Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Исследованию процессов, происходящих в бурящихся скважи­нах, должно, очевидно, предшествовать выяснение условий и про­странственных границ, в которых они протекают. Иначе говоря, прежде всего необходимо установить, что представляет собой бу­рящаяся скважина как объект, в котором протекают все эти про­цессы. Выяснение этого вопроса логично начать с ознакомления с известными конструкциями скважин. Имеющиеся данные свиде­тельствуют о том, что во всех странах мира наблюдается общая тенденция роста глубин скважин, что объясняется главным обра­зом истощением запасов нефти и газа на меньших глубинах.

Наряду с этим сверхглубокое бурение’ позволит раскрыть но­вые возможности использования сырьевых и энергетических ресур­сов планеты и, кроме того, даст толчок к дальнейшему развитию наук о Земле, поднимет их на принципиально новый уровень. Это одна из ведущих проблем современности и для ее осуществления потребуется строительство скважин, глубина которых/достигнет 10-—15 км.

Как правило, для глубоких скважин применяют многоколон­ные конструкции, что обеспечивает предупреждение возможных осложнений и аварий как в процессе бурения, так и в процессе эксплуатации скважины. Можно утверждать, что любая скважина в процессе ее бурения представляет собой цилиндрическое тело кольцевого сечения, образованное колонной бурильных труб и стен­ками обсаженного или необсаженного ствола.

Процесс разрушения породы в забойной зоне происходит вне зависимости от конструкции скважины, причем образующийся в. процессе разбуривания шлам выносится на поверхность по затруб — ному (кольцевому) пространству восхоДящим потоком бурового ра­створа. При. этом (также вне зависимости от конструкции сква­жины) поток бурового раствора’ омывает нагретые за счет есте­ственного тепла пород стенки ствола, в результате чего между ни­ми возникает теплообмен.. ,

Таким образом, при любой конструкции скважины образуется замкнутая система, внутри которой циркулирует поток бурового ра­

створа, активно участвующего в очистке забоя скважины и одно­временно выполняющего роль холодо — или теплоносителя. Иначе говоря, вне зависимости от своей конструкции любая бурящаяся скважина может рассматриваться как. некий теплообменный аппа­рат, работающий по принципу «противника». В то же время харак­тер протекания всех процессов в таком теплообменнике, их коли­чественная оценка в первую очередь будут определяться конструк­цией скважины, так как именно в зависимости от конструкции скважины могут изменяться поперечные сечения проходных кана­лов и их длина, что не замедлит сказаться на энергетических по­казателях всей циркуляционной системы.

Кроме того, в отличие от обычных теплообменных аппаратов в данном случае мы имеем дело с системой, Габаритные размеры которой, равно как и температура внешней среды, изменяются и во времени, и по глубине. При этом имеется в виду изменение диа­метров (внутренних) и наружных бурильных труб, а также диамет­ра самого ствола скважины, находящегося в непосредственной за­висимости от диаметра долот, которыми будет разбуриваться по­рода, и от диаметров (главным образом внутренних) колонн, ко­торые будут спущены в скважину для крепления ее стенок.

В силу специфических условий протекания процессов, обуслов­ленных конструкцией и технологией проводки ствола, их изуче­ние целесообразно приурочить к четырем самостоятельным зонам. Это прежде всего зона забоя, где размещается породоразрушаю­щий инструмент (долото) и происходит процесс собственно раз- буривания (разрушения) породы и где (если бурение ведется не роторным способом) размещается забойный двигатель. Несколько условно можно считать, что в этой же зоне размещен весь низ бурильной’ колонны, имеющей ту или инук} компоновку.

Затем отдельно должно рассматриваться кольцевое простран­ство, образованное колонной бурильных труб (а в процессе це­ментирования—обсадной колонной) и стенками ствола скважи­ны — обсаженного или необсаженного. В. этой части скважины протекают основные тепловые и гидравлические процессы, связан­ные с выносом разбуренных частиц, подъемом цементного раство­ра, фильтрацией буровых растворов в пласт и т. п.

Третья зона представляет собой внутренний канал бурильных труб (при цементировании — внутренний канал обсадной колон­ны), через который происходит подача бурового раствора на за­бой или продавка цементного раствора в затрубное пространство в процессе цементирования. Кроме того, при электробурении внут­ренний канал бурильных труб служит одновременно и каналом, в котором размещается токопроводящий кабель.

Отличительной особенностью третьей зоны является возмож­ность ее вращения исходя из технологических особенностей буре­ния или в зависимости от способа бурения.

Наконец, последняя, четвертая зона — это та часть бурового оборудования и циркуляционной системы, которая расположена на поверхности и, в частности, на устье скважины. Здесь проис­ходит приготовление и очистка буровых растворов, приготовле­ние цементных растворов, продавочных и буферных жидкостей. Здесь же расположены все буровые механизмы и насосное хозяй­ство, а также сосредоточены все контрольно-измерительные при­боры, позволяющие следить за эффективностью процессов, проис­ходящих в скважине, и вносить при необходимости соответствую­щие коррективы в их протекание.

Очень важно иметь в виду, что в то время как выбор формы и габаритных размеров скважины как теплообменного аппарата зависят в конечном счете от воли человека и, стало быть, управ­ляем, то среда, в которой человек создает этот аппарат, ее свой­ства и состояние не зависят от воли человека, а обусловлены ря­дом геологических и географических факторов, являющихся не­управляемыми. В частности, к таким свойствам среды должны быть отнесены теплофизические свойства и температура пород, ее механические (прочностные) свойства, пластовое, давление и т. п.

Тепловые и гидравлические процессы имеют много общего, тог­да как остальные (механические, физико-химические и др.) про­цессы значительно отличаются от них по своей природе и изуча­ются самостоятельно. Следует иметь в виду, что термогидравли­ческие процессы, связанные с цементированием скважин, обладают рядом специфических особенностей и поэтому также должны рас­сматриваться отдельно.

Совершенно очевидно, что на современном этапе, когда на по­вестку дня встал вопрос бурения скважин глубиной 15 тыс. м, нельзя ограничиваться рассмотрением только гидравлических про­цессов без учета теплообменных явлений. Гидравлические и тепло­вые вопросы, относящиеся к проводке сверхглубоких скважин, должны рассматриваться совместно с учетом их взаимодействия. В силу сложившихся обстоятельств сам термин «гидравлика буро­вых растворов» уже не в состоянии отразить то многообразие за­дач, которые приходится решать, имея дело с гидравлическими и тепловыми процессами в бурящихся скважинах. Более емким и точнее отражающим сущность изучаемых явлений термином явля­ется термин «термогидравлика буровых растворов» или «буровая термогидравлика».

По сути дела этот термин характеризует сущность новой са­мостоятельной дисциплины, становление которой самым тесным образом связано с развитием техники и технологии бурения.

Комментарии запрещены.