Основные показатели свойств буровой промывочной жидкости (плотность, вязкость, показатель фильтрации, статическое напряжение сдвига, содержание твердой фазы) взаимосвязаны. Например, с увеличе-нием концентрации твердой фазы в промывочной жидкости возрастает ее плотность, но одновременно снижается показатель фильтрации; обработка промывочной жидкости полимером для уменьшения показателя фильтрации вызывает рост вязкости жидкости и т.п. Нет ни одного химического соединения, вводимого в промывочную жидкость, который бы избирательно изменял лишь один ее параметр. Лишь путем комбинации химических реагентов возможно избирательно регулировать любой показатель промывочной жидкости при фиксированых остальных. По этой причине рассмотрим коротко степень влияния каждого показателя на эффективность разрушения горных пород и механическую скорость бурения. Качественные зависимости механической скорости бурения от

показателей свойств промывочной жидкости приведены на рис. 27.

4.3.1. Влияние плотности. О влиянии плотности промывочной жид-кости на разрушение горных пород при бурении скважины было сказано в подразделе 4.2. К сказанному добавим, что наибольшее изменение механи-ческой скорости бурения происходит при изменении плотности промы-вочной жидкости (на водной основе) от 1,0 до 1,4 г/см³. В зависимости от глубины скважины и механических свойств разбуриваемых горных пород величина V_м при указанном изменении плотности изменяется в 2,0 - 2,5 раза, проходка на долото снижается до 3,5 раз. Приведенные цифры, характеризующие изменения механической скорости бурения и проходки на долото отличает как роторный, так и турбинный способы бурения.

4.3.2. Влияние концентрации твердой фазы.  Показатели работы долот при росте концентрации дисперсионной среды (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 концент-рации твердой фазы 10 % V_м 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 концен-траций (например, с 24 до 20 %) приводит к существенно меньшему при-росту V_м , 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 эффектив-ность разрушения горных пород связывается с ухудшением условий зарождения и распространения трещин, формирующих лунку выкола.

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 V_м  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 содержание 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 V_м становится меньше.

4.3.3. Влияние вязкости. Имеющиеся данные о влиянии вязкости на механическую скорость бурения не столь определенны, как в случае влияния плотности на величину V_м. 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, появ-ляется возможность реализовать большую гидравлическую мощность на долоте, уменьшаются потери давления в кольцевом пространстве скважины.

Опыт бурения скважин показывает, что верхнй 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 механическая скорость бурения снижается на 30 %, а средняя проходка на долото – на (20 - 25) %; по данным ВНИИБТ, с увеличением условной вязкости промывочной жидкости в среднем от (4 - 20) до (8-120) с меха-ническая скорость бурения снижается на (20- 40) %. Особено заметно это в области повышенных плотностей промывочной жидкости (1,3 - 1,4) г/см³ .

Влияние пластической вязкости бурового раствора, являющейся зна-чительно более строгой технологической характеристикой бурового раст-вора, 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 V_м исчезает. Наибольшее влияние на уменьшение механической скорости вязкость оказывает при возрастании до значения 28·10^-3 Па·с.

При стендовом бурении алмазными долотами установлена прямоли-нейная зависимость между V_м  и пластической вязкостью в диапазоне (5,0·10^-3 – 30·10^-3) Па·с. Стендовые исследования показали, что зависи-мость механической скорости от пластической вязкости одинакова при скоростях вращения долота 60 и 180 об/мин.

4.3.4. Влияние показателя фильтрации промывочной жидкости. С точки зрения улучшения разрушения горной породы на забое скважины целесообразно стремиться к увеличению показателя фильтрации промы-вочной жидкости. Его влияние на механическую скорость бурения связы-вается с изменением гидродинамических процессов в разрушаемом на забое поверхностном слое горной породы. Имеющиеся практические данные (опыт бурения скважин на Днепровско-Донецкой впадине) пока-зывают, что V_м растет при возрастании показателя фильтрации во всем диапазоне изменения плотности промывочной жидкости.

Для достижения больших значений V_м необходимо, чтобы начальная фильтрация промывочной жидкости в момент разрушения горной породы на забое была высокой для обеспечения скорого снижения угнетающего давления. При выборе величины показателя фильтрации следует руко-водствоваться правилом: скорость фильтрации промывочной жидкости должна резко снижаться с течением времени до нуля, обеспечивая при этом интегральную величину показателя фильтрации за 30 мин.

Проведенные стендовые исследования установили, что показатель фи-льтрации промывочной жидкости оказывает влияние на прочностные и пластические свойства горных пород: при возрастании показателя филь-трации в 4 раза и при неизменной величине вязкости промывочной жид-кости прочность непроницаемого плотного мергеля увеличилась на 16 %, среднезернистый алевролит с пористостью 9,6 % и проницаемостью 10 мД в этих же условиях увеличил предел текучести в 1,24 раза.