной вязкости от 30 до 80 с ме-ханическая скорость бурения снижается на 30 %, а средняя проходка на до-лото – на (20 - 25) %; по данным ВНИИБТ с увеличением условной вяз-кости промывочной жидкости в среднем от (4 - 20) до (8 - 120) с механи-ческая скорость бурения снижается на (20 - 40) %. Особенно заметно это в области повышенных плотностей промывочной жидкости (1,3 - 1,4) г/см3.
Влияние пластической вязкости бурового раствора, являющейся значительно более строгой технологической характеристикой бурового раствора, чем условная вязкость, на эффективность работы долот изучено только в стендовых условиях при бурении горных пород шарошечными долотами малого диаметра и алмазными долотами. Установлено, что величина механической скорости при бурении шарошечными долотами уменьшается с ростом пластической вязкости, но при превышении вязкостью величины 40·10-3 Па·с влияние ее на Vм исчезает. Наибольшее влияние на уменьшение механической скорости вязкость оказывает при возрастании до значения 28·10-3 Па·с.
При стендовом бурении алмазными долотами установлена прямолинейная зависимость между Vм и пластической вязкостью в диапазоне (5,0·10-3 – 30·10-3) Па·с. Стендовые исследования показали, что зависимость механической скорости от пластической вязкости одинакова при скоростях вращения долота 60 и 180 об/мин.