с продувкой

Бурение с продувкой забоя воздухом и промывочной аэрированной жидкостью в России впервые было осуществлено в 1959 году в Башкирии и Татарии. Основными преимуществами бурения с продувкой является малая плотность и вязкость, незамерзаемость и большая сжимаемость воздуха по сравнению с промывочными жидкостями. Кроме этого при вскрытии продуктивного коллектора не происходит его загрязнение и отпадают затраты на транспорт и утилизацию выходящего из скважины воздуха (газа). Однако, не смотря на полученную высокую эффективность промысловых исследований, бурение с продувкой не нашло широкого применения из-за ряда не решенных технических и технологических проблем.

Одной из основных причин, препятствующих широкому внедрению бурения с продувкой, является поступление в скважину подземных вод или образование воды в стволе в результате конденсирования нагнетаемого воздуха. Характер таких осложнений различен и зависит от конкретных гидрогеологических, геологических и технических условий бурения и определяется, прежде всего, количеством воды, поступающей в скважину в единицу времени. Наиболее опасными являются осложнения, связанные с образованием сальников. На интенсивность сальникообразования влияет испарительная способность газового потока, количество шлама и размер его частиц. В зависимости от свойств породы для слипания частиц достаточно присутствие воды по весу от 10 до 30% от количества шлама. Поэтому рекомендуется условно разделять водопритоки по их интенсивности. Такая классификация обусловлена различиями в методах борьбы с происходящими при этом осложнениями.

При малых водопритоках (до 8 л/мин) во время бурения вода увлажняет стенки скважины и выбуриваемую породу. Смесь шлама с водой образует густую и липкую пульпу, не удаляемую потоком воздуха или газа. Она налипает на увлажненные стенки скважины и буровой инструмент, образуя сальники. При этом происходит сужение ствола скважины, отмечается рост давления на компрессоре и снижение подачи воздуха (по объему), что приводит к ухудшению очистки забоя. Первоначально образуются рыхлые и неплотные сальники, которые при подъеме инструмента уплотняются, в результате чего возникают затяжки и прихваты. Наиболее интенсивное сальникообразование отмечается в глинистых породах. Осложнения, обусловленные малыми водопритоками, настолько значительны, что бурение с продувкой в ряде случаев становится невозможным.

При умеренных (средних) водопритоках (8-120 л/мин) вода образует с выбуренной породой жидкую пульпу, которая может быть вынесена на поверхность воздушным потоком. В этом случае основная трудность при проходке скважины заключается в удалении накопившейся в скважине воды перед началом проведения спускоподъемных операций. Для восстановления циркуляции при наличии воды в скважине нередко требуется создание значительных давлений. После первого выброса воды, который может быть весьма интенсивным, давление на компрессорах понижается и устанавливается равномерное или периодическое истечение аэрированной жидкости со шламом из скважины. Значительные осложнения при средней интенсивности водопритока наблюдаются лишь при наличии в разрезе скважины неустойчивых и разрушающихся от смачивания водой пород. Вследствие малого противодавления на пласт, периодического смачивания пород водой и динамического действия эрлифта происходят обрушения и обвалы пород, в результате чего ствол скважины разрушается до значительных размеров и создается возможность прихвата бурильного инструмента.

При обильных (сильных) водопритоках (более 120 л/мин) осложнений обычно не наблюдается, но на удаление воды из скважины требуются дополнительные затраты энергии, что ухудшает технико-экономические показатели строительства скважины. Преимущества бурения с продувкой практически сразу же исчезают из-за больших расходов, затрачиваемых на эксплуатацию компрессоров.

Одним из основных признаков поступления значительного количества воды в скважину (более 10-30% воды от объема выбуренной породы) является прекращение выноса шлама на поверхность по причине его слипания со стенками скважины и бурильным инструментом. Кроме этого увеличивается давление на стояке при неизменной работе компрессора и наблюдается пульсация воздушного потока при выходе из скважины.

Учитывая характер осложнений при продувке забоя разработан ряд способов и методов предупреждения возникновения и ликвидации осложнений в зависимости от условий залегания воды и ее дебита (таблица 9.1).

Кроме представленных в таблице 9.1 методов предупреждения и ликвидации осложнений, возникающих при продувке забоя, разработан ряд других способов:

1. Добавление в поток нагнетаемого воздуха органических жидкостей типа керосина или дизельного топлива и воды, вплоть до перехода на бурение с аэрированной жидкостью.

2. Использование компрессоров с повышенными параметрами по давлению и расходу воздуха.

3. Добавление при бурении с продувкой в аэрированную жидкость ПАВ.

Таблица 9.1 – Методы предупреждения и борьбы с осложнениями при продувке

Органические жидкости типа керосина или дизельного топлива, растворимые в нефти смолы, мыла тяжелых металлов и так далее нашли широкое применение за рубежом для предупреждения образования сальников. Жидкости, введенные в скважину, образуют водонепроницаемую пленку на стенках скважины и частицах шлама, но в случае их избытка происходит образование массы типа оконной замазки, извлечение которой из скважины весьма затруднено. Это обстоятельство является серьезным препятствием распространения такого способа предупреждения сальникообразования.

Увеличение подачи воздуха и использование компрессоров с высоким рабочим давлением при малых водопритоках не обеспечивает подъема на поверхность образующейся при бурении густой, липкой шламовой пульпы, а поскольку пульпа не выносится, то происходит интенсивное сальникообразование. Увеличение производительности компрессоров дает положительный эффект при средних и обильных водопритоках.

Добавление ПАВ в воздушный поток при одновременном увеличении расхода воздуха на 20-30% будет способствовать:

1. Снижению степени слипания частиц шлама между собой и налипания их на стенки скважины и буровой инструмент. Это происходит за счет молекулярной структуры и баланса полярных и неполярных свойств ПАВ. Молекулы ПАВ концентрируются на поверхностях раздела воды с воздухом, причем полярная (гидрофильная) группа обращена в сторону воды, а неполярная (гидрофобная) в сторону воздуха. Понижение поверхностной энергии и образование ориентированного слоя молекул ПАВ на границе раздела воды с воздухом облегчает возникновение большого количества воздушных пузырьков и предохраняет их от слияния друг с другом. На поверхности горной породы также происходит повышение концентрации (адсорбция) ПАВ с образованием ориентируемого слоя его молекул толщиной в одну молекулу мономолекулярного слоя. Этот слой обладает гидрофобными свойствами и уменьшает силы слипания частиц шлама между собой и налипание их на стенки скважины и бурильный инструмент.

2. Снижению и стабилизации давления на компрессорах за счет уменьшения трения при движении смеси воздуха, жидкости и шлама о стенки скважины и бурильный инструмент.

3. Более равномерному перемешиванию всех частиц шлама в воздушном потоке. Образующиеся газообразная и жидкая фазы более равномерно распределяются по сечению кольцевого пространства ствола скважины за счет интенсивного пенообразования и механической прочности пены.

4. Улучшению смазывающих свойств потока, уменьшению пульсации давления, что снижает вероятность усталостного разрушения породы на стенках скважины.

Выбор наиболее эффективного ПАВ определяется степенью минерализации и химическим составом солей, растворенных в воде, температурой и свойствами горной породы. Определенное влияние оказывают скорость бурения, геометрические характеристки инструмента и скважины, расход воздуха и дебит воды. Например, согласно иностранным исследователям бурение с продувкой с применением ПАВ экономически не выгодно при интенсивности водопритока более 160 л/мин.

Характеристика ПАВ для бурения с применением воздуха (газа) по данным ВНИИБТ представлена в таблице 9.2.

Концентрация ПАВ в воде (таблица 9.2) для пресных и слабоминерализованных вод плотностью до 1001,5 кг/м³ составляет 0,10-0,23% в пересчете на активное вещество, для вод средней минерализации плотностью 1001,5-1028,3 кг/м³ соответственно в диапазоне 0,20-0,38%, для рассолов плотностью 1028,4-1190,0 кг/м³, особенно хлоркальциевого типа, необходимо применять сульфонат и прогресс при концентрации 1,1-1,2%. Оптимальная температура пластовой воды должна находиться в пределах 15-50^оС. Расход воды с ПАВ должен подбираться опытным путем. При этом с увеличением водопритока объем подаваемой воды с ПАВ необходимо уменьшать. Обычно подача воды с ПАВ в воздушную линию осуществляется дозирующим насосом с расходом до 3-5 л/сек. Основным признаком достаточной подачи воды с ПАВ является стабилизация выходящего на устье потока смеси (шлам, туман, пена).

Таблица 9.2 – Характеристика ПАВ для бурения с применением воздуха (по данным ВНИИБТ)

Предельный дебит водопритока, необходимый для удаления воды из скважины в один прием и ограниченный допустимым давлением компрессора, определяется по формуле:

(9.1)

где V_п – предельный объем воды в затрубном пространстве, м³; t – время технологического перерыва (СПО, смена долота и др.), сек; Р_к – допустимое давление компрессора, Па; S_кп – средневзвешенная по длине скважины площадь кольцевого пространства, м²; ρ_в– плотность пластовой воды, кг/м³; g – ускорение свободного падения, м²/сек.

Для наглядности определим предельное время технологического перерыва в бурении по формуле (9.1) при роторном способе бурения скважины с продувкой. Исходные данные для расчета: рабочее давление компрессора (Р_к) – 5 МПа; диаметр скважины (D_с) – 295,3 мм; коэффициент кавернозности (k) – 1,1; предельный дебит водопритока (Q_п) – 0,8 м³/час; плотность пластовой воды (ρ_в) – 1100 кг/м³; длина УБТ (L_УБТ) – 80 м; диаметр УБТ (D_УБТ) – 229 мм; длина бурильных труб (L_БТ) – 820 м; диаметр бурильных труб (D_БТ) – 140 мм.

Определим площади затрубного пространства в интервале УБТ (S_УБТ) и бурильных труб (S_БТ):

S_УБТ = 0,785*(k*D_c²-D_УБТ²)=0,785*(1,1*0,2953²-0,229²)=0,0341 м²

S_БТ =0,785*(k*D_c²-D_БТ²)=0,785*(1,1*0,2953²-0,14²)=0,0599 м²

Найдем площадь скважины при отсутствии в ней инструмента:

S_с=0,785*k*D_с²=0,785*1,1*0,2953²=0,0753 м²

Учитывая, что гидростатическое давление, соответствующее длине столба воды (L_в) в кольцевом пространстве при ее выбрасывании из скважины сжатым воздухом, по условиям данного примера должно быть равно рабочему давлению компрессора:

L_в=Р_к/ ρ_в*g=5*10⁶/1100*9,8=464 м

Найдем объем воды в затрубном пространстве при длине столба 464 м (инструмент спущен в скважину):

V_п=S_УБТ*L_УБТ+S_БТ*(L_в-L_УБТ)=0,0341*80+0,0599*(464-80)=25,7 м³

Определим высоту столба воды в скважине при отсутствии в ней инструмента:

h=V_п/S_с=25,7/0,0753=343 м

Из формулы (9.1) оцениваем допустимое время технологического перерыва:

t=V_п/Q_п=25,7/0,8=32,1 ч.

Для качественной очистки забоя скважины от шлама расход воздуха или газа при нормальном атмосферном давлении должен определяться по формуле (м³/сек.):

Q=0,785*V_вп*k₁* k₂* k₃*(D_c²-D_БТ²),(9.2)

где V_вп – скорость восходящего потока газообразного агента, м/сек. (при бурении сплошным забоем шарошечными долотами рекомендуется 15-25 м/сек., при бурении алмазными долотами – 15-18 м/сек., при бурении бурголовками – 10-12 м/сек.); k₁ – коэффициент, учитывающий неравномерность скорости потока по стволу из-за наличия каверн рекомендуется 1,1-1,3; k₂ – коэффициент, учитывающий водоприток в скважину (при малых и средних водопритоках рекомендуется 1,15-1,20); k₃ – коэффициент, учитывающий увеличение потерь давления в кольцевом пространстве с ростом глубины (при глубинах до 200 м рекомендуется 1, при глубинах более 200 м – 1,08-1,25); D_c– диаметр скважины, м; D_БТ – наружный диаметр бурильных труб, м.

Q=0,785*20*1,2*1,2*1,1*(0,2953²-0,14²)=1,68 м³/сек.

В реальных условиях действительный расход с ростом глубины можно определить по формуле (м³/сек.):

Q_д=Q*(Р_заб/Р_атм)^0,5,(9.3)

где Р_заб – давление в призабойной зоне кольцевого пространства скважины, Па; Р_атм – атмосферное давление на поверхности, Па.

Q_д=1,68*(5,1*10⁶/76,5*10⁶)^0,5 = 0,434 м³/сек = 26 м³/мин.

На основании расчетов требуемого расхода газообразного агента по таблице 9.3 выбирается компрессор или группа компрессоров, подача которых в сумме была бы равна или больше расчетной. Для нашего случая из таблицы 9.3 выбираем 3 компрессора типа ДК-9М.

Таблица 9.3 – Технические данные передвижных компрессоров

Параметры	ЗИФ-55	ПКС-5	ДК-9М	ПК-10	ЭК-9М	ЗИФ-51	КСЭ-5М
Подача, м3/мин.				10,5		4,65
Рабочее давление, МПа	0,7	0,7	0,6	0,7	0,6	0,7	0,8
Мощность на валу компрессора, кВт	43,7	33,8	67,6	63,2
Двигатель компрессора	бензиновый	дизельный	электродвигатель

 

---

<== предыдущая страница	|	следующая страница ==>
Методика расчета операций по установке цементных мостов	|	ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АВИАЦИИ

---

Дата добавления: 2014-05-28; просмотров: 544; Нарушение авторских прав

---

Поделиться с ДРУЗЬЯМИ:

Мы поможем в написании ваших работ!