Промывка скважин при бурении

Промывка скважин при бурении

 

1. Промывка скважины

 

Промывка скважины - это весьма важный этап бурения. Он осуществляется после монтажа обсадных труб, промывки конструкции, размытия водоносного слоя, пропитавшегося буровым раствором. Основным назначением промывки является:

. Очистка забоя скважины от  разбуренной породы и вынос  ее на поверхность;

. Охлаждение породоразрушающего  инструмента;

. Укрепление стенок скважины  от обрушения.

Существует три способа промывки скважин: прямая, обратная и комбинированная.

Прямая промывка (рис. 1.), когда промывочная жидкость, нагнетаемая насосом, проходит по колонне бурильных труб, затем (при бурении кольцевым забоем) между керном и колонковой трубой омывает забой, охлаждает породоразрушающий инструмент, захватывает с забоя частицы разрушенной породы, поднимается вверх по кольцевому пространству между бурильными трубами и стенками скважины и, наконец, выходит на поверхность.

Достоинства прямой промывки:

) буровой раствор, выходя из  суженных промывочных отверстий  коронки приобретает большую  скорость и с силой ударяет  о забой, размывая разбуриваемую  породу, что способствует увеличению  скорости бурения;

) применяя специальные промывочные  жидкости при бурении в сыпучих, рыхлых и трещиноватых породах  обеспечивает закрепление стенок  скважины путем скрепления частиц  неустойчивой породы.

Недостатки прямой промывки:

) возможен размыв стенок скважины  при бурении в мягких породах  вследствие большой скорости  восходящего потока;

) пониженный процент выхода  керна в результате динамического  воздействия струи на верхний  торец керна, что приводит к  его размыву;

) при бурении скважин большого  диаметра повышенный расход промывочной  жидкости, необходимый для создания  такой скорости восходящего потока, при которой все разбуренные  частицы породы будут выноситься  на поверхность.

Прямая промывка имеет преимущественное применение в практике разведочного бурения.

промывка скважина бурение

 

Рисунок 1 - Прямая промывка скважин

- буровой насос; 2 - нагнетательный  шланг; 3 - вертлюг - сальник; 4 - колонна  бурильных труб; 5 - трубный фрезерный  переходник; 6 - колонковая труба; 7 - коронка; 8 - система желобов; 9 - отстойник; 10 - приемный бак

 

Обратная промывка (рис.2), когда промывочная жидкость движется к забою по кольцевому пространству между бурильными трубами и стенками скважины, омывает забой, входит в отверстия породоразрушающего инструмента, при наличии керна проходит пo кольцевому зазору между керном и колонковой трубой, проходит по внутреннему каналу бурильной колонны и, обогащенная шламом, выходит на поверхность земли.

Достоинства обратной промывки:

интенсивная очистка забоя от частиц разрушенной породы и возможность гидравлического транспорта кернов через бурильные трубы на поверхность.

Недостаток обратной промывки:

невозможность обеспечения нормального процесса бурения при наличии в разрезе поглощающих горизонтов, в которых теряется полностью или частично промывочная жидкость.

В связи с более сложной организацией обратной промывки она имеет ограниченное применение.

 

 

Рисунок 2 - Бурение с обратной промывкой при использовании для создания циркуляции вакуум- и центробежного насосов

- долото; 2 - бурильная колонна; 3 - ротор; 4 - рабочая труба; 5 - вертлюг; 6 - рукав; 7 - вакуумметр; 8 - центробежный насос; 9 - бак вакуумный; 10 - бак водяной; 11 - рукав сливной; 12 - вакуум-насос; 13 - задвижка; 14 - амбар-отстойник; 15 - буровой  шлам; 16 - перемычка; 1 7 - промывочная  жидкость; 18 - желоб для соединения  шурфа с амбаром-отстойником

Комбинированная промывка, когда движение промывочной жидкости над колонковой трубой осуществляется по схеме прямой промывки, а ниже с помощью специальных устройств по схеме обратной промывки. Техническое исполнение комбинированной промывки связано с применением устройств, преобразующих прямую промывку в обратную в призабойной зоне. Комбинированная промывка применяется с целью повышения выхода керна.

 

. Промывочные жидкости и условия  их применения

 

. Техническая вода (пресная, морская, рассолы) применяется при бурении  в устойчивых породах;

. Глинистые растворы применяются  в трещиноватых, рыхлых сыпучих, плывучих и других слабоустойчивых  породах для предотвращения обвалов, а также в трещиноватых скальных  породах для борьбы с потерей  циркуляции.

Кроме того, при бурении в особо сложных и специфических условиях применяют более сложные растворы с специальными добавками:

. Для приготовления легких химически  аэрированных буровых растворов  применяют глинопорошки, поверхностно-активные  вещества (0,1-0,2%), реагенты-структурообразователи (каустическая сода 0,1-0,2%) или кальцинированная  сода (0,5-2,5%);

. Утяжеленные глинистые растворы  применяются при вскрытии пластов  с большим пластовым давлением  для предупреждения выбросов  из устья скважины фонтанной  воды, нефти или газа. Для изготовления  утяжеленного глинистого раствора  к нему добавляют инертный  порошкообразный материал - утяжелитель, изготовленный из тяжелых минералов: - барита (BaSO4); гематита (Fe2O3) и др.. После  задавливания фонтана под действием  гидростатического давления утяжеленного  раствора, над устьем скважины  устанавливают противовыбросную  арматуру, промывают скважину облегченным  аэрированным глинистым раствором  или технической водой, удаляют  утяжеленный раствор и фонтанирование  скважины восстанавливается;

. Эмульсионные буровые растворы. Эмульсией называется система, состоящая  из двух (или нескольких) взаимно  нерастворимых жидких фаз, одна  из которых диспергирована в  другой. Различают два типа эмульсии. Эмульсии первого рода - «масло  в воде» (М/В), когда масло в  водной среде находится в виде  мельчайших шариков;

Эмульсии второго рода, называемые инвертными или обратными, - «вода в масле» (В/М), когда вода в виде мельчайших шариков распределена в масле. Для придания эмульсии устойчивости применяют специальные реагенты - эмульгаторы. Эмульсионные растворы первого рода нашли широкое применение при алмазном высокоскоростном бурении с целью гашения вибрации и снижения мощности на вращение бурильной колонны;

. Растворы на нефтяной основе (РНО), применяют для вскрытия  нефтяных и газовых пластов  для сохранения их естественной  проницаемости. Эти растворы сложны  по своему составу, более дорогие, чем буровые растворы на водной  основе.

 

. Назначение и классификация  промывочных жидкостей

 

С ростом глубины скважин требования к их промывке все более возрастали, что обусловило создание новых промывочных жидкостей.

Основные функции промывочных жидкостей:

) вынос разбуренных частиц породы  на поверхность;

) удерживание частиц выбуренной  породы во взвешенном состоянии  при прекращении циркуляции;

) создание противодавления на  стенки скважины, а, следовательно, предотвращение обвалов породы  и предупреждение проникновения  в скважину газа, нефти и воды  из разбуриваемых пластов;

) глинизация стенок скважины;

) охлаждение долота, турбобура, электробура  и бурильной колонны;

) смазка трущихся деталей долота, турбобура;

) передача энергии турбобуру;

) защита бурового оборудования  и бурильной колонны от коррозии.

Промывочная жидкость должна быть инертной к воздействию температуры, минерализованных пластовых вод и обломков выбуренной породы.

Промывочные жидкости классифицируются следующим образом:

) на водной основе, представителями  которой являются вода и глинистые  растворы;

) на неводной основе, к которым  относятся углеводородные растворы (нефтяные);

) аэрированные жидкости.

 

 

Рисунок 3.1 - Электробур с маслонаполненным шпинделем

- вал электродвигателя; 2, 5 - радиальные  подшипники; 3, 30 - опорные подшипники;4, 6 - секции электродвигателя; 7 - обмотка  статора; 8 - диамагнитный пакет; 9, 10, 11 - соответственно верхняя, средняя  и нижняя части корпуса; 12 - корпус  лубрикаторов; 13, 37 - переводники; 14, 25 - лубрикаторы; 15, 33 - поршень лубрикатора;16,34 - пружина лубрикатора; 17, 18 - сальниковые  уплотнения; 19 - пара торцовая уплотнения; 20 - кабельный ввод; 21 - контактный  стержень; 22 - уплотнение ввода кабеля; 23 - предохранительный стакан; 24 - опора  контактного стержня; 26 - корпус шпинделя; 27 - соединительная муфта; 28 - роликовая  опора; 29 - вал шпинделя; 31 - резиновый  амортизатор; 32 - лубрикатор шпинделя; 35 - втулка с уплотнением; 36 - сальник  шпинделя; 38 - долото.

 

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

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

Статическое напряжение сдвига ? 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.

 

. Промывочные жидкости на водной  основе

 

Вода в качестве промывочной жидкости может быть применена в районах, где геологический разрез сложен твердыми породами, не обваливающимися в скважину без глинизации ее стенки. В этих условиях промывка скважины водой становится наиболее выгодной из-за ее малой вязкости и относительно небольшой плотности. В результате уменьшаются гидравлические сопротивления в бурильной колонне, турбобуре, долоте и затрубном пространстве, улучшаются условия работы буровых насосов, повышается их подача и увеличивается мощность турбобура.

Однако как промывочная жидкость вода имеет два существенных недостатка. Во-первых, возникает опасность прихвата бурильной колонны, так как вода не способна удерживать во взвешенном состоянии обломки выбуренной породы при прекращении циркуляции. Во-вторых, могут быть обвалы пород со стенок скважины, так как вода не обеспечивает должного гидростатического давления. Кроме того, обвалы объясняются физико-химическим воздействием воды на породу, слагающую стенку скважины.