Правильно подобранный по количеству и качеству глинистый раствор является одним из решающих факторов эффективного бурения. Промывочная жидкость очищает забой скважины от бурового шлама, вынося его на поверхность. Чтобы частицы разбуренной породы были взвешены промывочной жидкостью и подняты наверх, восходящий поток жидкости должен обладать определенной восходящей скоростью.

Если при одной и той же подаче грязевых насосов будут буриться две скважины разных диаметров, то, очевидно, в скважине большого диаметра скорость восходящего потока будет меньшей и может оказаться недостаточной, чтобы поднять с забоя более тяжелые и крупные частицы породы.

Для полной и своевременной очистки забоя скважины от бурового шлама расход промывочной жидкости увеличивают при бурении долотами больших размеров, а также при бурении по скальным породам, когда частицы разрушенной породы обладают большим весом.

Практикой установлено, что для эффективной промывки забоя скорость восходящего потока колеблется в пределах 0,25-0,6 м/сек (для глинистого раствора), для бурения на чистой воде скорость должна быть повышена на 25-30%.

Для примера проверим, какие скорости восходящего потока возникают при бурении скважин различными буровыми   установками.

Пример 1. Бурение скважины ведется установкой УРБ-ЗАМ с применением долота № 8 и бурильных труб диаметром 73 мм.
Расход промывочной жидкости составляет 5 л/сек.

Расчет скорости восходящего потока производят по формуле (3)

где  v - скорость восходящего потока в м/сек;
- площадь кольцевого зазора между бурильными и обсадными трубами в м²;
Q- расход промывочной жидкости в м?/сек. Подставляя значения в формулу (3), получим:

Пример 2. Бурение осуществляется установкой БУ-75БР с применением расширителя 780 мм. Диаметр бурильных труб - 168 мм.
Расход промывочной жидкости составляет 48 л/сек (2 насоса 12ГР).

Подставляя аналогично предыдущему в формулу (3) значения Q и , будем иметь

Если бурение производить расширителем диаметром 960 мм, то значение vуменьшится и будет равным 0,07 м/сек.

Из приведенных примеров видно, что при бурении скважин больших диаметров скорость восходящего потока промывочной жидкости недостаточна.

Из формулы (3) следует, что для увеличения значения v необходимо либо увеличить Q, либо сократить . Увеличения числителя Q, можно достичь включением в работу дополнительного грязевого насоса, но это в значительной степени увеличит стоимость бурения.

Поэтому при бурении скважин больших диаметров роторным способом для полной очистки забоя стремятся не к увеличению подачи насосов, а к уменьшению площади сечения, по которой поднимается промывочная жидкость, т. е. переходят на обратную промывку (рис. 29).

При прямой (обычной) промывке (рис. 29, а) глинистый раствор от насоса через бурильные трубы поступает на забой и далее по кольцевому зазору между бурильными трубами и стенками скважины поднимается на поверхность.

Рис. 29 Схема    прямой и    обратной    промывки скважины
1 - скважина:    2 - бурильные   трубы:    3 - долото:   4 -
емкость.    Стрелками  показано    направление    движения
жидкости

При обратной промывке (рис. 29,6), наоборот, глинистый раствор поступает непосредственно в кольцевой зазор, затем, опускаясь на забой, засасывается через бурильные трубы и поднимается наверх, очищаясь от шлама, поступает опять в скважину.

Для более интенсивного движения глинистого раствора вверх по бурильным трубам последние присоединяются к всасывающему насосу или оборудуются для эрлифтной прокачки. При обратной промывке скорость восходящего потока жидкости по сравнению с прямой промывкой увеличивается во столько раз во сколько площадь кольцевого зазора между бурильными трубами и стенками скважины больше сечения бурильных труб, в результате чего эффективность бурения возрастает.

Применение обратной промывки сопряжено с некоторыми конструктивными трудностями, поэтому она до настоящего времени на осушительных работах еще не получила широкого распространения.

Одной из функций глинистого раствора является создание противодавления в скважине с тем, чтобы обеспечить устойчивость ее стенок, так как при бурении по рыхлым водоносным породам под действием наружного гидростатического давления воды стенки скважины могут оплывать и обрушаться.

При вращательном бурении, когда скважина до устья заполнена промывочной жидкостью, последняя с внутренней стороны создает противодавление на стенки скважины, в результате чего устойчивость их повышается, чему также способствует проникание глинистого раствора в поры породы.

Удельный вес глинистого раствора колеблется от 1,05 до 1,25. Глинистый раствор с большим удельным весом труднее доводить до коллоидального состояния, он хуже перекачивается грязевыми насосами и, наконец, обработанные таким раствором стенки скважины хуже поддаются разглинизации. Учитывая сказанное, глинистый раствор с повышенным удельным весом можно применять при бурении по сухим пескам (во избежание сильного поглощения раствора); при вскрытии напорного фонтанирующего водоносного горизонта (в целях избежания фонтанирования); при бурении по мелкозернистым водоносным пескам, особенно если этот горизонт не подлежит в дальнейшем эксплуатации (для лучшего закрепления стенок скважины).

Рыхлые породы, содержащие напорную воду, поддаются лучшей разглинизации, чем в условиях безнапорного режима, поэтому в первом случае допускается применение глинистых растворов с большим удельным весом.

Помимо количества и удельного веса глинистого раствора для эффективного бурения имеют большое значение правильно заданные значения его по водоотдаче и вязкости.

Водоотдача характеризует способность глинистого раствора отдавать воду пористым породам. При большой водоотдаче раствора выделяемая из него вода будет проникать в породу, а глинистые частицы оседать на стенках скважины, образуя толстую глинистую корку. В результате происходит сужение сечения скважины, создается опасность заклинки инструмента и возникают большие затруднения при спуске обсадных труб.

При бурении по водоносным пескам величина водоотдачи не должна превышать 8-10 см³ за 30 мин. При бурении в породах, подверженных пучению (глина, мергель), водоотдача должна быть минимальной (5-7 см³ за 30 мин). При бурении по валунно-галечниковым отложениям величина водоотдачи повышается до 20-25 cм³ за 30 мин.

Вязкость глинистого раствора зависит от количества и качества глины, содержащейся в 1 м³ раствора. Глинистый раствор   с   большей вязкостью (25-30 сек) применяют при бурении по породам, способным поглощать промывочную жидкость. При сильном поглощении для повышения вязкости к глинистому раствору добавляют жидкое стекло.

Повышенной вязкостью должен обладать раствор при бурении по скальным породам для взвешивания более тяжелых частиц бурового шлама.

При бурении по устойчивым водоносным породам, имеющим мелкую трещиноватость, вязкость глинистого раствора уменьшается до 15-20 сек.

Поскольку повышенная вязкость глинистого раствора вредно отражается на работе грязевых насосов, допускать ее увеличения без особой необходимости не следует.