Существующая проблема. Анализ результатов роторного бурения наклонно направленных скважин показал, что проводка сложно построенных проектных траекторий профилей (отходы от вертикали более 3000 м) в местах зенитного угла от 50 до 75 градусов в 25-30 % случаев сопровождается скоплением выбуренной породы на нижней стенке, образованием уступов и желобов, обуславливающих формирование «шламовых дюн» и «шламовых пробок».

Идея работы. При доводке осевой нагрузки в наклонно направленной (НН) скважине к забою, в результате контролируемого баклинга (изгиба), используя лишь механику бурильной колонны (БК) и гидравлику бурового раствора (БР), без применения специальных устройств, оказывающих положительное влияние на очистку скважины, достигается гидромеханическое разрушение шламовых пробок и улучшение выноса разрушенных частиц, а также предотвращаются осложнения, связанные с образованием шламовых пробок.

Детали исследования. Для изучения влияния баклинга БК и режимных параметров бурения на разрушение шламовых пробок и очистку НН скважин от шлама был разработан нестандартный экспериментальный стенд (рис. 1) и методика проведения исследований. Проведено планирование 2 серий многофакторных многоуровневых экспериментов по плану полного факторного эксперимента (N = 3⁴).

Экспериментальными исследованиями подтверждено положительное воздействие БК, находящейся в состоянии продольного изгиба, на разрушение шламовых пробок и улучшение очистки НН скважин.

Анализ данных качества очистки скважин, в зависимости от зенитного угла α, подтверждает наличие критического угла α = 55° в зоне с диапазоном 45°÷60°, в которой отмечается максимальная сложность при транспорте частиц шлама на дневную поверхность – уменьшение выноса частиц до 40÷60%.

При проведении серии экспериментов №1 (ньютоновская жидкость) установлено повышение эффективности выноса шлама до значений в 8 раз, при максимальном расходе БР, частоте вращения n = 0,83÷2,50  с^-1 и наличии 3 полуволн БК, в сравнении с прямой БК и БК с 1 полуволной. А при проведении серии экспериментов №2 (псевдопластичная жидкость), при прочих равных условиях, установлено увеличение выноса шлама до 36%.

При анализе экспериментальных данных было установлено, что с увеличением плотности с 1001 до 1035 кг/м³, вязкости с 0,941 до 40,283 мПа·с и ДНС с 0 до 16,92 Па, при промывке с расходом Q = 1,25·10^-3 м³/с, варьировании частоты вращения БК n = 0,83÷2,50 с^-1 и наличии 1-й и 3-х полуволн БК, вынос шлама увеличивается в 4÷13 раз.

Увеличение количества шлама на ситах подтверждало улучшение очистки, кроме этого было видно, что БК, находящаяся в состоянии контролируемого баклинга, оказывает «двойное» гидромеханическое воздействие на шламовую пробку и на частицы, осевшие на нижней стенки скважины.

В общей сложности получено 54 математические модели, описывающие изменение качества очистки скважины от частиц шлама в зависимости от варьируемых параметров. Для обработки результатов экспериментов, корреляционно-регрессионного и дисперсионного анализов использовалось ПО «Statistica 13» и «MS Office Excel».

Заключение. Разработан нестандартный экспериментальный стенд и методика проведения исследований. Данное исследование является фундаментальным, поскольку впервые рассмотрен вопрос о позитивном аспекте потери устойчивости БК, а также установлено положительное влияние баклинга БК на эффективность очистки от шлама, с учетом параметров бурения, технологических и реологических свойств БР, а также угла наклона скважины.

Представленное технико-технологическое решение осуществления гидромеханического способа разрушения застойных шламовых зон является концептом и требует дальнейшего изучения с последующей разработкой экспериментальных бурильных труб на основе оптоволоконной решётки Брэгга (ВБР), являющихся квазираспределенной дифференциальной измерительной системой.