 |
6.5. Технология бурения с применением газообразных агентов
|
|
|
|
Применение сжатого воздуха в бурении позволяет достичь высоких технико-экономических показателей ввиду специфических свойств газообразного агента.
Воздух (газ) обладает низкой плотностью, малой вязкостью и легко сжимается, что обеспечивает высокие скорости восходящего потока при сильной его турбулентности. В результате этого происходит полная очистка забоя от шлама, хорошее охлаждение породообразующего инструмента. Отсутствие гидростатического давления способствует повышению эффективности разрушения горной породы на забое. Воздух не загрязняет продуктивные горизонты, что позволяет улучшить качество опробования.
Бурение с воздухом целесообразно использовать в следующих условиях:
а) при бурении по трещиноватым и закарстованным породам в условиях потерь циркуляции промывочной жидкости с целью снижения затрат на борьбу с поглощениями;
б) в безводных, пустынных и высокогорных районах, где затруднено водоснабжение;
в) в районах с многолетне-мерзлотными породами с целью снижения осложнений, связанных с замерзанием промывочной жидкости;
г) в породах, взаимодействующих с водой и теряющих свою устойчивость;
д) при бурении скважин на воду с целью лучшей отбивки продуктивного горизонта и его освоения.
Бурение воздухом имеет и ряд недостатков:
а) ограничена глубина бурения из-за технических возможностей компрессора;
б) затруднено бурение в обводненных породах, в несвязанных, сыпучих, а также липких пластичных породах;
в) требуются дополнительные затраты для установки пылеулавливающих устройств;
г) снижается выход керна в трещиноватых породах.
Успех бурения с продувкой воздухом зависит от рабочих параметров компрессора (давления и расхода воздуха), компоновки бурового снаряда и схемы обвязки поверхностного оборудования.
|
|
|
При бурении скважин на нефть и газ в качестве газообразных агентов используют воздух, поступающий от компрессорных установок, природный газ из магистральных газопроводов или из близрасположенных газовых скважин, выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания.
При выборе конкретного вида газообразованного агента необходимо учитывать не только повышение технико-экономических показателей, но и безопасность ведения буровых работ. Необходимо учитывать то обстоятельство, что при использовании сжатого воздуха для вскрытия газосодержащих коллекторов могут образовываться взрывоопасные смеси за счет наличия кислорода в закачиваемом воздухе. Поэтому для вскрытия продуктивных газоносных и нефте-газоносных коллекторов часто используют природный газ от действующей скважины или магистрального газопровода. В этом случае на нагнетательной линии устанавливают спускные краны и влагоотделители. Газ, выходящий из скважины, сжигается с помощью факела на конце выкидной линии (длина не менее 80-100 м). Если газ используется вторично (при замкнутой системе циркуляции), то его предварительно очищают от шлама и влаги в сепараторах, трапах и фильтрах, а затем подают в компрессор. Такая схема хотя и громоздка, но более экономична, так как способствует снижению суммарного расхода газа на бурение.
Для бурения скважин с продувкой сжатым воздухом используется серийное буровое оборудование: станки и установки, породоразрушающий инструмент.
Принципиальное отличие от способов бурения с применением жидких очистных агентов заключается в устройстве выходной линии на поверхности и герметизации устья скважин. Схема обвязки оборудования при разведочном бурении с продувкой воздухом приведена на рис. 6. 9.
|
|
|
Рис. 6. 9. Схема расположения оборудования при бурении скважин с продувкой
Основное оборудование включает буровой станок 14, компрессор 1 и буровой насос 15 с зумпфом 16. Насос можно использовать в случае осложнений или при встрече сильно обводненных пород. В систему обвязки оборудования включают влагоотделитель 4 для сбора конденсата, холодильник 5 для поддержания постоянной температуры воздуха, герметизатор устья скважины 11, шламоотводную линию 12 с циклоном 13 для очистки воздуха. В систему обвязки входят соеденительные шланги 3, вентили 7. в качестве контрольно-измерительной аппаратуры используют манометр 9 для контроля давления воздуха, расходометр 8, термометр 10. Температура сжатого воздуха не должна превышать 900С, так как это может вызвать разрушение резиновых шлангов. Выкидная линия 12 обычно устанавливается в сторону господствующих ветров на расстоянии не менее 10 м. для уменьшения попадания пыли на буровую иногда на конце выкидной линии устанавливают вытяжной вентилятор. Трубопроводы поверхностной обвязки не должны иметь резких сужений и поворотов.
При бурении с продувкой следует использовать бурильные трубы муфто-замкового соединения с широкими проходными каналами и коническими резьбами. Такие соединения обеспечивают минимальные потери давления и утечки воздуха.
Породоразрушающий инструмент должен обеспечивать свободный проход воздуха на забой. Поэтому предпочтительно использовать твердосплавные коронки с повышенным выходом резцов и с увеличенной площадью промывочных каналов.
Переход с промывки на продувку не вызывает существенных изменений параметров режима бурения. Особое внимание уделяется расходу воздуха и его давлению в нагнетательной линии. Скорость бурения с продувкой в несколько раз выше, чем при бурении с промывкой. Поэтому на забое образуется много бурового шлама и его нужно своевременно удалять. Скорость бурения зависит от того, насколько своевременно и эффективно осуществляется очистка скважины.
Основной причиной осложнений при бурении с продувкой является поступление воды в скважину.
При водопритоках до 10% от величины образующегося в единицу времени шлама, последний начинает слипаться, это может привести к зашламовыванию скважины. Основная мера борьбы с этим осложнением – увеличение расхода воздуха, что способствует полному выносу шлама. При водопритоках от 10 до 35% от расхода шлама на стенки скважины и бурильные трубы, идет образование сальников, возникают затяжки и прихваты инструмента при подъеме. При водопритоках свыше 35% к количеству шлама сальники не образуются, а возникает столб водошламовой суспензии. Эффективным средством борьбы с сальникообразванием является добавление в поток воздуха пенообразователей в виде 0, 5-1, 5%-ных водных растворов в количестве 10-50 л на рейс. В качестве пенообразователей используют пенообразующие ПАВ, основные сведения по их применению приведены в табл. 6. 11.
|
|
|
Таблица 6. 11. Оптимальная концентрация пенообразующих ПАВ в зависимости от минерализации пластовой воды
| ПАВ | Оптимальная концентрация ПАВ, % к объему воды (в перерасчете на активное вещество) | Характеристика пластовой воды | Температура, оС | Отношение допустимой концентрации шлама к объему воды | |
| Химический тип | Степень минерализации | ||||
| Сульфанол НП-1 «Прогресс» ОП-10 ОП-7 КАУФЭ-14 Азолят А «Прогресс» ОП-10 ОП-7 Сульфанол НП-1 «Прогресс» | 0, 23 0, 10 0, 10 0, 10 0, 12 0, 10 0, 20 0, 20 0, 20 0, 42 1, 0-1, 20 | Гидрокарбонатно-кальциевые, сульфатные и хлоридные Сульфатно-натриевые Хлоркальциевые | Пресные и слабоминерализованные (плотность 1, 0015 г/см3, жесткость =0, 09 моль/кг) Среднеминерализованные и менарализованные (плотность 1, 0015-1, 0283 г/см3, жесткость 0, 09-1, 43 моль/кг) Рассолы ρ =1, 19 г/см3 | 20-50 20-50 20-50 | 1: 2÷ 1: 1 1: 2÷ 1: 1 4: 1÷ 1: 1 4: 1÷ 1: 1 1: 2 1: 2 1: 2 4: 1÷ 1: 1 4: 1÷ 1: 1 1: 2 1: 2 |
В случае притоков пластовой воды в состав воздуха вводятся пенообразующие ПАВ. Наибольшее значение притока пластовых вод для бурения с очисткой забоя воздухом с добавкой ПАВ составляет около 120 л/ч. При притоках воды в указанном выше диапазоне использование ПАВ предотвращает образование шламовых пробок и уменьшает возможность возникновения осложнений.
При бурении в многомерзлых породах важным фактором становится температура сжатого воздуха. Принудительное охлаждение воздуха от +5 до -100С полностью устраняет осложнения, связанные с растеплением стенок скважин и последующим их обваливанием в процессе бурения.
|
|
|
