Общие сведения о промывке скважин

Лекция 1 Общие сведения о промывке скважин. Очистной агент – это та среда (жидкая, газообразная или их смесь – газожидкостная смесь), которая подаётся на забой в процессе бурения (разрушения горной породы), активно участвует в его разрушении и выполняет ряд технологических функций. Технологические функции очистного агента: 1. Охлаждение породоразрушающего инструмента; 2. Удаление частиц шлама с забоя; 3. Закрепление стенок скважины за счёт образования корки или физико-химических процессов; 4. Смазывание породоразрушающего инструмента; 5. И другие. Много проблем возникает при бурении сверхглубоких скважин. В СССР сверхглубокая скважина СГ-3 глубиной около 12100 м была пробурена на Кольском полуострове. Специально для бурения этой скважины была разработана буровая установка УралМАШ-15000. Проблемы, возникающие при бурении сверхглубоких скважин: 1. Высокие температуры на забое, достигающие 2500С÷3000С; 2. Агрессия солей растворимых пород и подземных вод; 3. Обрушения горных пород стенок скважин; 4. Ограниченное действие химических реагентов. Химические реагенты – вещества, регулирующие свойства промывочных жидкостей и тампонажных смесей. Промывка скважины – это комплекс технологических процессов, связанных с приготовлением очистного агента, контролем его качества, регулированием свойств и выбором параметров применительно к конкретным горно-геологическим условиям, очисткой его от частиц шлама, пополнением в процессе углубки скважины и закачиванием очистного агента в скважину для выполнения основных технологических функций. Промывка скважин – один из основных технологических процессов. Эффективность процесса бурения определяется видом, составом и свойствами выбранного очистного агента. Так как промывка – один из основных технологических процессов при бурении скважин, то схема промывки скважин даёт название способу бурения. Классификация способов бурения в зависимости от схемы промывки скважины. 1. Бурение с прямой промывкой; 2. а) Бурение с обратной промывкой; б) Обратной всасывающей промывкой; 3. Бурение с комбинированной промывкой; 4. Бурение с гидро- пневмо-, пено- транспортом керна. 1. Бурение с прямой промывкой Поток очистного агента нагнетается внутрь колонны бурильных труб. Рис. 1. Схема бурения с прямой промывкой. 1–буровой станок; 2–вращатель; 3–ведущая труба (труба-квадрат);4–буровой сальник; 5 – колонна бурильных труб; 6 – колонковый набор; 7 – скважина; 8 – направляющая обсадная колонна; 9 – желоб; 10 – промежуточная ёмкость (отстойник); 11–приёмная ёмкость; 12–буровой насос; 13 – всасывающий рукав; 14 – храпок; 15 – подающая линия; 16 – вертикальная подающая линия; 17 – нагнетательный шланг высокого давления. Вид А Вид Б Рг ст Вид В Вид Г Vт Vт = 1,8 ÷ 2,0 м/с Корка может быть глинистой, полимерной, полимерно-глинистой. По желобам раствор перемещается со скоростью υ = 1,8 ÷ 2,0 см/с. Расстояние между перегородками в жёлобе 1 ÷ 1,5 м. Жёлоб имеет уклон 10 ÷ 1,50на 1 м. Содержание шлама (абразивных частиц) во вновь закачиваемой жидкости не должно превышать 2%. a) Удаление шлама с забоя. Рис. 3. К устройству желоба. 2. а) С обратной нагнетательной промывкой Применяется при бурении в трещиноватых горных породах с целью увеличения выхода керна для повышения качества геологического опробования. В этом случае поток промывочной жидкости нагнетается не внутрь колонны бурильных труб, а в скважину. Рис. 4. Схема бурения с обратной нагнетательной Промывочная жидкость должна сохранять свойства и состав кернового материала. б) С обратной всасывающей промывкой Применяется при бурении в рыхлых песчаных отложениях, в основном в гидрогеологических скважинах и в том случае, когда статический уровень водоносных горизонтов не доходит до поверхности на 3-4 м, т.е. такой способ применяется в мощных отложениях песков, в обводненных песках. Рис. 5. Схема бурения с обратной всасывающей 3. Бурение с комбинированной промывкой Такой способ бурения применяется в случае необходимости повышения выхода керна чаще при бурении менее глубоких скважин, чем при использовании способа бурения с обратной нагнетательной промывкой, которая применяется чаще при геологоразведочном бурении. Рис. 6. Схема бурения с комбинированной промывкой. До пакера производится прямая промывка, под пакером производится обратная промывка скважины. Для промывки скважин комбинированным способом могут применяться пакерные снаряды, эжекторные снаряды, двойные колонковые наборы с обратной циркуляцией (ДКН-О). 4. Бурение с гидро- (пневмо-, пено-) транспортом керна КГК-100÷600 (комплексы с гидротранспортом керна) Такой способ бурения применяется для бурения структурно-поисковых скважин на все виды полезных ископаемых, а также для поискового гидрогеологического бурения с целью поиска и оценки запасов подземных вод. Данный вид бурения применяется в рыхлых песчано-глинистых отложениях. Для реализации этого способа бурения разработана буровая установка: УРБ-2А-2. Рис. 7. Схема бурения с применением КГК. Схема циркуляционной системы Циркуляционная система применяется для выполнения следующих задач: 1. Канализация потока жидкости, выходящего через устье скважины; 2. Очистка промывочной жидкости от шлама; 3. Химическая обработка раствора для приведения его свойств в соответствие с условиями бурения; 4. Пополнение объёма промывочной жидкости; 5. Отбор проб жидкости для контроля и регулирования его свойств. Сложность и технические характеристики элементов циркуляционной системы зависят от типа буровой установки, глубины скважин и условий бурения. Рис. 8. Схема циркуляционной системы. 1 – устье скважины; 2 – устьевой съёмный желоб; 3 – желобная система; 4 –промежуточная ёмкость (отстойник); 5 – задвижки; 6 – вибросито; 7 – батарея гидроциклонов; 8 – промежуточная ёмкость; 9 – перемешиватели; 10 – приёмная ёмкость; 11 – буровой насос; 12 – нагнетательная линия; 13 – площадка для материала; 14 – транспортёр; 15 – глиномешалка; 16 – ёмкость для хранения и химической обработки раствора. Способы очистки промывочной жидкости 1. Естественный – гравитационный Удаление шлама из промывочной жидкости происходит непосредственно в элементах самой циркуляционной системы (желобах, отстойниках) за счёт сил гравитации. 2. Принудительный а) Механический б) Гидравлический а) Механический способ очистки реализуется через использование вибросита. Вибросито позволяет очистить частички шлама до 160 мкм. Рис. 9. Схема вибросита 1 – эксцентриковый вибратор; 2 – рама; 3 – сито, 4 – шламосборник. Рис. 10. Схема сито-конвейра. б) Гидравлический способ очистки реализуется через использования гидравлических устройств: 1) Гидроциклоны (пескоотделители) – с диаметром корпуса 150мм. Отделяют частицы размером до 80 мкм. 2) Илоотделители – с диаметром корпуса 100мм. Отделяют частицы размером до 50 мкм. Рис. 11. Схема гидроциклона. 1 –входной патрубок (насадок); 2 – выходной патрубок; 3 – цилиндрическая часть корпуса; 4 – коническая часть корпуса; 5 – разгрузочный патрубок. Использование гидроциклона основано на энергии потока жидкости. в) Комбинированный способ очистки основан на применении совместно вибросита и илоотделителя. При этом способе отделяются частицы размером 80÷100 мкм. Компонентный состав промывочной жидкости Промывочная жидкость – это полидисперсная многокомпонентная система, в состав которой входят: 1. Дисперсионная среда – непрерывная среда – должна всегда присутствовать. а) жидкость: вода, пресная, пластовая (минерализованная), морская. б) углеводородная: нефть, дизельное топливо (летнее, зимнее), керосин. в) газ: сжатый воздух, природный газ, выхлопные газы. 2. Дисперсная фаза – раздробленная (прерывистая) часть. Может присутствовать или отсутствовать в зависимости от условий. а) твердая фаза: глина, шлам горных пород, карбонатные породы (известняк, мергель), торф, сапропель (донные осадки водоёмов). б) жидкая фаза: вода, углеводородные жидкости (в составе эмульсионных растворов). в) газообразная фаза в составе аэрированных растворов, газожидкостных смесей (аэрозоли, пены). г) комбинированная фаза твердая + газообразная – в составе аэрированных растворов, твердая + жидкая – в составе эмульсионно-глинистых растворов, твердая + газообразная + жидкая – в составе аэрированных эмульсионно-глинистых растворов. 3. Химические реагенты – регуляторы свойств Вводятся в состав промывочной жидкости для приведения её свойств к условиям бурения а) электролиты: соли (хлориды) NaCl, KCl, MgCl2, Na2CO3 и др. б) органические реагенты: карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), углещелочной реагент (УЩР), полимеры и др. Вид, состав и свойства промывочных жидкостей зависят от используемой техники и технологии бурения скважин, которые должны соответствовать условиям бурения: свойствам горных пород, их составу, назначению скважины, глубине скважины и условиям залегания определённых по свойствам горных пород. Основные рекомендуемые виды промывочных жидкостей применительно к способам бурения 1. Вращательное шарошечное бурение В качестве промывочной жидкости используют глинистый раствор. Также можно использовать глинистый раствор, обработанный химическими реагентами. Шарошечными долотами можно бурить горные породы с I по VIII-X категории по буримости. 2. Вращательное бурение с использованием твердосплавных коронок Используется при бурении горных пород с I по VII категории по буримости.Шлам может быть размером от 0,1 до 2÷3 мм. В качестве промывочной жидкости могут использоваться глинистый, эмульсионно-глинистый растворы со смазывающими добавками. 3. Вращательное бурение с использованием алмазных коронок Используется при бурении горных пород с VI-VII по XII категории по буримости. В качестве промывочной жидкости используют эмульсионный раствор – вода + эмульсол. 4. ССК (КССК) – комплексы со съёмными керноприёмными снарядами В качестве промывочной жидкости используют полимерно-эмульсионные растворы. Полимеры снижают коэффициент трения и гидравлические сопротивления, способствуют стабилизации глиносодержащих горных пород. 5. Многолетне-мерзлые породы Применяется алмазное бурение, твёрдосплавное и шарошечное бурение в зависимости от задач при бурении скважин. В качестве очистного агента используется охлаждённый сжатый воздух (-30С ÷ -110С), солевые растворы, газожидкостные смеси(пены). 6. Вскрытие водоносных горизонтов В качестве очистного агента используют: вода + полимер, вода + мел, вода + ПАВ ПАВ – поверхностно-активное вещество, снижающее поверхностное натяжение на границе раздела фаз. 7. Вскрытие углеводородных коллекторов Коллектор чаще представлен трещиноватой пористой глиносодержащей или песчано-глинистой породой. Кольматация – уменьшение проницаемости пласта (механический и физико-химический процесс). В качестве очистного агента используют растворы на углеводородной основе. РУО (растворы на углеводородной основе), например, ИБР (известково-битумный раствор), содержащий в своём составе дизельное топливо, битум, известь, ПАВ, воду (до 3-6%). Требования к составу промывочной жидкости 1. Основные требования. а) минимальная стоимость; б) соответствие свойств условиям бурения. 2. Дополнительные требования а) экологическая чистота всех компонентов, входящих в состав буровых растворов; б) недефицитность; в) доступность сырьевой базы; г) совместимость материалов; д) технологичность.