Бурение скважин с продувкой охлажденным воздухом

Бурение скважин с продувкой охлажденным воздухом

Применение сжатого воздуха вместо промывочной жидкости является существенным шагом вперед в решении проблемы бурения в условиях мерзлоты. Сжатый воздух, в отличие от воды и глинистых растворов, не замерзает при температурах и давлениях в процессе бурения, поэтому полностью устраняются осложнения, связанные с замерзанием промывочной среды.

В указанном отношении воздух как промывочный агент значительно эффективнее, например, солевого раствора (NaCl или СаС12 в воде), который хотя и не замерзает в скважине, но в силу своей способности нести больший запас тепла может нарушить естественное агрегатное состояние слагающих стенки скважины мерзлых пород, что ведет к появлению осложнений из-за их протаивания.

На выходе из компрессора сжатый воздух всегда имеет повышенную температуру, достигающую 70–80 °С; при этом отмечались случаи протаивания мерзлоты с последующими осложнениями.

Существует также специфический вид осложнений, связанных с выпадением конденсата из воздуха при его охлаждении в скважине и выражающихся в слипании частиц шлама, образовании сальников, намерзании конденсата в соединениях, уменьшении проходных сечений и вследствие этого в прижогах породоразрушающего инструмента, прихватах снаряда и др.

Бурение с применением газожидкостных дисперсных систем

Газожидкостные системы, используемые в качестве самостоятельных очистных агентов, делятся на аэрированные жидкости, туманы и пены. Пены представляют собой, как правило, многофазные дисперсные системы, в которых дисперсионной средой служит жидкость, а дисперсной фазой – газ. Аэрированные жидкости отличаются от пен тем, что в них концентрация газа значительно ниже, пузырьки газа не связаны между собой и имеют шарообразную форму. К пенам относятся дисперсные системы, в которых газообразная фаза составляет основную часть объема – до 99 %.

Ряд существенных технологических преимуществ газожидкостных систем обусловливается известными преимуществами входящих в них компонентов – жидкости и газа. Так, успех, достигаемый от применения газожидкостных систем, объясняется присутствием в них газовой фазы, позволяющей в широком диапазоне снижать, например, гидростатическое давление столба очистного агента, обеспечивать лучшие условия удаления из скважины бурового шлама и т. д. Однако жидкая фаза, содержащая различные поверхностно-активные вещества (ПАВ), химические реагенты (КМЦ, гипан и др. ), а также глинопорошок, смазывающие, ингибирующие, противоморозные и другие добавки, позволяющие повысить показатели бурения, создает лучшие условия для нормального охлаждения и работы породоразрушающего инструмента по сравнению с продувкой скважины сжатым воздухом.

В настоящее время газожидкостные системы применяются при бурении скважин на твердые, жидкие (нефть, воду) и газообразные полезные ископаемые (газ, геотермы). Они используются при вращательном (с двигателем на поверхности и с погружным двигателем – турбобуром, электробуром), а также при ударно-вращательном, керновом и бескерновом бурении.

Бурение с применением промывочных жидкостей

Промывочные жидкости на водной основе могут быть полимерглинистые с малым содержанием твердой фазы, полимерглинистые и полимерные безглинистые. В эти жидкости могут вводиться различные реагенты-стабилизаторы, пенообразователи, а также смазывающие, противокоррозионные, противоморозные и другие добавки.

А. В. Марамзин на основании многочисленных экспериментальных исследований показал, что для обеспечения нерастепляемости пород температура промывочной жидкости, нагнетаемой в скважину, должна быть в пределах от 0 до –2, 5 °С и по возможности близкой к температуре окружающих пород. При бурении нефтяных и газовых скважин роторным и турбинным способами считается, что для предупреждения осложнений в процессе бурения температура жидкости должна быть близкой к 0 °С.

В Тюменской области накоплен опыт бурения скважин в многолетнемерзлых породах, склонных к обвалообразованию, с промывкой пресными глинистыми растворами. В этих условиях параметры и подачу жидкости в скважину выбирали из расчета обеспечения структурного режима течения жидкости в затрубном пространстве для снижения интенсивности теплообмена между жидкостью и породами. При этом величина растепления стенок скважин промывочной жидкостью с температурой 3–5 °С за 25–35 ч не превышала 0, 03–0, 04 м.

С целью предупреждения промораживания жидкости в скважинах при бурении в зонах многолетнемерзлых пород в США предложен оригинальный метод. Он заключается в изоляции стенок скважины от раствора с помощью устанавливаемой в ней по всей мощности зоны надувной трубы. При подаче воздуха труба расширяется и прижимается к стенкам скважины. Давление воздуха в трубе поддерживается равным давлению жидкости в скважине. Данная система может быть легко извлечена из скважины. После проходки зоны многолетнемерзлых пород ствол скважины во всех случаях закрепляется обсадными трубами.

Для предупреждения разрушения льда при роторном бурении колонковыми долотами температуру промывочной жидкости на выходе из скважины поддерживали равной –3, 3 °С. При глубине скважины до 570 м инвертную эмульсию охлаждали, например, до –6, 7 °С. При этих условиях обеспечивался подъем нерастепленного керна.

Для охлаждения промывочной жидкости в районах Крайнего Севера и северо-востока предложены различные способы. Наиболее универсальным из них, обеспечивающим охлаждение промывочной жидкости в любое время года, является способ, предусматривающий применение специальных теплообменников и холодильных установок.