Бурение скважин

Глинистый раствор с недостаточным количеством коллоидных частиц не обладает способностью закупоривать все отверстия между частицами породы. Толстая корка пропускает воду, плохо связывается с породами и легко обваливается. Вода, проникшая в пласт, уменьшает силу трения между частицами и поэтому снижает устойчивость стенок скважины. При подъеме и спуске бурильных труб толстая корка набирается на замковые соединения труб, образуя сальники, что способствует прихватам инструмента. Толстая корка затрудняет спуск обсадной колонны и нередко приводит к прихвату последней.

Глинизация стенок скважины является крупным недостатоком при вскрытии водоносного или нефтегазоносного пласта, так как предотвращает или уменьшает приток воды или нефти и газа из пласта в ствол скважины. Поэтому вскрытие водоносного горизонта должно производиться с промывкой водой, безглинистым самораспадающимся (водогипановым или крахмальным) раствором.

4.4.Методы измерения свойств промывочных растворов

Во избежание зашламования скважины разность удельного веса жидкости, выходящей из скважины, и удельного веса промывочной жидкости, нагнетаемой в скважину, должна быть в пределах 0,01 -- 0,03; поэтому необходимо периодически замерять эти параметры

Плотность тела - это отношение массы тела к его объему промывочной жидкости необходимо: 1) для суждения о степени насыщенности глинистого раствора глиной; 2) для суждения о степени насыщенности промывочной жидкости шламом разбуренных пород 3) для определения гидростатического давления..

Плотность нормального глинистого раствора в зависимости от требуемого гидростатического давления должна быть в пределах 1,08--1,45 г/см3; аэрированного (насыщенного воздухом) 0,7-- 0,9 г/см3; утяжеленного (с добавкой порошка барита или гематита) до 2,30 г/см3.

Плотность промывочной жидкости измеряют ареометрами постоянного объема

Вязкость глинистых растворов. Под вязкостью понимается внутреннее трение, существующее между слоями жидкости, движущимися друг относительно друга с различной скоростью. Условная вязкость определяется при помощи стандартного полевого визкозиметра (СПВ-5). Чаще применяются растворы, 500 см3 которых вытекают за 18--24 с (вязкость 18-- 24 с). Для борьбы с поглощением применяются растворы повышенной вязкости (40--80 с и более).

Содержание песка в глинистом растворе. При значительном содержании песка в растворе происходит быстрый износ деталей насоса, бурового сальника (вертлюга) и другого оборудования. Во время остановки циркуляции песок оседает на забой скважины и может прихватить колонковый снаряд. Под песком понимается содержание твердых частиц разбуренных пород и комочков глины. Содержание песка определяется разбавлением раствора водой в отношении 1: 9 и отстоем в течение 1 мин. За это время в осадок выпадают фракции песка крупнее 0,1 мм. Для более полного осаждения всех фракций песка, оставляют раствор в покое в течение 3 мин. Для определения содержания песка применяется отстойник ОМ-2. В нормальном глинистом растворе содержание песка должно быть менее 4%.

Суточный отстой характеризует стабильность глинистого раствора, т. е. способность в течение длительного времени не расслаиваться на твердую и жидкую фазы.. Нормальные глинистые растворы должны за сутки давать отстой не более 3--4%. Стабильность глинистого раствора определяется с помощью прибора ЦС-2 . У нормальных растворов эта разница не должна превышать 0,02 г/см3.

Водоотдача характеризует способность глинистого раствора отфильтровывать воду в пористые породы. Показатель водоотдачи характеризуется объемом воды в кубических сантиметрах, отфильтровывающейся в течение 30 мин из 100 см3 глинистого раствора через бумажный фильтр диаметром 75 мм под избыточным давлением 0,1 МПа. Водоотдача имеет большое значение при бурении в пористых породах. Глинистые растворы с большой водоотдачей образуют рыхлую корку, сужающую ствол скважины и вызывающую затяжки бурового инструмента при подъеме. Проникновение воды в глинистые породы вызывает их набухание и выпучивание в ствол скважины. Снижение водоотдачи глинистого раствора способствует устранению этих явлений. Величина водоотдачи зависит: 1) от качества глины; 2) от качества воды: (жесткая и засолоненная вода повышает водоотдачу); 3) от способа приготовления раствора (недостаточное размешивание глины приводит к повышению водоотдачи); 4) надлежащая химическая обработка раствора снижает водоотдачу.

Водоотдачу глинистого раствора определяют на приборе ВМ-6

Нормальной для глинистых растворов считается водоотдача не более 25 см3 за 30 мин. Для борьбы с прихватами и обвалами снижают водоотдачу посредством химической обработки до 5-- 6 реже до 2--3 см3 за 30 мин. Растворы, имеющие водоотдачу свыше 25 см3 за 30 мин, могут создавать осложнения при бурении в пористых породах.

Статическое напряжение сдвигу и характеризует способность глинистых растворов удерживать во взвешенном состоянии частицы породы.

Так как связи между частицами глины в тиксотропном растворе устанавливаются постепенно, то величина и зависит от времени стояния раствора в покое. Вначале и быстро растет, а затем медленно повышается до определенного предела. Измеряется и в приборах, называемых пластометрами.

Статическое напряжение сдвига и характеризует способность глинистого раствора удерживать во взвешенном состоянии частицы шлама.

Выбор глины. Оценку пригодности глины лучше всего производить по качеству приготовленного из этой глины раствора. Из небольшого количества испытуемой глины приготовляют глинистый раствор с условной вязкостью i = 18--24 с. Производят измерение показателей свойств полученного глинистого раствора. Сравнивают результаты измерений с параметрами глинистого раствора для нормальных условий бурения и делают вывод о пригодности полученного раствора для целей бурения без его химической обработки.

Глинопорошки изготовляют на глинозаводах, транспортируют в бумажных мешках и применяют для приготовления глинистого раствора для ускорения распада глины на коллоидальные частицы. На заводе при изготовлении глинопорошков к ним могут быть добавлены химические реагенты, повышающие качество раствора.

4.5.Расчет потребного количества глины

Количество глины для изготовления единицы объема глинистого раствора, имеющего определенную вязкость, зависит от степени коллоидальности глины. Глины принято сравнивать по выходу получаемого из них раствора установленной вязкости.

Выходом глинистого раствора VB называется объем глинистого раствора в м3 установленной вязкости из 1 т глины.

Количественные показатели глинистого раствора для глин различной степени коллоидальности при плотности глины рг = = 2,5 т/м3 и условной вязкости глинистого раствора 25-- 30 с приведены в табл. 6.1.

Таблица 6.1

Количественные показатели глинистых растворов разной коллоидальности

Определение объема глины Vг для приготовления Vр1 м3 глинистого раствора.

Пусть: Рг -- плотность глины (природные глины в воздушно-сухом состоянии имеют плотность от 2,2 до 2,8 т/м3, в среднем» 2,5 т/м3); Рв = 1 т/м3 -- плотность воды; Рр -- плотность глинистого раствора, т/м3 (см. табл. 25); Vг -- объем глины для приготовления 1 м3 глинистого раствора, м3. Составим уравнение масс в объеме 1 м3: (масса глины) + (масса воды) = (масса раствора). Заменив массы на соответствующие им произведения объема на плотность, учитывая, что объем воды можно представить как разность объема раствора и объема глины и приняв за единицу объем раствора, получим

VrPr+VвРв=VpPp;

Vr+Vв=Vр

Так как Vp=1

Vв=1-Vг

VrPr + (1 - Vr) Рв = Рр

VrPr + Рв - VгРв = Рр

Vr (Рг -- Рв) = Рр - Pв

Vr= Рр - Pв/ Рг -- Рв)

Определение массы глины m для приготовления 1 м3 раствора m=Vr*Pr

Объем глинистого раствора V для бурения заданной скважины V = V1 + V2 + V3, м3 где V1 = объем скважины = Дср*Н (здесь Д -- средний диаметр скважины, Н - глубина скважины)

V2 -- объем резервуаров для хранения глинистого раствора ( 2--5 м3); V3 -- потеря глинистого раствора в скважине -- зависит от степени трещино-ватости пород (V3 = 2--5 Vх и более).

Масса глины М для бурения заданной скважины

М= mV, т

где м-- масса глины для приготовления 1 м3 раствора, т; V -- объем глинистого раствора для бурения заданной скважины, м3. Насыпная масса (глина имеет пористость с суммарным объемом пустот = 20%) будет меньше за счет пористости, поэтому M=m*V*0.8

5.ТЕХНОЛОГИЯ КОЛОНКОВОГО БУРЕНИЯ

В зависимости от категории пород можно задавать разные режимы бурения, параметрами которого является :частота вращения бурового снаряда, осевая нагрузка и объем подачи промывочной жидкости в единицу времени. Режимы бурения разные для победитового и алмазного бурения. Коронки также изготовляются разными по конструкции для разных категорий пород.

Нагрузка на коронку задается, исходя из количества основных (объемных) резцов, их размеров и твердости пород. Общая нагрузка на коронку должна быть равна С= m*q

где m-- число объемных (основных) резцов; q -- рекомендуемое давление на 1 резец, З (см. табл. 7.1).

Частота вращения коронки должно быть n=60V / з Dср где V - окружная скорость коронки 0,6-1,6 м/с, Dср - средний диаметр коронки, м

Подача промывочной жидкости определяется, исходя из скорости восходящего потока Vn и диаметра скважины; Vр = 0,25-- 0,6 м/с. Чем больше скорость бурения, тем больше и Vр. При бурении в трещиноватых и абразивных породах необходимо снижать окружную скорость и осевую нагрузку.

Промывка при алмазном бурении должна обеспечивать хорошее охлаждение алмазов, так как они при сильном нагреве они графитизируются. Скорость восходящего потока между бурильной колонной и стенками скважины должна быть в пределах 0,4-- 0,8 м/с.

При наполнении колонковой трубы керном буровой инструмент поднимают на поверхность. Для этого над коронкой помещают кернорватель, который срывает керн от забоя. Поднятая коронка отвертывается и осматривается. Керн из колонковой трубы осторожно и последовательно извлекается, документируется и укладывается в керновые ящики.

Таблица 7.1

Характеристика твердосплавных коронок

Однослойную алмазную коронку следует заменить в случае: а) механического повреждения коронки; б) появления на торце коронки круговых борозд, вследствие отсутствия полного перекрытия рабочего торца алмазами; в) сильного оголения алмазов; г) износа коронки по диаметру. Износившиеся алмазные коронки отправляют на завод, где матрицу растворяют в соответствующих кислотах и отбирают алмазы, которые можно вторично использовать в коронках (рекуперация алмазов).

При бурении алмазными коронками частота вращения часто принимается в пределах 500--1500 об/мин. Осевая нагрузка подбирается из расчета 500--1200Н на 1 см2 рабочего торца коронки в зависимости от насыщенности торца алмазной коронки алмазами и крепости пород.

Параметры режима алмазного бурения применительно к коронкам различного диаметра и породам разной крепости приведены в табл. 7.2 (по данным ВИТРа). Производительность алмазного бурения при правильно выбранной коронке зависит от параметров режима бурения: осевой нагрузки на коронку, частоты ее вращения, количества и качества промывочной жидкости. Это положение, общее для вращательного бурения, приобретает при алмазном бурении особое значение вследствие чувствительности алмазной коронки на нарушение правильного соотношения между указанными режимными параметрами.

На процесс алмазного бурения сказывается влияние многочисленных переменных факторов, и поэтому вопрос о режимах бурения должен рассматриваться раздельно по группам пород со сходными физико-механическими свойствами. В общем случае при алмазном бурении рекомендуется применять высокую частоту вращения, причем по мере ее увеличения необходимо одновременно повышать осевую нагрузку на коронку. Нормальной частотой считается 750--1500 об/мин, пониженной 400--750 об/мин для алмазных коронок диаметром 46 и 59 мм.

Величина осевой нагрузки определяется с учетом следующих основных факторов: а) с увеличением твердости породы осевые нагрузки должны повышаться; б) в трещиноватых, а также в тонкослоистых породах с чередованием твердых и более мягких прослоев осевые нагрузки должны быть меньше, чем в монолитных однородных породах; в) слоистые породы с тенденцией к искривлению ствола скважины бурят при пониженных осевых нагрузках; г) для коронок с алмазами меньшей величины осевая нагрузка уменьшается; д) при увеличенной подаче промывочной жидкости коронка меньше забивается шламом и поэтому осевые нагрузки можно увеличить. Одно из основных правил алмазного бурения заключается в том, что осевая нагрузка на коронку должна быть всегда равномерной и достаточной для объемного разрушения породы.

Таблица 7.2

ЛИТЕРАТУРА

1. Воздвиженский Б.И. Разведочное бурение / Б.И. Воздвиженский, О.Н. Голубинцев, А.А. Новожилов. - М.: Недра, 1979. - 510 с.

2. Советов Г.А. Основы бурения и горного дела / Г.А. Советов, Н.И. Жабин. - М.: Недра, 1991. - 368 с.

Страницы: 1, 2, 3