Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Промывка (продувка) скважины является важнейшим элемен­том процесса вращательного бурения.

В настоящее время разработано и применяется в практике бу­рения большое количество промывочных жидкостей, обладающих различными структурно-механическими и физико-химическими свойствами, отвечающими требованиям бурения в различных гор­но-геологических условиях [1, 28, 38, 42, 46]. В практике разведоч­ного колонкового бурения находят применение разнообразные про­мывочные жидкости, такие как техническая вода, глинистые раст­воры (нормальные, малоглинистые, полимерглинистые, утяжелен­ные); специальные глинистые (солестойкие бентонитовые, эмуль­сионные глинистые, ингибированные и др.)* естественные на основе разбуриваемых пород; безглинистые растворы специального на­значения (полимерные, растворы ВМБКР и ВККР, гидрогелевые и др): аэрированные растворы; пены и воздух. Однако, наиболее распространенными при колонковом бурении остаются техничес­кая вода и в осложненных условиях — глинистые растворы как наиболее простой и дешевый тип буровых растворов, с помощью которых возможно решение многих технологических задач.

Вцбор типа промывочной жидкости определяется геолого-тех- ническими и гидрогеологическими условиями бурения, составом и свойствами проходимых пород, способом бурения; опытом буро­вых работ и экономической эффективностью. ,

Первоначальный выбор типа промывочной жидкости для бу­рения в конкретных геолого-технических условиях можно сделать, воспользовавшись рекомендациями, приведенными в табл. 21.

Техническая вода

Глинистые растворы Нормальные глинистые растворы

Малоглинистые растворы

Качественная глина (до 15—36 %), вода пресная или морская, химические реагенты

Высококачественная гли­на (до 4—8%), вода и химические реагенты:

1) раствор на основе реагента К-4 (0,1 %) и кальцинированной соды (0,1 %);

2) раствор на основе КМЦ (2-1 %);

В монолитных, плотных, устойчивых и негидрофиль­ных породах, обладающих высокой сопротивляемостью размывающему действию по­тока, при глубине бурения до 1500—2000 м и при от­сутствии горизонтов с высо­кими пластовыми давления­ми

Вода не имеет твердой фазы, обладает меньшей плотностью и вязкостью по сравнению с глинистыми ра­створами, что обеспечивает улучшение условий очистки забоя и разрушения горных пород, уменьшение износа породоразрушающего ин­струмента и повышение ме­ханической скорости бурения

Промывка скважин водой обеспечивает сравнительно низкую стоимость промывки на 1 м бурения

Промывку скважин техни­ческой водой не следует применять при проходке толщ глинистых сланцев, ар­гиллитов и алевролитов, со­левых отложений, многолет­немерзлых пород, мощных толщ глин, так как это мо­жет привести к значитель­ным осложнениям при буре­нии

В осложненных геологи­ческих условиях, когда не­возможно применение тех­нической воды. При колон­ковом бурении в основном в породах I—VII категорий буримости

В осложненных геологи­ческих условиях для пред­отвращения поглощений и повышения устойчивости сте­нок скважин

Малоглинистые растворы отличаются малым содержа­нием твердой фазы, неболь­шой вязкостью и низкой плотностью, что улучшает условия очистки, повышает

Полимерглинистые и по — лимербентоннтовые раст­воры

3) раствор на основе кальцинированной соды (2,5—3%) и другие ре­цептуры

Бентонит 2—5 %; вода; полимеры 0,1— 0,5%; хи­мические реагенты, вво­димые избирательно эффективность процесса раз- рушения породы. Примене­ние малоглинистых раство­ров снижает износ инстру­мента и оборудования, по* вышает механическую ско­рость бурения и обеспечива­ет значительный экономи­ческий эффект Для алмазного бурения скважин (твердыми спла­вами и бескернового) ма­лыми диаметрами и при использовании снарядов ССК-59 и ССК-76 с целью снижения трения колонны о стенки скважины, снижения гидродинамического давле­ния потока, повышения устойчивости стенок и пред­отвращения осложнений. По­лимерглинистые растворы являются малоглинистыми и обладают всеми преимуще­ствами последних В породах трещиноватых, средней устойчивости (без глинистых фракций) реко­мендуется полимербентони — товый раствор на основе ПАА; в породах трещинова­тых, слабоустойчивых, с зо­нами нарушений, при нали­чии глинистых и глиносодер­жащих пород — полимер — бентонитовый раствор на основе ГПАА

Утяжеленные растворы

глинистые

Основа — качественный глинистый раствор. Утя­желение производится увеличением содержания твердой фазы (до р= = 1,3-г-1,35 г/см®) либо добавлением инертных утяжелителей: барита, ге­матита, магнетита и др. (до р=2,0-2,3 г/см3). Растворы обрабатывают­ся химическими реаген­тами (ПФЛХ и др.) для снижения вязкости

Для бурения в обваливаю­щихся породах, а также при высоких пластовых давлени­ях и возможных выбросах в скважине

Солестойкие глинистые растворы

Слабоминерализованные (1-3% №С1)

Минерализованные (3— 10% №С1 или >0,2 % СаС12)

Высокоминерализованные (>10% КтаС1)

Ингибированные раство­ры

Силикатный глинистый раствор

Гипсовый глинистый ра­створ

Известковый глинистый раствор

Гипсо — нзвестковистый глинистый раствор

Приготавливаются на основе нормальных раст­воров путем обработки химическими реагентами

Любыми реагентами — понизителями водоотдачи и вязкости

Солестойкими стабили­заторами, например, КССБ, гипан. КМЦ с предварительной обра­боткой КагСОз

Комбинированная обра­ботка. Крахмальный ре­агент и КМЦ, гипан и КМЦ; КССБ и КМЦ, су­пил и КМЦ и др.

Приготавливаются на основе нормальных гли­нистых растворов введе­нием в них химических реагентов

Ингибитор: жидкое

стекло; понизитель водо­отдачи — КМЦ; понизи­тель вязкости — нитро — лигпин, ПФЛХ и др.

Ингибитор — гипс, але­бастр; понизитель водо­отдачи — КНЦ; вязкос­ти — ССБ, ФХЛС, окзил

Ингибитор — известь, КаОН для снижения ра­створимости извести; по­низитель вязкости — ССБ, ПФЛХ, окзил; понизи­тель водоотдачи — УЩР, КМЦ и др.

Ингибитор — алебастр (гипс) — 2 %; окзил —

3- 5 %; КМЦ-600 —

0, 2 %; хроматы — 0,05 %; нефть — 8—12 %, КаОН и Са(ОН)2

Для бурения в мощных соляных пластах или при чередовании пластов соли с пропластками терригенных отложений с целью предот­вращения осыпей терриген­ных прослоев, пластического течения солей, кавернообра- зований, снижения выхода керна и других осложнений

Основная ‘ цель использо­вания — обеспечить устойчи­вость стенок скважин при проходке глинистых слан­цев, аргиллитов, пластичных набухающих глин и т. п.

Для повышения устойчи­вости стенок скважины в глинистых сланцах или осы­пающихся аргиллитах

Для повышения устойчи­вости стенок скважин в гли­нистых породах в условиях высоких забойных темпера­тур, более 150°С

Применяются при бурении слабоустойчивых и набуха­ющих глин при забойных температурах не выше 130 °С. Известковые растворы не­совместимы с обработкой КагСОз, фосфатами и дру­гими реагентами, дающими нерастворимые кальциевые соли

Применяется при бурении в слабоустойчивых и набу­хающих глинах при забой­ных температурах до 140— 160°С. Этот раствор обла­дает высокой подвижностью, его параметры легко регу­лируются

Фильтрационная корка не коагулирует при взаимодей­ствии с цементным раство­ром, что повышает качество крепления скважин

Хлоркальциевые глини­стые растворы

Естественные буровые ра­створы

Безглинистые растворы специального назначения *

Полимерные растворы

Ингибитор — 0,3—0,6 % СаСЬ, регулятор щелоч­ности — 0,1—0,15 % Са(ОН)2, понизитель вяз­кости — 0Л—0,3 % ССБ или КССБ, понизитель водоотдачи — 1,0—1,5 % КМЦ

Твердая фаза раство­ров состоит из частиц разбуриваемых пород: карбонатов, сульфатов, аргиллитов, габбро, ба­зальтов и др. Реологи­ческие и фильтрационные свойства регулируются обработкой реагентами- структурообразователями и понизителями вязкости (УЩР, ССБ, КССБ, КМЦ, окзил, крахмал, ги — пан, ЫаОН, №2С03, ГПАА и др.)

Раствор ВМБКР гото­вится на основе насыщен­ного раствора соли с об­работкой крахмальным реагентом и КССБ

Раствор ВККР готовит­ся на крахмальной ос­нове с обработкой кау­стической содой, ФЭС, хлористым магнием,

КССБ и хлористым каль­цием

На основе водных ра­створов полимеров — ПАА, ГПАА и сополиме­ра М-14 с обработкой реагентами N82003,

таОН и др.

Применяются при бурении неустойчивых самоднспер — гирующихся пород, таких как глины, глинистые слан­цы, аргиллиты. Хлоркаль­циевые растворы рекоменду­ется применять при забой­ных температурах ие выше 100—120 °С

Естественные буровые ра­створы, получаемые непо­средственно при бурении скважины и используемые вместо глинистых, дают сни­жение затрат на приготов­ление растворов в целом. Но при этом требуется боль­шой расход химических ре­агентов. Применение естест­венных растворов может по­высить абразивный износ бурового оборудования и инструмента. Естественные растворы могут быть при­менены, когда разрез сква­жины не осложнен обвала­ми и осыпями

Высокоминерализованиый безглинистый крахмальный раствор (ВМБКР) рекомен­дуется при бурении по со­леносным толщам с целью предотвращения различных осложнений и повышения процента выхода керна

Высокоминерализованный кальциевый на крахмаль­ной основе раствор (ВККР) рекомендуется при бурении на калийные соли с целью предотвращения кавернооб — разований и повышения про­цента ^выхода керна Для алмазного (твердо­сплавного) бурения сква­жин малыми диаметрами с высокими частотами враще­ния снаряда, а также при использовании снаряда ССК-46. Применение поли­мерных растворов приводит к повышению механической скорости бурения, снижению расхода алмазов и затрат мощности на бурение

Тип промывочной

ЖИДКОСТИ

Эмульсионные растворы

1. На основе пасты кожевенной эмульгирую­щей — оптимальная кон­центрация в промывоч­ной жидкости — 0,5—^ %

2. Эмульсол па осно­ве нигрола (60%), нат­ровых мыл смоляных ки­слот (30 %) с добавкой ОП-7 (1 %) и воды (9%), концентрация в промывочной жидкости —

0, 5—2 %

В монолитных, устойчи­вых породах, с незначитель­ной трещиноватостью, не со­держащих глин, рекоменду­ется полимерный раствор на основе ПАА с введением кау­стической или кальциниро­ванной соды, фосфатов нат­рия, жидкого стекла и ме­ла. В породах средней ус­тойчивости, слаботрещнно — ватых, с прослойками глино­содержащих пород рекомен­дуется полимерный раствор на основе ГПАА с добавка­ми (и без них) кальциниро­ванной соды, фосфатов нат­рия, жидкого стекла, смеси гудронов, растительных ма­сел, графитового порошка

Полимерные растворы об­ладают повышенными сма­зочными и антивибрацион­ными свойствами, что повы­шает показатели бурения и процент выхода керна

Для алмазного бурения с целью повышения частоты вращения снаряда, снижения вибрации снаряда и повы­шения выхода керна

Эмульсионные промывоч­ные жидкости обладают по­вышенными смазочными, ан­тивибрационными свойства­ми при одновременном ак­тивном воздействии на про­цесс разрушения породы, применение их дает повыше­ние скорости бурения и стойкости породоразрушаю­щего инструмента

Водомасляные эмульсии (1, 2, 3 и 4) работоспособ­ны только в мягких водах. Предельная граница по жесткости — содержание в воде кальциевых и магние­вых солей до 5—7 * 10~а моль/л

Аэрированные промывоч­ные жидкости

Пены

5. На основе нигрола (1—4 %) и ОП-7 или ОП-Ю (0,4—0,5%) (кон­центрация в промывоч­ной жидкости)

6. На основе ЭЛ-4 с концентрацией в промы­вочной жидкости 0,5— б %, дает эмульсию в жестких и минерализо­ванных водах

7. На основе ЭН-4 с концентрацией в промы­вочной жидкости 0,5— б %, на жесткой и мине­рализованной воде

Смесь воды (раство­ра) с воздухом (газом), полученная одним из спо­собов аэрации: механи­ческим, эжекционным, хи­мическим или комбиниро­ванным — механическим и химическим.

Дисперсная система, в которой дисперсной фа­зой является воздух, дис­персионной средой — во­да. Для стабилизации пе­ны вводится ПАВ

Эмульсии на основе ОСГ обладают пониженной плот­ностью— 0,98 г/см[2], в свя­зи с чем рекомендуются при бурении в условиях ча­стичных поглощений промы­вочной жидкости

Водомасляная эмульсия (5) работоспособна в жест­кой воде. Водомасляные

эмульсии (6, 7) могут быть приготовлены в жестких и минерализованных водах. Эмульсия на основе ЭЛ-4 является средством сниже­ния вибраций снаряда и по­вышения частоты вращения на больших глубинах, сни­жения износа породоразру­шающего инструмента и предотвращения самозакли- нивания керна

Применение водомасляной эмульсин на основе ЭН-4 повышает скорость бурения, при добавлении САС1г эмульсия становится моро­зоустойчивой (до —12 °С) и может применяться в мно­голетнемерзлых породах

При бурении в трещино­ватых, поглощающих поро­дах с целью предотвраще­ния поглощений промывоч­ной жидкости и других ос­ложнений

Установлено, что приме­нение аэрированных жидко­стей увеличивает механиче — • скую скорость бурения, стойкость породоразрушаю­щего инструмента и снижа­ет затраты времени на борь­бу с осложнениями при бу­рении

При бурении по слабосце — ментированным породам; в породах, склонных к набу­ханию, поглощающих, мно­голетнемерзлых, в условиях малых водопритоков (не бо­лее 60 л/мин). Пены обес­печивают устойчивость сте-

Используются пены со степенью аэрации а—

= ^г/У=-50+300. Рабо­чие концентрации ПАВ —

0, 1—1,5 % по активному веществу и уточняются опытным путем нок скв^кины и предотвра­щают осложнения. Экономи­чески целесообразно приме­нение пен в безводных и за­сушливых районах, а также в районах затрудненного во­доснабжения

Не следует использовать пены по несцементирован­ным, рыхлым породам, силь­но обводненным

Недопустимо одновремен­ное использование пен и смазки КАВС, в присутст­вии которой происходит раз­рушение пены

Воздух

С положительной и от­рицательной температу­рой

При бурении по трещино­ватым и закарстованным по­родам в условиях поглоще­ний промывочной жидко­сти; в пучащихся породах и склонных к оползанию под воздействием промывоч­ной жидкости; в безводных, пустынных и высокогорных районах, в районах распро­странения многолетнемер­злых пород

Продувку скважин возду­хом рекомендуется приме­нять во всех случаях, когда разрезы скважин безводны и представлены устойчивыми породами, с целью повыше­ния механической скорости бурения и износостойкости породоразрушающего ин­струмента. Применение про­дувки не рекомендуется в сыпучих, несвязных, пластич­ных и вязких породах, при наличии водопритоков

Приведенные в табл. 21 рекомендации и рецептуры должны уточняться опытным путем, при этом следует пользоваться рабо­тами [16, 38, 42, 43 и др.].

Комментарии запрещены.