Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Кольматацию призабойной зоны скважины, обусловленную проникновением промывочной жидкости в поры и трещины гор­ной породы, следует рассматривать с двух сторон: как резуль­тат механического проникновения в поры и трещины породы промывочного раствора и как результат физико-химического взаимодействия породы и раствора.

Величина механического проникновения промывочного рас­твора зависит от его реологических свойств, фильтрационной способности породы и избыточного давления столба промывоч­ной жидкости на пласт. Глубина проникновения глинистого рас­твора в пласт вычисляется по формуле, приведенной К. А. Ца­ревичем [43]:

(1.1)

6

где I—глубина проникновения раствора в пласт, мм; к — ко­эффициент сопротивления, зависящий от формы и величины зе­рен, слагающих породу (по данным АзНИИ для однородных зерен £»0,154-^0,146); с? —диаметр зерен, мм; р — разность давлений столба раствора в скважине и поглощающих пород, кгс/см2; 0 — статическое напряжение сдвига, мгс/см2.

Формула (1.1) приемлема для случая, когда глубина про­никновения раствора в пласт мала по сравнению с радиусом скважины.

В приведенной выше формуле пористая среда характери­зуется диаметром частиц. Более объективной характеристикой пористой среды является ее проницаемость. Поэтому универ­сальной следует считать формулу, предложенную А. X. Мирзад — жанзаде [47]:

(1.1а)

где Дро — перепад давления на пласт в случае предельного равновесия; /г — проницаемость пористой среды при фильтрации вязкопластической жидкости; а — безразмерная постоянная из опыта; для вязкопластической жидкости в лабораторных усло­виях получены значения а в следующих пределах [47]: ос= (155—180) • 104; ос = 167-10-4; т — предельное напряжение сдвига;

здесь у — плотность промывочной жидкости; /г—глубина стати­ческого уровня воды в скважине; то — предельное напряжение сдвига; Н — глубина поглощающего пласта; Я0 и 1?бк — радиу­сы соответственно скважины и бурильной колонны.

Для расчета глубины проникновения фильтрата глинистого раствора пользуются уравнением [8]

(1.3)

где —радиус проникновения фильтрата в пласт, м; — ко­личество промывочной жидкости, проникшей в пласт, м3; Яс —■ радиус скважины, см; т — пористость пласта; а — коэффициент остаточного водонасыщения.

Под влиянием разности давлений между пластом и глини­стым раствором последний будет проникать в глубь пласта до тех пор, пока разность давлений не в состоянии будет преодо­левать сопротивление начального сдвига. При наступившем рав­новесии проникновение раствора в пласт прекратится [8].

По данным многочисленных лабораторных исследований, с промывочными жидкостями, применяемыми при бурении в поро­дах с проницаемостью до нескольких сотен миллидарси, твер­дые частицы образуют на стенках скважины корку, а некоторая часть их проникает в пласт не более чем на 2—3 см [3].

Однако в практике бурения встречаются случаи, когда про­мывочная жидкость по суффозионным каналам и трещинам в горных породах проникает на десятки метров от ствола скважи­ны и сопровождается потерей циркуляции и другими осложне­ниями. Так, при бурении скв. 24 на действующем крупном водозаборе в Молдавии на глубине 157 м при избыточном гид­ростатическом давлении на пласт 7 кгс/см2 произошло мгновен­ное поглощение промывочной жидкости с выбросом ее на днев’

ную поверхность через ствол эксплуатировавшейся скважины, удаленный на расстоянии 50 м. Выброшенный на поверхность раствор был сильно обогащен мелким известковистым песком. Водоносный горизонт здесь представлен карбонатными порода­ми с редкими прослойками мелкого песка, уход промывочной жидкости произошел, вероятно, по суффозионному каналу, об­разовавшемуся при длительной эксплуатации ранее пробурен­ной скважины. Проникновение промывочной жидкости в эксплу­атировавшуюся ранее скважину при бурении новой скважины, удаленной на расстояние 10—15 м, — частое явление при вскры­тии водоносных пластов, представленных мелкими песками, что свидетельствует об образовании суффозионных воронок и кана­лов значительных размеров в процессе эксплуатации скважин в рыхлых отложениях, оборудованных фильтрами.

Кольматация порового пространства промывочным раство­ром обусловлена не только механическим проникновением ее в пласт, но и физико-химическим взаимодействием породы с рас­твором. Механизм этого взаимодействия сложен и обусловлен молекулярным притяжением между частицами породы и веще­ствами, находящимися в виде раствора или суспензии.

Горная порода и жидкость, заполняющая ее поры, представ­ляют собой дисперсную систему, в которой вода и растворенные в ней соли могут рассматриваться как дисперсионная среда, а твердые частицы — как дисперсная фаза. Поверхностная энер­гия такой системы измеряется произведением поверхностного натяжения на границе соприкосновения дисперсной фазы с дис­персионной средой на величину суммарной поверхности частиц дисперсной фазы.

Всякая дисперсная система стремится уменьшить свою по­верхностную энергию. В рассматриваемой системе это происхо­дит как вследствие уменьшения величины суммарной поверхно­сти, так и уменьшения поверхностного натяжения воды. Оба эти фактора порождают поглотительную способность системы.

Стремление дисперсной системы понизить поверхностное на­тяжение дисперсионной среды приводит к концентрации ве­ществ, понижающих поверхностное натяжение, в слое, непосред­ственно примыкающем к поверхности дисперсных частиц. Это явление называют положительной адсорбцией. Адсорбироваться могут как молекулы растворенного вещества, так и молекулы растворителя.

Глины обладают наибольшей адсорбционной способностью, особенно в диспергированном состоянии. Поэтому они выполня­ют главную роль в кольматации пор и трещин горных пород, вскрываемых бурением с промывкой.

Активными понизителями поверхностного натяжения являют­ся поверхностно-активные вещества (ПАВ). Обладая способ­ностью адсорбироваться на поверхностях раздела фаз, они даже при небольшой их концентрации в значительной мере понижа­ют поверхностное натяжение. Поэтому целесообразно применять эти вещества при вскрытии пластов. Многочисленные ПАВ от­личаются различными свойствами: одни из них интенсивно ад­сорбируются на поверхность глинистых частиц и очень слабо —• на поверхность кварца и песчаника, другие — наоборот [8]. В практике буровых работ наиболее широкое применение полу­чили неионогенные вещества: оксиэтилированные алкилфенолы ОП-7, СШ-10 и УФЭ8.

Промывочные растворы с малой концентрацией глинистых минералов медленно образуют глинистую корку и проникают в пласт на значительную глубину, образуя мощную зону кольма — тации. Устранить такую кольматацию трудно. Поэтому водонос­ный пласт необходимо вскрывать либо качественным раствором, создающим плотную корку, с последующим ее разрушением и удалением, либо водой (раствором), не содержащей глинистых частиц.

Комментарии запрещены.