Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Опыт бурения скважин с одновременным замораживанием бу­римых пород в нашей стране и за рубежом показывает, что при­менение этого способа наиболее рационально в сложных геолого­гидрогеологических условиях, в которых существующие методы и средства не обеспечивают достоверное геологическое опробование скважин.

Для организации и проведения такого бурения возможно есте­ственное и искусственное охлаждение циркулирующей среды.

Естественное охлаждение — наиболее простой, не требующий больших затрат энергии способ, согласно которому предельная температура охлаждения не может быть ниже температуры окру­жающей среды. Последнее обстоятельство позволяет использовать этот способ только в зимнее время с температурами —10°С и ниже.

Искусственное охлаждение осуществляется с помощью холо­дильных устройств или машин. Для бурения наиболее простым способом может оказаться охлаждение циркулирующей среды с помощью сухого льда—твердой двуокиси углерода (СОг). Низкая себестоимость сухого льда, изготовленного индустриальным способом (22 коп. за 1 кг), простота процесса охлаждения позво­ляют использовать его в качестве хладоагента при проведении различного рода работ, связанных с использованием искусствен­ного холода в бурении скважин.

Основные теплофизические характеристики сухого льда

TOC o "1-5" h z Температура испарения при атмосферном давлении, °С. 78,5

Температура плавления (для жидкой углекислоты), °С 56,6

Плотность промышленного сухого льда, г/см3 1,4

Удельное количество теплоты, кДж/кг… 670

В том числе скрытая теплота сублимации, кДж/кг 575

Применение различных промышленных типов холодильных ма­шин для этих целей требует, как правило, больших затрат на обо­рудование, энергоснабжение, транспорт и эксплуатацию.

Для транспортировки и хранения сухого льда в условиях поле­вых геологоразведочных партий рекомендуется использовать спе­циальный контейнер (рис. 41). Для повышения прочности и надежности при длительной эксплуатации корпус контейнера де­лается сварным из угловой и листовой стали. Теплоизоляция вы­полнена из пенопласта толщиной 100 мм с внутренней отделкой из бакелизированной фанеры. Емкость контейнера 1000 кг сухого льда — 12 блоков размерами 20x20x100 см. Холодопотери кон­тейнеров составляют менее 7% в летнее время.

Для бурения с использованием искусственного холода могут быть использованы любые станки и агрегаты вращательного типа; предпочтение следует отдавать установкам колонкового бу­рения, позволяющим регулировать в широких пределах нагрузку на породоразрушающий инструмент и осуществлять расхаживание снаряда, а также имеющим небольшой вес и габариты.

ОХЛАЖДЕНИЕ ЦИРКУЛИРУЮЩЕЙ СРЕДЫ И ОБВЯЗКА УСТЬЯ СКВАЖИНЫ

В качестве циркулирующей среды при бурении с использова­нием искусственного холода могут применяться безводные рас­творы на нефтяной основе, вязкостные свойства которых при низ­ких температурах (—35° С) позволяют очищать скважины от шлама в процессе бурения. К таким наиболее доступным раство­рам прежде всего относятся технический керосин и зимнее дизель­ное топливо.

Рис. 41. Контейнер для транспорти­ровки и хранения сухого льда.

1 — каркас; 2 —ручки; 3 — крышка;

4 — пенопласт.

Устройство для охлаждения низкотемпературной циркулирую­щей среды представляет собой теплоизолированную трехсекцион­ную металлическую емкость, изображенную на рис. 42.

Корпус емкости сварной, каркас изготовлен из угловой стали, стенки — из листовой. Внешняя теплоизоляция выполнена из ли­стового пенопласта толщиной 100 мм. Снаружи пенопласт обшит досками. Емкость имеет теплоизолированную крышку с отверсти­ями под шланги. Для очистки емкости от шлама сделан съемный поддон.

Все всасывающие, нагнетательные и соединительные трубо­проводы поверхностной обвязки устья скважины могут быть вы­полнены из стандартных элементов: всасывающих и нагнетатель­ных рукавов.

Для снижения холодопотерь при циркуляции низкотемператур­ной среды и эффективной доставки холода к забою скважины необходима теплоизоляция бурильных труб, инструмента и обо­рудования. Простейший способ теплоизоляции бурильных труб диаметром 50 мм муфтово-замкового соединения заключается в установке внутри труб полиэтиленовых шлангов диаметром

36 мм. Шланги фиксируются при закручивании замков, упираясь торцами в выточку замковых полумуфт.

Для теплоизоляции колонковых снарядов может быть исполь­зован теплоизоляционный слой эпоксидного компаунда, наноси­мый на предварительно очищенную внутреннюю поверхность ко­лонковых труб. Эпоксидные компаунды успешно могут быть ис­пользованы для покрытия рабочих элементов бурового и вспомо­гательного оборудования (насосов, сальников-вертлюгов, соеди­нительных муфт, патрубков и пр.).

Использование толстостенных напорных прорезиненных рука­вов размером 38X9 мм обеспечивает удовлетворительную тепло­изоляцию нагнетательной линии системы обвязки. Для теплоизо­ляции всасывающих и соединительных рукавов могут быть исполь­зованы аналогичные рукава большого диаметра. Места соедине­ния рукавов с помощью металлической арматуры также необхо­димо тщательно теплоизолировать.

Рис. 42. Теплоизолированная емкость для охлажденной промывочной жидкости. 1 — бак; 2 — пенопласт; 3 — крышка; 4 — ручки; 5 — сливной патрубок; 6 — поддои для сухого льда.

Для технологических расчетов Б. Б. Кудряшовым [41] получено следующее выражение для допустимой механической скорости бурения с одновременным замораживанием:

^ Т’заб

(ро) &) -г ‘

где V — механическая скорость бурения, м/ч; Хп — коэффициент теплопроводности породы, Вт/(м-К); Гзаб —температура промы­вочной среды в зоне забоя, °С; р — удельная теплота кристаллиза­ции воды, Дж/кг; ш — активная весовая влажность породы, доли единицы; с — удельная теплоемкость породы, Дж/(кг-К); t — температура породы, К; V — плотность породы, кг/м3; г — глубииа промерзания породы, м.

На рис. 43 приведены результаты расчетов зависимости между механической скоростью бурения V и глубиной промерзания забоя

2 при различных значениях Гзаб (от —10° С до —50° С) для жид­костного промывочного холодоносителя (керосин) и влагонасы­щенного песка.

Как видно из рисунка, скорость бурения с замораживанием обратно пропорциональна глубине промерзания г и почти пропор­циональна температуре замораживания, но в степени, меньшей единицы. При постоянном сохранении на забое ледогрунтовой корки толщиной 1—2 мм, достаточной для сохранения устойчивых стенок и керна, скорость бурения в осложненных условиях может составить 1—2 м/ч.

Перед бурением по полезной толще породы вскрыши перекры­ваются обсадными трубами с пробкой в башмаке, что позволяет быстро заполнить колонну труб охлажденной промывочной жид-

Рис. 43. Графики зависимости ско­рости бурения от глубины промер­зания пород при различной темпе­ратуре циркулирующей жидкости.

1 — (—10° С); 2 — (—20° С); 3 — (—30° С); 4—(—40*0; 5—(—50° С).

костью и за 12—15 мин создать лёдогрунтовую корку вокруг об­садной колонны и тем самым изолировать затрубное пространство. Бурение продуктивной толщи с одновременным замораживанием целесообразно производить рейсами длиной 2,5—3,0 м.

На основании данных, полученных в полевых условиях [2, 5], при температуре промывочной жидкости — 30° С можно рекомен­довать следующие рациональные технологические параметры бу­рения по влажным несвязным породам:

Осевая нагрузка на породоразрушающий инстру-

TOC o "1-5" h z мент, кН……………………………………………. . . 2,5—4

Частота вращения снаряда, об/мин…. 10Й—180

Расход промывочной жидкости, л/мин, в начале

и в конце рейса…………………………………………………………. ТО; 40

Механическая скорость бурения, м/ч. 0,8—0,9

Расход сухого льда на 1 м бурения, кг 15—20

Ледогрунтовая корка, созданная в процессе бурения, и столб промывочной жидкости в скважине надежно удерживают стенки скважины от обрушения в течение длительного времени (3,5— 9 ч).

После пробуривания полезной толщи в скважину опускается буровой снаряд и закачивается дизельное топливо или керосин с положительной температурой.

Выходящая из скважины охлажденная промывочная жидкость поступает в теплоизолированную емкость. Затем в скважину за­качивается вода, содержащая добавку поверхностно-активных веществ, а керосин или дизельное топливо полностью выкачи­вается в отстойник. После прокачки в течение 8—10 мин присту­пают к ликвидационному тампонированию скважины. Загрязнение пород полезной толщи при такой технологии почти полностью исключается.

Комментарии запрещены.