Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Вскрытие продуктивных горизонтов при сооружении геотехнологи­ческих скважин, как правило, сопровождается явлением кольматации. Кольматация — нарушение естественных фильтрационных свойств пласта, что выражается прежде всего в уменьшении проницаемости пород приствольной зоны. Возникновение зоны кольматации является неизбежным, если в промывочной жидкости присутствуют твердые частицы и бурение осуществляют с депрессией на пласт.

Выделяют две зоны кольматации: зону, примыкающую к при­ствольной части скважины, обусловленную проникновением частиц бурового шлама и промывочной жидкости, а также зону фильтрата промывочной жидкости, чаще всего глинистого раствора, в породы продуктивного горизонта.

Выбор оптимальной технологии вскрытия продуктивных пластов позволяет повысить производительность и срок службы геотехнологи — ческих скважин, снизить эксплуатационные затраты на добычу полез­ных ископаемых. Особенно большое влияние на процесс разработки месторождений имеет технология вскрытия месторождений, разраба­тываемых методом ПВ.

Оптимальная технология вскрытия пластов включает выбор спо­соба бурения, схемы циркуляции и типа очистного агента. Для вскры­тия продуктивных горизонтов при подземном выщелачивании метал­лов применяют вращательное бурение с прямой и обратной промыв­ками, а также с продувкой воздухом. Вращательное бурение с прямой промывкой является наиболее распространенным способом при вскры­тии продуктивных горизонтов. В качестве очистных агентов для вскры­тия продуктивных горизонтов при вращательном бурении применяют техническую воду, глинистые растворы.

Техническая вода является самым дешевым очистным агентом, ее применение предотвращает загрязнение пород продуктивных го­ризонтов, способствует резкому уменьшению их кольматации. При­менение воды способствует также повышению скоростей бурения и снижению стоимости сооружения скважин. Однако вода является по отношению к породам приствольной зоны скважин самой агрессив­ной промывочной жидкостью и приводит к размыву песчано-глинистых пород, набуханию и обвалам скважин. Применение воды для вскры­тия продуктивных горизонтов возможно только в том случае, когда обеспечивается устойчивость разбуриваемых пород, их высокая сопро­тивляемость размывающему действию потока промывочной жидкости.

Бурение с использованием технической воды возможно, если коэф­фициент обвалообразований в глинах находится в пределах 1 < К< 3. Если К> 3, то применение технической воды в качестве промывочной жидкости нерационально из-за обрушений в стволе скважины.

Глинистые растворы обеспечивают высокую устойчивость стенок скважин, сложенных неустойчивыми породами. Однако содержащие­ся в глинистом растворе твердые частицы, а зачастую и химические реагенты способствуют кольматации пород продуктивных горизонтов и резкому снижению их проницаемости. Глинистые растворы целесо­образно применять для вскрытия напорных водоносных пластов.

Глинистые растворы, применяемые для вскрытия продуктивных пластов при ПВ, должны удовлетворять следующим требованиям:

✓ обеспечивать минимальное проникновение раствора в породы продуктивного пласта;

✓ предотвращать образование осадков (механических, химических), закупоривающих поры пласта и отверстия в рабочей части фильтра;

✓ способствовать быстрому удалению продуктов кольматации в зо­не пласта полезного ископаемого;

✓ обеспечивать необходимую стабильность при изменении темпе­ратуры и давления.

В практике сооружения технологических скважин подземного выщелачивания для вскрытия продуктивных горизонтов находят при­менение следующие типы глинистых растворов:

1. Малоглинистые растворы плотностью 1050—1090 кг/м3. Приме­нение малоглинистых растворов низкой плотности способствует умень­шению кольматации продуктивных пластов. Однако такие растворы обладают большой водоотдачей, и их применение приводит во многих случаях к уменьшению устойчивости стенок скважин.

2. Малоглинистые растворы, обработанные реагентами К-4, К-9, К-6. Приготовление этих растворов осуществляют следующим обра­зом. К глинистому раствору плотностью 1100—11500 кг/м3 и с водо­отдачей 20—25 см3/30 мин добавляют две части технической воды и полиакриламид из расчета 20—30 кг на 1 м3 малоглинистого раствора. Водоотдача такого раствора снижается до 10 см3/30 мин, а вязкость повышается.

Низкая водоотдача и малая плотность таких растворов способ­ствуют образованию глинистой корки толщиной 0,5—1,0 мм и резко­му уменьшению кольматации продуктивных пластов. Наличие доба­вок полиакриламида способствует также повышению устойчивости стенок скважин в зоне продуктивного пласта.

Из реагентов полиакриламида для вскрытия продуктивных плас­тов при сооружении технологических скважин ПВ наиболее широко применяют реагенты К-9 как более дешевые.

3. Малоглинистые растворы, аэрированные омыленными кубовы­ми остатками высокомолекулярных жирных спиртов (ВЖС).

Приготовление таких растворов осуществляют следующим образом. За 2—3 м до входа в продуктивный горизонт в глинистый раствор, имеющий, как правило, высокую плотность, вводят кубовый остаток ВЖС из расчета 5—6 л на 1 м3 глинистого раствора (0,5—0,6 %), после чего раствор интенсивно перемешивается в течение 5—10 мин путем перекачивания его насосом через насадку на отводном шланге. При этом плотность раствора снижается до 1000—1100 кг/м3.

Применение малоглинистых растворов, обработанных кубовыми ос­татками ВЖС, уменьшает кольматацию пород продуктивных пластов и значительно повышает приемистость нагнетательных скважин. По дан­ным В. П. Семенова, приемистость нагнетательных скважин ПВ на одном из месторождений при вскрытии продуктивных пластов с помо­щью этих растворов увеличилась в 2,7 раза по сравнению со скважина­ми, пробуренными с применением нормальных глинистых растворов.

4. Малоглинистые растворы, обработанные веществами, легко раст­воримыми в кислоте.

В этом случае перед вскрытием продуктивных пластов к нормаль­ным глинистым растворам добавляются две части технической воды с целью получения малоглинистых растворов. Для повышения вязко­сти и снижения водоотдачи раствора в него добавляют нерастворимые в воде высокодисперсные вещества, растворяющиеся при последую­щей кислотной обработке пластов, осуществляемой в процессе подго­товки скважин и эксплуатации. В качестве таких веществ могут быть использованы гидроокись железа, гидроокись алюминия или их смеси. Наиболее эффективной добавкой является гидроокись двух — и трехва­лентного железа, обладающая высокой дисперсностью и плотностью 3400—3900 кг/м3. Гидроокись железа вводят в раствор в количестве 1 м3 раствора гидроокиси на 2—5 м3 малоглинистого раствора или тех­нической воды.

Применение буровых растворов с добавками гидроокиси железа способствует образованию плотной, практически непроницаемой корки, которая препятствует проникновению в пласт механических примесей и фильтрата глинистых растворов.

В процессе подготовки скважины к эксплуатации при обработке зоны продуктивного пласта растворами кислот происходит растворе­ние корки гидроокиси и трехвалентного железа и полное восстанов­ление проницаемости пласта. Применение гидроокиси железа способ­ствует повышению эффективности вскрытия продуктивных горизон­тов и снижению стоимости сооружения технологических скважин ПВ.

Высокие показатели вскрытия пластов полезных ископаемых обес­печивают также растворы, приготовленные на основе отходов (шла­ма) конверторного производства металлургических комбинатов. Шлам конверторов обычно представлен тончайшим порошком трехвалент­ного железа (Ре203). Приготовление из него буровых растворов ника­ких трудностей не представляет. Порошок растворяется в серной и соляной кислоте при pH =1,5. Для нейтрализации полученного кис­лого раствора можно использовать водные растворы аммиака. Приме­нение растворов на основе трехвалентного железа приводит к повы­шенной кольматации прифильтровой зоны за счет образования тон­кой непроницаемой корки.

Восстановление проницаемости продуктивных пластов произво­дится в процессе освоения скважин путем промывки закольматиро — ванной прифильтровой зоны растворами кислот, перевода продуктов кольматации в раствор и выноса на поверхность. При этом наличие окисленного железа способствует улучшению окислительно-восстано­вительных процессов в рудном теле за счет повышения потенциала Ек.

Меловые растворы. Применение меловых растворов для вскрытия продуктивных пластов приводит к образованию корки толщиной 3— 5 мм, которая легко удаляется при воздействии растворами серной или соляной кислот. Содержащиеся в кольматирующем слое глини­стые частицы дезинтегрируют и легко удаляются при откачках.

Основной недостаток меловых растворов — трудоемкость приго­товления и низкая технологичность в процессе их использования.

Поэтому в настоящее время меловые растворы в качестве промывоч­ной жидкости при бурении скважин находят ограниченное приме­нение.

Ингибированные растворы. Для вскрытия продуктивных горизонтов при сооружении скважин ПВ можно применять известковые, кальцие­вые и гипсовые растворы. Получают ингибированные растворы путем добавления к малоглинистым растворам соответствующих ингибирую­щих компонентов: СаС12, КС1 и др. Зона кольматации продуктивных пластов при применении ингибированных растворов легко разруша­ется под действием кислоты в процессе освоения скважин и подго­товки их к эксплуатации.

Однако образование труднорастворимых осадков при обработке про­дуктивных пластов кислотными растворами может привести к закупо­риванию пор и трещин и снижению проницаемости пластов. Поэтому для определения эффективности применения ингибированных раство­ров для вскрытия продуктивных горизонтов при подземном выщела­чивании металлов требуется проведение специальных исследований.

Буровые растворы с низким содержанием твердой фазы. К числу таких растворов относят растворы с добавками гидролизованных про­дуктов акрилатного типа К-4, К-6, К-9, а также гипан.

В практике сооружения технологических скважин ПВ для вскры­тия продуктивных горизонтов наиболее широко применяют 10 %-е раст­воры реагентов К-4 и К-9, которые добавляют к воде в количестве 2—3 % от объема промывочной жидкости.

Их применение способствует резкому уменьшению поглощения промывочной жидкости и повышению устойчивости прифильтровой зоны скважин. Зона кольматации в виде корки толщиной 5—7 мм легко разрушается в процессе освоения скважин. При этом время освоения скважин сокращается.

Основной недостаток реагентов К-4, К-9, К-6 — их плохое раство­рение в воде в холодное время года. Кроме того, они имеют высокую стоимость.

Приготовление растворов с реагентами в виде гидролизованного полиакриламида К-4, К-9, К-6 осуществляют в зумпфе путем тща­тельного перемешивания определенного количества воды и реагента с помощью гидросмесителя или бурового насоса.

Водогипановые растворы обладают повышенной вязкостью, что спо­собствует улучшению условий выноса шлама при бурении скважин большого диметра с использованием буровых насосов с небольшой подачей, т. е. при малых скоростях восходящего потока промывочной жидкости. Кроме того, их применение позволяет предотвратить ава­рии и осложнения при бурении в поглощающих и неустойчивых, склонных к обрушениям пластах.

Водогипановые растворы обладают кольматирующими свойствами, что объясняется их способностью коагулировать при контакте с элект­ролитами, содержащими ионы железа, кальция и магния и с выделе­нием нерастворимого осадка. Наличие слоя кольматации в виде кор­ки небольшой толщины способствует при сооружении технологиче­ских скважин ПВ повышению устойчивости пород продуктивных пла­стов, обычно сложенных мелкозернистыми песками, что является по­ложительным фактором. В процессе освоения скважин слой кольма — тации легко разрушается, а проницаемость продуктивных пластов и приемистость нагнетательных скважин восстанавливаются.

Вязкость водогипановых растворов сильно зависит от свойств ги — пана и его концентрации. Водогипановые растворы приготовляют перемешиванием с помощью гидросмесителя или непрерывным под­ливанием тонкой струйкой на храпок всасывающего шланга.

Аэрированные растворы. К ним относят все типы глинистых, без — глинистых и других буровых растворов, аэрированных воздухом или другим газообразным агентом. Аэрированные воздухом буровые раст­воры обладают пониженной плотностью (800—900 кг/м3), повышенной текучестью и подвижностью. Для эффективного выноса выбуренной породы скорость восходящего потока воздушно-водяной смеси должна составлять 16—20 м/с.

Аэрированные промывочные жидкости способствуют уменьшению гидростатического давления на продуктивный пласт, улучшению ус­ловий очистки забоя скважины от шлама, повышению скорости бу­рения и проходки на породоразрушающий инструмент.

Применение аэрированных растворов обеспечивает высокие пока­затели вскрытия продуктивных пластов за счет сохранения естествен­ного состояния призабойной зоны скважин, исключения проникно­вения в пласт воды и твердой фазы.

Сжатый воздух. Использование сжатого воздуха позволяет во мно­гих случаях повысить скорость бурения и проходку на долото, а также снизить стоимость бурения. За счет низкого гидростатического давле­ния сжатого воздуха на продуктивный пласт при его вскрытии обес­печивается сохранение естественной проницаемости пластов и сниже­ние затрат на освоение скважин и поддержание их в работоспособном состоянии в период эксплуатации. При вскрытии продуктивных гори­зонтов с использованием в качестве очистного агента сжатого воздуха необходимо, чтобы гидростатическое давление водоносных горизонтов р2 было меньше давления сжатого воздуха на пласт рк или давления, развиваемого компрессором. Обычно принимают р2 < 0,8 рк.

Однако применение сжатого воздуха для бурения скважин различ­ного целевого назначения ограничено устойчивыми породами, в кото­рых водопритоки отсутствуют или незначительны. Важным условием применения сжатого воздуха является герметизация устья скважин.

Освоение геотехнологических скважин включает заключительные опе­рации по сооружению технологических скважин, связанные с восста­новлением проницаемости продуктивного горизонта и определением работоспособности скважин перед вводом их в эксплуатацию. Техно­логия освоения и применяемые для этого методы зависят от конструк­ции скважин и фильтров, материала, из которого изготовлены фильт­ры и эксплуатационные колонны, способа бурения и вскрытия про­дуктивных горизонтов, гидрогеологических условий месторождения, технологических параметров разработки полезного ископаемого и др.

Основной объем работ по освоению скважин связан с разглиниза — цией пород продуктивных горизонтов, разрушением зон кольматации продуктивных пластов и фильтров. Процесс освоения скважин осо­бенно важен при сооружении скважин ПВ.

В практике освоения скважин наиболее широко применяют три способа их разглинизации: гидромеханический, физический и хими­ческий. Из перечисленных способов при освоении технологических скважин ПВ наиболее используемы гидромеханические и химические способы.

Освоение технологических скважин ПВ аналогично освоению гид­рогеологических скважин, но имеет свои особенности, связанные с тем, что в качестве обсадных и эксплуатационных колонн при оборудова­нии скважин ПВ используют трубы из неметаллических материалов (полиэтилен, металлопласт, стеклопластик и др.), имеющие обычно недостаточную прочность. Кроме того, в качестве выщелачивающих растворов обычно применяют кислотные растворители, использование которых способствует также разрушению зон кольматации и восста­новлению проницаемости продуктивных пластов. Поэтому многие спо­собы разглинизации и раскольматации прифильтровых зон, приме­няемые при сооружении гидрогеологических скважин, при освоении скважин ПВ применения не находят. Обычно применяют наиболее простые и дешевые методы.

Процесс освоения технологических скважин в основном включает две операции: промывку прифильтровой зоны водой до полного ос­ветления и прокачку скважин с помощью эрлифтов или гидроэлева­торов.

При удалении глинистой корки со стенок скважин, рабочей по­верхности фильтра, а также глинистых частиц и шлама из порового пространства пород прифильтровой зоны в практике ПВ обычно при­меняют прямую и обратную промывки скважин водой или специаль­ными растворами с использованием буровых насосов, эрлифтов, гид­роэлеваторов (рис. 12.25).

В одноколонных конструкциях скважин с манжетной гидроизоля­цией и с фильтрами безгравийной обсыпки для очистки прифильтро­вых зон и фильтров применяют прямую промывку, схема которой показана на рис. 12.25, а. По этой схеме воду подают на забой сква­жины по бурильным трубам, опущенным в зону фильтра. Такая про­мывка предназначена в основном для удаления из скважины глини­стых растворов и механических осадков, накопившихся в зоне фильтра и отстойника, а также для очистки внутренней поверхности фильтра. Разглинизация пород продуктивного пласта этим методом осуществля­ется очень медленно и неэффективно. Время промывки составляет в среднем 2—4 ч.

Для повышения эффективности очистки фильтра и разрушения зон кольматации продуктивных пластов предусмотрена постановка гидро-

Рис. 12.25. Способы освоения технологических скважин: а —прямая промывка внутренней поверхности фильтра; 6—прямая промывка при посадке фильт­ров «впотай»; в — прямая промывка при сооружении скважин с гравийными фильтрами; г —об­ратная поинтервальная промывка прифильтровой зоны; д — обратная промывка через фильтр. / — эксплуатационная колонна; 2—бурильные трубы; 3 — фильтр; 4 — манжета; 5 — переходник; 6 —-пакер; 7—крышка; £—разделитель; 9— пульпоподъемные трубы эрлифта; 10 — воздухопо­дающий шланг; // — смеситель эрлифта; 12 — хвостовик; 13— окна в хвостовике; 14 — окна в эксплуатационной колонне; /5—пакер

насадок в нижней части и на боковой поверхности бурильных труб. Давление жидкости, выходящей из гидронасадок, должно быть в пре­делах 3,5—5 МПа.

В процессе подготовки скважин к эксплуатации рекомендуется применение веществ, разрушающих глину, присутствующую в про­дуктивном пласте: гексаметафосфат натрия и триполифосфат натрия,— которые смешивают с водой из расчета 1,5 кг на 200 л и заливают в скважину. Обработку прифильтровой зоны пласта в этом случае произ­водят с помощью поршня, закрепленного на буровых трубах. Поршень опускают на 3—5 м ниже статического уровня жидкости в скважине. Движением поршня вниз — вверх без подъема раствора из скважины производят импульсную закачку — откачку скважинного раствора. При скорости движения поршня 30—40 качаний в минуту продолжитель­ность обработки составляет не более одного часа. Окончательную ста­билизацию пласта и подъем песка, попавшего в зону фильтра, осу­ществляют эрлифтом.

При посадке фильтров «впотай» в одноколонных конструкциях скважин, а также при применении двухколонных конструкций сква­жин для разглинизации прифильтровой зоны может быть использова­на схема прямой промывки, показанная на рис. 12.25, б. В этом случае бурильные трубы присоединяют с помощью переходника с левой резь­бой к башмаку фильтра, имеющего обратный клапан. Надфильтровый патрубок при посадке фильтра «впотай» в верхней части закрыт для предотвращения попадания глинистых частиц и песка внутрь фильтра. Крышка удерживается на бурильных трубах с помощью самоуплотня­ющегося сальника.

Гидроизоляцию зон движения рабочих растворов осуществляют с помощью манжеты, закрепленной на надфильтровом патрубке. Ман­жету устанавливают на башмак, оборудованный в нижней части об­садной колонны. При необходимости вокруг фильтра можно создать контур гравийной обсыпки.

Воду или специальные растворы подают на забой скважины по бурильным трубам и осуществляют промывку зафильтрового простран­ства, в результате чего глинистые частицы и шлам со стенок скважи­ны выносятся на поверхность.

Повышение давления в нагнетательной линии указывает на обру­шение стенок скважины вокруг фильтра, после чего производят из­влечение бурильных труб, спуск эрлифта и прокачку скважины.

При сооружении технологических скважин одноколонной конструк­ции, оборудованных фильтрами с гравийной обсыпкой, разглини — зацию прифильтровой зоны скважин осуществляют с помощью пря­мой затрубной промывки скважин по схеме, показанной на рис. 12.25, в. Подачу воды или специальных растворов в зону фильтра производят по бурильным трубам, опущенным внутрь эксплуатационной колон­ны, при этом верх колонны герметизируют с целью предотвращения излива жидкости из скважины через эксплуатационную колонну труб.

Разглинизация продуктивных пластов происходит под действием восходящего потока жидкости при промывке скважин перед началом засыпки гравия, а также в процессе создания вокруг фильтра гравий­ного контура. Вода при ее подаче в скважину вымывает глинистые частицы и шлам из прифильтровой зоны скважины, а также мелкие частицы песчано-гравийной смеси и выносит их на поверхность по затрубному пространству эксплуатационной колонны.

После засыпки расчетного количества гравия производят гидро­изоляцию затрубного пространства путем заливки гидроизоляционно­го материала поверх гравийного слоя, а после затвердевания матери­ала гидроизоляции прокачивают скважины эрлифтом.

Основными недостатками затрубной промывки скважин прямым потоком жидкости является неполное удаление глинистой корки со стенок скважины. Жидкость движется вверх в зафильтровом про­странстве по каналам, которые она промывает в глинистой корке, так как скорость восходящего потока обычно недостаточна для полного удаления со стенок скважины продуктов кольматации.

Кроме того, в случае обрушения стенок скважин в зоне продуктив­ного пласта до начала подачи воды в зафильтровую область произой­дет резкое ухудшение условий разглинизации пластов. Повышение давления нагнетаемой жидкости может привести к гидроразрыву пла­стов и уходу жидкости в трещины или к смятию фильтров, изготов­ленных из неметаллических материалов.

В одноколонных конструкциях скважин с манжетной гидроизоля­цией возможно применение обратной промывки прифильтровой зоны скважин. Один из способов создания обратной промывки — способ поинтервальной промывки скважин с помощью пакерных устройств (рис. 12.25, г), для осуществления которого в скважину опускают бу­рильные трубы с пакером на нижнем конце. Верх эксплуатационной колонны герметизируют. Перед началом промывки пакер располага­ют в верхней части фильтра, жидкость нагнетают в зону фильтра по эксплуатационной колонне. Пройдя через фильтр и участок зафиль — трового пространства, жидкость с продуктами кольматации проходит внутрь фильтра, а затем противотоком по бурильным трубам посту­пает на поверхность. После освоения верхнего участка фильтра бу­рильные трубы с пакером перемещают вниз и приступают к промывке следующего интервала фильтра и зафильтрового пространства. Одно­временно с промывкой скважины можно производить свабирование путем опускания и подъема бурильных труб с пакером, что повышает эффективность освоения.

Недостаток описанной схемы промывки фильтра и зафильтровой зоны скважины — дополнительное загрязнение нижней части фильтра в процессе раскольматации.

Для разглинизации продуктивных горизонтов, приуроченных к не­устойчивым породам, применяют способ, при котором пульпа выдает­ся на поверхность через промывочные окна, расположенные ниже фильтра. Устройство для осуществления предлагаемого способа освое­ния показано на рис. 12.25, д.

Для прокачки скважин в процессе их освоения применяют эрлиф­ты и гидроэлеваторы. При применении эрлифта повышение эффекта освоения наблюдается при цикличном нагнетании воздуха в смеситель.

Химические способы освоения технологических скважин ПВ ис­пользуют широко. В качестве химических реагентов применяют раст­воры соляной, серной, фтористой кислот, а также различные поверх­ностно-активные вещества, которыми обрабатывают прифильтровые зоны.

Расширение призабойной зоны геотехнологических скважин являет­ся одним из наиболее эффективных способов вскрытия и освоения геотехнологических скважин, особенно скважин ПВ и СГД.

При подземном выщелачивании металлов происходит увеличение дебита расширенных скважин, что связано с увеличением площади притока технологических растворов и разрушением зон кольматации продуктивных пластов. Метод скважинной гидродобычи руд требует обязательного расширения скважины в зоне рудного пласта для обес­печения устойчивой и более эффективной работы добычных устройств (гидроэлеваторов, гидромониторов и др.).

При определении величины расширения призабойной зоны тех­нологических скважин ПВ и СГД необходимо учитывать:

✓ размеры добычного оборудования, опускаемого в скважину (фильтры, эрлифты, гидроэлеваторы, гидромониторы и др.);

✓ эффективное разрушение зон интенсивной кольматации про­дуктивных горизонтов;

•/ создание гравийных обсыпок необходимой толщины;

•/ устойчивость кровли над зоной расширения.

Диаметр расширенной части в зоне рудного пласта при скважин­ной гидродобыче достигает величины 1000—1200 мм и зависит от диаметра добычного снаряда. При подземном выщелачивании метал­лов диаметр зоны расширения определяется толщиной слоя гравий­ной обсыпки, величина которого оказывает существенное влияние на производительность скважины и срок ее службы.

Практика эксплуатации гидрогеологических и технологических скважин ПВ в различных горно-геологических условиях показала, что наиболее надежны в работе фильтры с гравийной обсыпкой толщи­ной 150—200 мм. С учетом зазоров между фильтром и стенками скважин зона расширения должна составлять 100—120 мм, а иногда и более, что обеспечивает во многих случаях разрушение зоны коль­матации.

При определении величины расширения призабойной зоны до­бычных скважин необходимо также учитывать устойчивость нависаю­щей кровли, поэтому переход на расширенный участок ствола сква­жины должен быть постепенным. Надежным средством поддержания устойчивости нависающей кровли является наличие в скважине стол­ба промывочной жидкости для создания противодавления на пласт.

Расширение призабойной зоны буровых скважин можно осущест­влять по самым разнообразным схемам, требующим соответственно различных технических средств. В практике сооружения гидрогеоло­гических и технологических скважин различного целевого назначения наиболее широко применяют три способа расширения призабойной зоны: механический, гидродинамический и комбинированный. Для скважин подземного выщелачивания предпочтение отдают механиче­скому и особенно комбинированному способу, основанному на меха­ническом разрушении горных пород с использованием энергии струи промывочной жидкости. При сооружении скважин для СГД широкое применение может найти гидродинамический способ расширения при­забойной зоны.

На эффективность расширения призабойной зоны технологических скважин большое влияние оказывают конструкция расширителя и ре­жим его работы. При сооружении технологических скважин ПВ и СГД применяют расширители механические, показанные на рис. 12.26.

Режущие лопасти расширителя выводятся в рабочее положение посредством поршня, приводимого в движение потоком жидкости,

Рис. 12.27. Расширитель меха­нический с промежуточными тя­гами:

Рис. 12.26. Расшири­тель механический: 1— режушие лопасти; 2 — втулка; 3 — корпус расширителя; 4— на­жимное устройство; 5 — корпус поршня; б —ре­зиновая манжета; 7— гайка; <?—переходник

1 — корпус; 2—поршень; 3 — тяга;

4 —лопасти; 5 — породоразрушающий наконечник

нагнетаемой буровым насосом. Основное достоинство таких расши­рителей — высокая надежность в работе благодаря незначительному числу подвижных органов. Приведение лопастей расширителя в транс­портное положение по окончании расширения производится в про­цессе подъема бурового инструмента при движении расширителя по стволу скважины.

Существенным недостатком описанных расширителей является то, что увеличение длины лопастей приводит к ослаблению прочности режущих элементов, в связи с чем такие расширители не всегда можно применять при сооружении скважин для СГД, где величина расши­рения достигает 1000 мм и более.

Другой, более эффективной разновидностью механических расши­рителей, применяемых при сооружении технологических скважин ПВ, являются расширители, показанные на рис. 12.27—12.39.

Режущие лопасти расширителя выводятся в рабочее положение с помощью поршня, приводимого в действие потоком жидкости, на-

гнетаемой буровым насосом и промежуточных тяг. Усиление реза­ния регулируют изменением давления, развиваемого буровым насосом.

Для проработки ствола скважины, очистки его от шлама нижняя часть расширителя снабжена режущими элементами (лопастями). Испыта­ния расширителей показали их высокую надежность в работе. Диа­метр камеры может достигать 300—400 мм при первоначальном диамет­ре скважины 190 мм. Режущие лопасти занимают исходное положе­ние при подъеме бурового инструмента и прекращении подачи жид­кости буровым насосом.

При сооружении технологических скважин ПВ и СГД широко при­меняют гидромеханические эксцентриковые расширители (рис. 12.28). Расширитель эксцентриковый отличается простотой конструкции, высокой надежностью в работе (из-за отсутствия подвижных элемен­тов) и быстротой изготовления.

Процесс разрушения породы стенок буровых скважин таким до­лотом основан на свойстве вращающихся предметов занимать поло­жение в пространстве, при котором их момент инерции относительно оси вращения стремится быть максимальным. Расширение скважин |

происходит за счет возникающих центробежных сил и частично за |

счет гидромониторного эффекта струи жидкости.

Рис. 12.28. Расширитель гидромеханический эксцентриковый, а — б:

/ — бурильная труба; 2— муфта замка для бурильных труб; 3 — лопасть; 4—насадка; 5 — втулка; 6—верхняя крышка; 7—нижняя крышка; <?—корпус расширителя

А±_

Важной проблемой при расширении скважин с помощью механи­ческих и гидромеханических расширителей является очистка расши­рителя и расширенной призабойной зоны от разрушенной породы и шлама, так как в расширенной части скважины возникают неблаго-

приятные условия для выноса шлама из-за уменьшения скорости восходящего потока про­мывочной жидкости. В этих условиях сущест­венную роль играет турбулизация потока про­мывочной жидкости. В целях усиления турбу- лизации потока промывочной жидкости при применении эксцентриковых расширителей сле­дует предусмотреть дополнительные лопасти или другие средства турбулизации, которые разме­щают непосредственно над расширителем. Ус­тановлено, что основной рост интенсификации выноса частиц породы за счет турбулизации при вращении долота и бурильного вала про­исходит при частоте вращения до 100 об/мин.

Рис. 12.29. Расширитель инерционный: 1— корпус; 2— породоразру­шающий наконечник; 3 — ло­пасть-расширитель; 4 — тяга

При дальнейшем увеличении частоты вращения выносная способность потока возрастает незна­чительно. Из-за опасности сильных колебаний 1 бурильных труб и обрушения при этом стенок

| скважины расширение призабойной зоны с по­

мощью механических и эксцентриковых гидро­механических расширителей рекомендуется осу­ществлять при частоте вращения 85—100 об/мин.

Другим способом повышения качества очист­ки расширяемой части скважины и режущих элементов долота от разрушенной породы и шлама является применение обратно всасыва­ющей промывки. В этом случае используют расширитель, показанный на рис. 12.29. Режу­щие лопасти расширителя выводятся в рабочее положение в начальный период их работы за счет центробежных сил, возникающих при вращении долот, а также воздействия обратного по­тока жидкости при бурении с обратно всасывающей промывкой. В даль­нейшем усилие резания и крутящий момент регулируются за счет передаваемой на долото осевой нагрузки. При этом вращение буро­вого инструмента осуществляется с небольшой частотой.

Наличие режущих элементов (лопастей) в нижней части расшири­теля позволяет обеспечить спуск расширителя на заданную глубину и осуществить при необходимости углубление скважины одновременно с формированием камеры. При полном расширении ствола скважины произойдет уменьшение крутящего момента. Закончив расширение, осуществляют интенсивную промывку ствола скважины, а затем ин­струмент вместе с расширителем поднимают на поверхность.

Гидродинамический способ расширения призабойной зоны сква­жины производят с помощью устройств, имеющих гидромониторные насадки. Однако в этом случае имеются затруднения по удалению раз­рушенной породы с призабойной зоны скважины и подъему ее из рас­ширенной части на поверхность. При отсутствии специальных подъем-

Рис. 12.30. Расширитель гидравлический: / — корпус; 2—смеситель эрлифта; 3~ патрубок; 4 —обратный клапан; 5 — металлокерамическая насадка; 6 — клапан

ных устройств возможны осаждения шлама на забое и снижение эф­фективности расширения.

Расширитель гидравлический, показанный на рис. 12.30, позволяет периодически очищать забой скважины от разрушенной породы. На бу­рильных или насосно-компрессорных трубах, в нижней части которых выполнены отверстия для смесителя эрлифта, его опускают на забой. Сверху отверстия в смесителе эрлифта плотно закрываются патрубком, который приваривают к наружной поверхности трубы. В патрубке име­ются отверстия для подачи воздуха по трубам меньшего диаметра или по шлангам. Насадки монтируются в нижней части бурового инстру­мента в специальном подвижном клапане.

Разрушение пород стенок скважины в процессе образования ка­меры производится при подаче на забой скважины промывочной жид­кости. Выходя с большой скоростью из насадки, струя жидкости раз­рушает стенки скважины и формирует камеру, при этом буровой ин­струмент поворачивается.

Для удаления с забоя скважины разрушенной породы по трубам (шлангам) начинают подавать воздух, в результате чего открывается клапан и внутрь бурильных труб поступает пульпа. Поднятую пульпу отводят на поверхность в специальные отстойники или в зумпф. Затем можно повторить операцию по разрушению пород стенок скважины.

Расширение призабойной зоны технологических скважин способ­ствует уменьшению диаметра основного ствола скважины, что дает возможность повысить скорости бурения, уменьшить материально — технические затраты и снизить стоимость сооружения скважин. Кро­ме того, при сооружении скважин для подземного выщелачивания легко создается уширенный контур гравийной обсыпки, что способ­ствует повышению производительности скважин и увеличению их срока службы.

Ликвидация геотехнологических скважин предусматривает выпол­нение следующих видов работ:

демонтаж скважинного оборудования (снятие оголовка, подъем растворо — и воздухоподающих шлангов и труб, откачных средств, конт­рольно-измерительных приборов и др.);

✓ извлечение эксплуатационных и обсадных колонн, а также фильтров;

ликвидационный тампонаж.

Тампонаж ликвидируемых технологических скважин проводят для предотвращения загрязнения водоносных горизонтов растворами про­дуктивного пласта, а также для предупреждения излива растворов на поверхность, если продуктивный горизонт обладает большим на­пором.

К выбору тампонажного материала предъявляют определенные требования:

•/ устойчивость тампонажных материалов к агрессивным раство­рам, находящимся в продуктивном пласте или смежных водоносных горизонтах;

✓ надежное сцепление тампонажных растворов с горными поро­дами стенок скважин или материалом труб обсадных или эксплуата­ционных колонн в случае если они остаются в скважине;

У устойчивость физико-механических свойств тампонажных ма­териалов в течение длительного времени;

✓ тампонажный раствор не должен разбавляться с пластовой водой или скважинной жидкостью.

В качестве тампонажных материалов применяют цементные и гель — цементные растворы, глинистые растворы с различными химически­ми добавками, вязкие глины, бетон. Для приготовления цементных растворов и бетона при ликвидации скважин ПВ применяют сульфа­тостойкий и кислотоупорный цемент; при ликвидации скважин СГД, ПВС и ПРС — обычный тампонажный цемент.

Выбор тампонажных материалов и схемы ликвидационного там­понажа зависят от применяемого способа добычи полезных ископае­мых, типа скважин, их конструкций, горно-геологических и гидроге­ологических условий отработки месторождений.

Ликвидационный тампонаж технологических скважин, в геологиче­ском разрезе которых имеется несколько водоносных или проницаемых горизонтов, а водоупоры имеют небольшую мощность, осуществля­ют путем заполнения всего ствола скважины цементным раствором, а устьевую часть скважины на глубину 1—3 м заполняют поверхност­ным грунтом. Для экономии цемента в раствор добавляют песок или глину.

Частичный тампонаж скважин производят, если в разрезе имеется несколько водоносных горизонтов с расположенными между ними во — доупорами значительной мощности. В этом случае осуществляют там­понаж водоносных горизонтов с таким расчетом, чтобы верхняя и ниж­няя границы тампонажного стакана находились соответственно в зоне кровли и подошвы водоупора на 10—20 м. Остальную часть скважины заполняют сыпучим материалом или заливают густым глинистым раст­вором. Если же продуктивный горизонт обладает большим напором и возможен самоизлив технологических растворов на поверхность, наи­более эффективна следующая схема ликвидационного тампонажа. Ствол скважины в зоне продуктивного горизонта заполняют доломитовой крошкой, гравием или щебнем, выше устанавливают мост из глины или цемента, а остальную часть скважины заполняют сыпучим мате­риалом или заливают густым глинистым раствором. Наличие доломи­товой крошки в зоне продуктивного пласта способствует нейтрализа­ции кислых растворов.

В скважинах с мощностью продуктивной толщи более 20—25 м перед подачей тампонажного раствора целесообразно произвести об­рушение ствола скважины в зоне продуктивного горизонта, напри­мер, свабированием, после чего остальную часть скважины заполнить тампонажной смесью.

В настоящее время для производства ликвидационного тампонажа применяют естественные и специально приготовленные глинистые растворы.

Комментарии запрещены.