10.8. Ликвидация каверн, пустот и крупных трещин в скважинах.

В практике геологоразведочного бурения не редки случаи пересечения скважиной крупных естественных полостей в горных породах (карстов и трещин), а также случаи образования каверн при нарушении технологических режимов бурения. С целью предупреждения серьезных осложнений и аварий в скважине необходимо оперативно восстанавливать целостность ее ствола, при этом важнейшими факторами, способствующими успешному тампонированию пустот, являются полное вытеснение промывочной жидкости из изолируемой полости и надежный контакт цементного камня с горной породой.

На рис. 10. 9 представлена схема тампонажного устройства, позволяющего оперативно проводить изоляционные работы в интервалах повышенной разработки ствола скважины с применением гранулированной БСС.

Рис. 10. 9. Устройство для ликвидации пустот в скважинах

в транспортном (а) и рабочем (б) положении

1 – пружинная скоба; 2 – таблетированная тампонажная смесь; 3 – контейнер; 4 – подпружиненные пальцы; 5 - пружина; 6 – осевой канал; 7 – верхний клапан; 8 – нижний клапан; 9 – секция; 10 – кольцевая канавка; 11 – цилиндрическая проточка; 12 – уплотнительное кольцо; 13 – запирающая круглая пластина; 14 – колонна бурильных труб; 15 – переходник; 16 – уплотнительная манжета; 17 – поршень.

Гранулы БСС 2, соединяясь со скважинной водой, распадаются с одновременной гидратацией вяжущего материала, образуя в полости каверны вязкопластичную тампонажную суспензию. Вращением устройства и перемещением вниз по скважине воздействуют его нижней частью на тампонажный материал, задавливая БСС в околоскважинное пространство. При достижении устройством забоя скважины снимают осевую нагрузку, передаваемую буровым станком, продолжая его «холостое» вращение на уровне тампонируемой полости.

По окончании схватывания БСС и образования в каверне тампонажного камня устройство извлекается из скважины, после чего возобновляют процесс ее бурения.

Таким образом, устройство обеспечивает оперативность и качество ликвидации пустот, что положительно отражается на процессе бурения скважины в целом.

Беструбное крепление осложненных интервалов скважин. В практике ведения буровых работ в сложных горно-геологических условиях возникают ситуации, когда используемые технологические и технические средства не обеспечивают сохранности ствола скважины в интервалах пересечения ею потенциально неустойчивых пород, в которых деформационные процессы приобретают необратимый характер. Большой расход обсадных труб для перекрытия неустойчивых интервалов, необходимость применения после обсадки скважины бурового инструмента меньшего диаметра или расширения всего ствола скважины при предельно малом ее диаметре приводят к значительному удорожанию бурения скважины и снижению производительнoсти буровых работ.

Методика беструбного крепления неустойчивых горных пород позволяет создавать в осложненном интервале скважины защитную оболочку (крепь) из быстротвердеющих вяжущих материалов необходимой толщины без уменьшения диаметра скважины.

Применительно к неустойчивым горным породам разработаны следующие технологические схемы их закрепления.

К первой группе относятся породы осадочного комплекса, обладающие достаточной начальной прочностью при вскрытии скважиной, но интенсивно изменяющие свои физико-механические свойства при взаимодействии с водными фильтратами буровых растворов. Основной вид осложнений в этих породах - сужение ствола скважины с последующим кавернообразованием. Для предотвращения осложнений в этих породах необходимо оперативно осуществлять их изоляцию от воздействия фильтрата очистного агента.

Технологическая схема крепления этих пород включает в себя: расширение ствола скважины на всю мощность осложненного интервала; доставку и переработку быстросхватывающейся смеси в стволе скважины; формирование крепи в расширенном участке ствола скважины.

Вторая группа объединяет трещиноватые кристаллические и осадочные горные породы, монолитность которых нарушена тектоническими, термо- и гидродинамическими процессами, имеющими место при формировании геологических структур разведуемого месторождения полезных ископаемых. Временная устойчивость пород этой группы на контуре скважины обеспечивается сцементированностью трещин различными эпигенетическими наполнителями или льдом. Нарушение же целостности ствола происходит вследствие температурного, гидродинамического и химического воздействия очистного агента на материал, заполняющий трещины, а также его механического разрушения буровым снарядом при дальнейшей углубке скважины.

Как правило, после вскрытия скважиной эти породы могут довольно продолжительное время оставаться в устойчивом состоянии. Осложнения в таких интервалах возникают на значительном удалении от забоя и проявляются в виде породных вывалов в ствол скважины.

Технологическая схема их крепления предусматривает установку искусственного забоя в скважине ниже " подошвы" осложненного интервала; расширение ствола в этом интервале на необходимую величину; заполнение расширенного участка тампонажным материалом; формирование крепи в околоствольном пространстве.

Третья группа включает в себя породы, в которых могут образовываться кавернозные полости, карстовые пустоты и трещины значительной раскрытости; при пересечении скважиной такие породы обрушаются под действием собственного веса в виде отдельных крупных кусков. Этот процесс обусловлен как нарушением природного равновесия в некоторой области " кровли" указанных полостей, непосредственно примыкающей к стволу скважины, так и технологическими факторами, связанными с дальнейшим бурением.

Технологическая схема закрепления таких интервалов достаточно проста и заключается в заполнении определенного объема околоскважинного пространства быстросхватывающейся смесью (БСС) с последующим восстановлением заданного диаметра скважины.

Наибольшие затруднения в практике бурения разведочных скважин вызывает проходка интервалов, приуроченных к зонам дробления горных пород, образующих четвертую группу. К ним относится весь комплекс сильно трещиноватых, обломочных пород с нулевым сцеплением и обрушающихся в ствол скважины практически сразу после вскрытия осложненного интервала. Постоянное осыпание породы со стенок скважины после извлечения бурового инструмента образует в ней завалы, препятствующие доставке в зону осложнения технических средств и материалов для возведения в ней защитной крепи.

В технологической схеме крепления таких зон предусматривается проведение следующих операций: нагнетание в пустоты разрушенной породы высокопластичных БСС, цементирующих дезинтегрированный материал как в стволе скважины, так и в околоствольном пространстве; разбуривание сцементированного завала и восстановление ствола скважины; нанесение на стенки скважины защитной оболочки из высокопрочного тампонажного материала.

В числе геологических осложнений чаще всего встречается случай, когда на некоторой глубине начинается поглощение очистного агента, при этом стенки скважины остаются устойчивыми. Лишь при значительном удалении от зоны поглощения наблюдаются прихваты снаряда выше колонковой трубы. Такой вид осложнения характерен для слоистых осадочных, скальных и полускальных, а также метаморфических горных пород с открытой трещиноватостью. Нарушение природного равновесия вызывается не столько изменением их напряженно-деформированного состояния после вскрытия скважиной, сколько механическим разрушением вращающейся колонной бурильных труб, а также гидродинамическим воздействием очистного агента, сопровождающимся " расклинивающим" эффектом при его фильтрации в трещины.

В связи с этим необходимым и достаточным условием для закрепления этих пород является кольматация трещин в зоне, непосредственно прилегающей к стволу скважины, и омоноличивание тем самым трещиноватого массива.

Технологическая схема крепления таких зон включает в себя: установку искусственного забоя под поглощающим горизонтом; контейнерную или бесконтейнерную доставку БСС в необходимом количестве; спуск тампонажного устройства и задавливание БСС в трещины.

При дальнейшей углубке скважины буровой снаряд, работающий в интервале закрепленных пород, необходимо снабжать демпфирующими элементами, например, резиновыми амортизаторами.