Буровые скважины

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 θ характеризует способность глинистых растворов удерживать во взвешенном состоянии частицы породы.

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

Статическое напряжение сдвига θ 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

Степень коллоидальности глины	Плотность глинистого раствора Рр г/см	Объем глины Vr на 1м3 раствора, м3	.Масса глины m на 1м3 раствора, кг	Выход глинистого раствора из 1 т глины Vв . м3/т
Высококоллоидная	1,04—1,06	0,03—0,04	70—100	15—10
Коллоидная	1,06—1,15	0,04—0,10	100—250	10—4
Среднеколлоидная	1,15—1,30	0,10—0,20	250—500	2—1,5
Малоколлоидная	1,30—1,40	0,20—0,27	500—675
Тяжелая	1,40—1,50	0,27—0,33	675-825	1,5—1,2

 

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, Η (см. табл. 7.1).

Частота вращения коронки должно быть n=60V / η 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; Vπ = 0,25— 0,6 м/с. Чем больше скорость бурения, тем больше и Vπ. 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

'Маркировка коронок	Катего-рия пород по буримости	Характеристика пород	Типичные представители пород	Диаметр, мм		Число резцов		Осевая нагрузка на 1 основной резец, Η	Окружная  скорость  коронки, м/с
				Наружный	Внутренний	Основных	Подрезных
Ml	I— III	Мягкие однородные	Суглинки, глины, торф, мел	151	112	8	__	500—600	1,0—1,5
				132	92	8	—
				112	73	8	—
				93	57	8	—
М2	II— IV	Мягкие с твердыми прослойками	Глины, слабо сцементированные песчаники, глинистые алевролиты, мергели, неплотные известняки	151	113	14	—	600—800	1,0—1,5
				132	93	14	—
				112	74	12	—
				93	58	12	—
М5	II— IV	Мягкие однородные	Глины, слабо сцементированные песчаники, ангидриты, глинистые сланцы	151	107	24	6	300—600	1,0—1,5
				132	88	24	6
				112	68	16	4
				93	53	16	4
СМЗ (С)	IV— VI	Монолитные малоабразивные	Аргиллиты, алевролиты, глинистые сланцы, доломиты, гипсы, известняки	151	133	12	9	600—1000	1,0—1,6
				132	114	12	9
				112	94	8	6
				93	75	8	6
				76	59	6	3
				59	44	6	3
				46	31	6
CM4 (ΜΡ2ΗΠ-1)	V— VI, Частично VII	Малоабразивные монолитные и перемежающиеся по твердости	Алевролиты, аргиллиты, глинистые и сланцы, песчаники известняки, базальты, дуниты	151	132	12	4	500—800	0,8—1,5
				132	113	12.	4
				112	93	9	3
				93	74	9	3
				76	58	9	3
CM5 (1HM)	V— VI	Малоабразивные монолитные и слаботрещиноватые	Доломиты, известняки, глинистые и песчаные сланцы, серпентиниты	151	133	24	4	400—600	0,8—1,6
				132	114	24	4
				112	94	18	3
				93	75	18	3
				76	59	12	4
				59	44	12	4
				46	31	12	2
				36	21	9	3
CM5 (16HA)	VI-VII	Малоабра-зивные монолитные и трещиноватые	Доломиты, известняки, серпентиниты, перидотиты	151	133	24	8	500—700	1,0—1,6
				132	114	24	8
				112	94	18	6
				93	75	18	6
				76	59	12	4
				59	44	12	4
				46	31	12	2
CT2 (CT6)	IV— VI	Малоабра- зивные трещиноватыеперемежаю-щиеся	Известняки, частично окремненные доломиты, сланцы с с твердыми включениями	151	133	12	6	500—800	0,6—1,2
				132	114	12	6
				112	94	10	5
				93	75	8	4
				76	59	6	3
				59	44	6	3
				46	31	6	3