Бурение скважин

Значительный опыт бурения технологических скважин накоплен при циклично-поточном методе сооружения добычных скважин. Процесс вскрытия залежи разбивается на три этапа:

1) бурение и крепление скважин;

2) исследование скважин и работы по подготовке их;

3) чистка и оборудование скважин рабочими колоннами труб.

Добычные скважины до продуктивного горизонта бурятся почти так же, как и обычные нефтяные, газовые и другие скважины. При использовании роторных установок осевая нагрузка на долото составляет примерно 300—500 кН на 1 м диаметра долота. При форсированном режиме бурения нагрузка на долото увеличивается на 40—50 %. В мягких породах нагрузку следует ограничивать, так как насос может не обеспечить полный вынос шлама на поверхность. По этой причине рекомендуется также перед подъемом инструмента промыть скважину (объем промывочной жидкости принимается из расчета не менее двух объемов скважины). Нежелательно искривление скважин, которое затрудняет спуск колонн технологических труб (особенно в трещиноватых и закарстованных породах). Высокая механическая скорость буре­ния и безаварийная работа могут быть обеспечены только при правильном режиме промывки. В практике бурения скважин часто возникает необходимость понижения или повышения плотности раствора. Понижение плотности требуется при глубоким залегании уровня подземных вод и низкой проницаемости залежи. В этом случае высокое давление столба раствора приводит к кольматации трещин. Уменьшение плотности промывочного раствора может быть достигнуто различными способами.

Технология бурения с продувкой забоя сжатым воздухом отличается от обычной тем, что бурение производится в условиях водопритоков. При этом используются компрессоры высокого давления. Высокое давление сжатого воздуха и требуемый расход позволяют обеспечить выброс столба промывочной жидкости из скважин, а также устойчивое эрлифтирование промывочной жидкости и поступающих в скважину пластовых вод. Практически при наличии водопритоков более 5 м³/ч бурение проводится с одновременной откачкой пластовых вод, что полностью исключает кольматацию пласта шламом.

Сущность технологии бурения с обратно-всасывающей промывкой заключается в непрерывной откачке эрлифтом с глубины 60— 80 м промывочной жидкости, находящейся внутри бурильной колонны труб. При этом возникает обратный поток промывочной жидкости по кольцевому зазору на забой скважины через породо-разрушающий инструмент внутрь бурильных труб и через приставку к сальнику-вертлюгу на поверхность (рисунок 6.6). Шлам выбуренных пород вместе с промывочной жидкостью выносится на поверхность и не кольматирует забой скважин. Если рудное тело для нормальной работы эрлифта обводнено недостаточно, в процессе бурения необходимо доливать чистую воду в скважину.

На практике наиболее широко применяется способ бурения с частичной аэрацией столба промывочной жидкости (рисунок 6.7). При этом сохраняется обычная технология бурения с промывкой и используются компрессоры низкого давления (0,6—0,8 МПа). Бурение по пласту осуществляется по обычной технологии с промывкой водой. Одновременно в кольцевой зазор между обсадной и дополнительной колоннами диаметром 127 или 146 мм нагнетается сжатый воздух, который через отверстия поступает внутрь дополнительной колонны труб, аэрирует находящуюся в ней промывочную жидкость и откачивает ее на поверхность. При таком способе бурения кольматации забоя происходить не будет при условии, что пластовое давление вод превышает суммарное давление столба промывочного раствора и воздушно-водяной эмульсии.

Практически указанный способ может применяться с использо­ванием компрессоров низкого давления при глубине статического уровня пластовых вод не более 45 м. Результаты бурения скважин с продувкой, обратновсасывающей промывкой и частичной аэрацией промывочной жидкости позволят значительно повысить качество работ при сооружении скважин и сохранить естественные горно-геологические характеристики пласта.

На основе способа бурения скважин с аэрацией столба промывочной жидкости была разработана и изготовлена клапанная приставка к насосу 9МГР, позволяющая получить аэрированную промывочную жидкость требуемой плотности на поверхности с использованием компрессоров низкого давления (0,6—0,8 МПа).

Для утяжеления раствора применяют добавки порошка барита, гематита, магнетита, пиритовых огарков, колошниковой пыли в количестве соответственно 3,5—4,2; 4,3—4,6; 3,6—4,5; 3,6—3,8; 4,1 г/см³. Утяжеленные растворы применяются во избежание выброса воды, пара и газа. При использовании низкосортных местных глин повышение качества раствора может быть достигнуто за счет их обработки поверхностно-активными веществами. Наиболее целесообразно для этой цели применение сульфит-спиртовой барды (ССБ) и углещелочного реагента (УЩР). При бурении пород, насыщенных высокоминерализованными водами, глинистый раствор следует готовить с добавками соли или на пластовой воде.

1 — приставка к вертлюгу; 2 — ведущая бурильная труба; 3 — насос буровой; 4 — трубы эрлифтные диаметром 89 мм; 5 — полиэтиленовая трубка; 6 — обсадная колонна; 7 — бурильные трубы диаметром 50 или 73 мм; 8 — буровой снаряд; 9 — емкости

Рисунок 6.6 – Схема бурения с обратновсасывающей промывкой

1 — устьевой герметизатор; 2 — ведущая бурильная труба; 3 — поток аэрированной жидкости; 4 — промежуточная колонна; 5 — поток сжатого воздуха; 6 — смеситель; 7 — обсадная колонна; 8 — бурильные трубы; 9 — поток промывочной жидкости; 10—ствол скважины; 11—серный пласт; 12 — долото шарошечное

Рисунок 6.7 – Схема бурения с частичной аэрацией столба промывочной жидкости

Особенностью бурения добычных скважин при геотехнологических методах является использование специальной конструкции скважины, отбор керна из продуктивного пласта и пород кровли и почвы (несколько метров керна над пластом и под ним), бурение продуктивного пласта без глинистого раствора (например, при бурении соли скважина промывается крепким раствором соли, при бурении серного пласта—чистой водой). В ряде случаев при бурении происходит интенсивное поглощение промывочной жидкости, что приводит к понижению уровня и обваливанию стенок скважины в неустойчивых интервалах. Для борьбы с поглощением применяют специальные реагенты — структурообразователи, гельцемент, быстросхватывающиеся смеси (БСС). Реагенты – структурообразователи увеличивают вязкость промывочной жидкости и повышают ее тиксотропные свойства. Такой раствор, попадая в трещины и поры, закупоривает их и предупреждает поглощение. В глинистый раствор вводят жидкое стекло (до 5 % объема циркулирующего раствора), кальцинированную соду (до 6 %), инертные добавки (опилки, рисовая шелуха, кордное волокно, торф, слюда, пакля и др.). Последние вводятся в количестве до 3 %, а при необходимости и больше. Гельцемент представляет собой смесь глинистого раствора с цементом. На приготовление 1 м³ гельцемента идет 0,6—1 тампонажного цемента и 0,6—0,7 м³ глинистого раствора.

Гельцемент закачивают в скважину, продавливают до забоя и через сутки возобновляют бурение.

В условиях сильно закарстованных залежей необходимо не только предотвратить поглощение промывочной жидкости, но и заполнить наиболее крупные карстовые полости тампонажным материалом. Для этого по данным бурения определяется процент закарстованности и готовится тампонажная смесь из расчета заполнения карста в радиусе до 10 м. В качестве тампонажного мате­риала можно применять глиноцементный раствор с добавлением 300 кг цемента на 1 м³ глинистого раствора и инертных наполнителей.

После вскрытия залежи скважина обсаживается и цементируется. Только после ОЗЦ (ожидание затвердевания цемента) продолжается бурение на всю мощность залежи с небольшим перебуром в подстилающие породы.