Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Вопрос о влиянии качества и количества прокачиваемого глинистого раствора на процесс сужения стволов буровых сква­жин в технической литературе освещался крайне недостаточно. Отдельные вопросы, относящиеся к процессу отложения глини­стых корок против проницаемых пород и образования слип­шихся комков выбуренной породы в скважинах, изучались рядом исследователей и довольно полно освещены в отечествен­ной и зарубежной литературе. Однако, насколько нам известно, до последних дней почти не затрагивался вопрос о возможности отложения толстых глинистых корой и образования значитель­ных сужений стволов буровых скважин против плотных, не — леремятых глин, мергелей, аргиллитов и других практически водонепроницаемых пород.

Как показывают фактические данные, сужения стволов бу­ровых скважин против практически водонепроницаемых пород наблюдаются почти на всех площадях Кубани. При исследова­нии этого явления обратили внимание на то обстоятельство, что осложнения, вызываемые сужением стволов, чаще всего встре­чаются в скважинах, которые бурились сравнительно медленно, довольно вязкими глинистыми растворами, с большой величи­ной СНС, низкой водоотдачей и при недостаточной скорости циркуляции.

Подтверждением высказанного могут служить приводимые в табл. 10 фактические данные по скважинам, пробуренным долотами № 10 на А’/г" бурильных трубах, в которых наблю­дались сужения ствола до 70—80 мм и осложнения, характер­ные для подобных скважин (затяжки, прихваты и т. п.).

Из приведенных в табл. 10 данных можно сделать вывод, что осложнения в виде затяжек и прихватов инструмента в указанных скважинах, по-видимому, происходили вследствие интенсивного налипания на стенках их стволов толстых корок при работе утяжеленными растворами нетекучей вязкости с большой величиной СНС и низкой скоростью восходящего потока раствора.

5Я
2
X
jа	го
то
си
то	(1)
>» са

№ скважины

и lO О ‘ а со bU

и X о

18 Калужская. . 34 Ново-Дмитри-	2574	1.6	Нетеку­ чий
евская….	2878	1,72	То же
45 Ново-Дмит-
риевская. . . 49 Ново-Дмит-	2734	1,7	100
риевская. . .	2771	1,66	Нетеку­ чий
10 Курчанская. .	2861	1,67	120
10 Курчанская. .	2604	1,67	Нетеку­ чий

300 Неизме­ римое 365 194 305 Неизме­римое То же

	ТО id ij»	Диаметр, дюймы
	О го Н «О
водоотдача за 30 мин., с	Скорость П1 раствора, м	скважины	бурильных труб
5,0	0,45	93/4	4Vi
5,5	0,5	93/4	4V2
6,0	0,5	93/4	41/*
4,5	0,45	93/4	41/а
4,0	0,48	93/4	41/.
5,5	0,45	93/4	41/а

Параметры раствора

Аналогичные осложнения возникали и в других скважинах, пробуренных долотом № 12 на 59/i6" бурильных трубах, что видно из табл. 11.

Таблица 11

		Параметры раствора	то"	Диаметр,
		o’		W	СО з;	О н	дюймы
№ скважины	Глубина, м	м эН 3 X 5 Л го	вязкость СПВ-5, сек.	о * и X о	водоотдача за 30 мин., i	Скорость ПС м/сек	Л а И * то са а о	и 3 X л то 5 ю О — г>, Он о Н
38 Ново-Дмитриев — ская……………………………..	2306	1,18	80		5,0	0.6	113/4	59/i«
575 Ахтырская. . .	1737	1.54	Нетеку-	—	5,0	0,65	113/4	б9/,*
115 Анастасиевская	1663	1,63	чии То же		5,0	0,6	113/4	5e/ie
59 Ново-Дмитриев — ская……………………………..	2450	1,4	70	37 142	4,0	0,7	113/4	59/16

Таким образом, при промывке очень вязкими растворами надо полагать, что скорость 0,4—0,6 м/сек недостаточна для предотвращения налипания корок на стенках скважины до раз­меров, угрожающих осложнениями в виде затяжек.

Одновременно замечено, что в скважинах, пробуренных доло­том № 10 на 59Лб" бурильных трубах при тех же параметрах глинистого раствора, значительно реже возникали осложнения, а характер их был отличен от обычных затяжек. Например, в скв. 58 Восточно-Северской площади при бурении долотом № 10 скорость восходящего потока раствора при производитель­ности насоса 46 л/сек была 1,5 м/сек-, ;в скв. № 38 Ново-Дми — триевской при производительности 38 л/сек скорость потока со­ставила 1,2 м/сек и т. д. В этих скважинах при указанной ско­рости потока не могли налипать толстые корки, поэтому систе­матических затяжек при бурении здесь не наблюдалось.

Из приведенных выше данных и анализа осложнений в бу­ровых скважинах следует также, что заметные сужения стволов чаще всего наблюдаются при промывке скважин утяжеленными глинистыми растворами удельного веса 1,6—1,75 г/см3 с содер­жанием твердой фазы 60—75%. Особенно интенсивно сужение стволов происходит в период простоев буровых скважин, при отсутствии качественной промывки и проработки. Поэтому скважины, которые бурятся медленно, как правило, имеют больше осложнений из-за сужения стволов вследствие налипа­ния глинистых корок при периодических промывках скважин во время остановок без проработок.

Р. И. Шищенко и А. М. Аванесова [43], изучавшие процесс отложения глинистых корок при фильтрации глинистого рас­твора через песок, установили, что во время циркуляции корки отлагаются более тонкие за счет смывания поверхностных рыхлых ее слоев потоком глинистого раствора. При этом сле­дует отметить, что скорость течения раствора при проведении опытов была всего 7 см/сек, однако и при такой незначительной скорости влияние циркуляции на характер фильтрации и отло­жения корки уже сказывается. Этот опыт подтверждает, что при отсутствии циркуляции против пористых пород корки отла­гаются более толстые, а при интенсивной циркуляции создаются условия для размыва поверхностных слоев корки. .

Фактические материалы почти по 200 скважинам позволяют считать решающим фактором :в образовании толстых корок и значительных сужений стволов не фильтрацию воды из глини­стого раствора с отложением твердой фазы на пористой поверх­ности ствола, а налипание частиц глины и утяжелителя на стен­ках скважины. Следовательно, степень сужения ствола сква­жины при данном количестве УЩР в растворе должна зависеть главным образом от соотношения между твердой и жидкой фа­зами в глинистом растворе, содержания в нем тонко раздроблен­ных частиц коллоидальной глины, обусловливающих соответ­ствующую вязкость, прочность структуры И ЛИПКОСТЬ ГЛИНИСТОГО раствора, а также от скорости циркуляции глинистого раствора.

Явление сужения ствола скважины в зависимости от пара­метров глинистого раствора и режима его течения в кольцевом

пространстве наблюдалось ври проходке экспериментальной скв. 640 на Сезеро-Ахтырской площади. В этой скважине при бурении до глубины 2000 м (кровля майкопских отложений) раствором — удельного веса 1,25—1,30 г/см3 при вязкости 30— 40 сек. по СПВ-5, СНС до 100 мг/см2 за 10 мин. и липкости не более 150 г/см2 заметных сужений по замерам каверномером не отмечалось, а верхний участок .ствола до глуби­ны 500 м имел каверны до 70—80 мм при буре­нии долотом № 16. Пе­ред вскрытием майкоп­ских глин раствор утяже­лили до 1,5—1,6 г/см3, при этом вязкость его повысилась до 70—

Fra 1 а|сЛ

1/а е/а а/а и/а а/х 1

rth

~!00

1500

:

:

2000

90 сек. по СПВ-5, а СНС—до 240 мг/см2 за 10 мин. В процессе про­ходки майкопских глин в интервале 2000—2300 м липкость раствора воз­росла до 300—350 г/см2, и в скважине начали по­являться сужения. Харак­терно отметить, что за 18 дней бурения по май­копским отложениям в верхнем участке ствола вместо каверн диаметром 70—80 мм образовалось сужение на 30 мм, и об­щее сужение ствола до — стигл о 100—110 мм.

. 24. Динамика сужения ствола скв. 640.

Рис

В остальной части ствола от 500 до 2300 м образо­валось довольно равно­мерное сужение ствола на 25—30 мм. Динамика сужения показана на рис. 24.

Процесс сужения ствола скважины можно объяснить сле­дующим образом. При циркуляции глинистый раствор, омывая стенки скважины, отлагает на них первичную глинистую пленку. При дальнейшей циркуляции, если раствор имеет небольшую вязкость до 50 сек. по СПВ-5, нормальную величину СНС (не более 100 мг/см2 через 10 мин.) и допустимую липкость (ниже 150 г/см2), а скорость потока раствора в кольцевом простран­стве достигает примерно 1,0—1,5 м/сек, то в этом случае мало­вероятно образование на стенках скважины толстых корок и,

следовательно, не должно отмечаться заметных сужений ствола, что :и подтверждается практикой проходки сква­жин. ■

При промывке скважины раствором нетекучей вязкости с большой величиной СНС и скорости восходящего потока глини­стого раствора около 0,5 м/сек и ниже, создаются условия для налипания на стенках скважины толстых корок, сужающих ее ствол.

В верхней части разреза кубанских месторождений (до 1800 м),тде бурение производят растворами удельного веса 1,18—1,24 г/см3, вязкостью 30—50 сек. при скорости течения 0,5—0,7 м/сек, значительных сужений не отмечается, а поэтому затяжек и прихватов почти не наблюдается.

Осложнения, связанные с сужением ствола, начинаются с глу­бин свыше 2000 м после вскрытия майкопских и других листо­ватых глин при удельном весе раствора 1,6—1,7 г/см3, нетеку­чей вязкости и скорости течения 0,5—0,7 м/сек. Это происходит в результате повышения липкости раствора и корок за счет пептизации при повышенных температурах, а листоватый ха­рактер майкопских глин при структурном режиме потока обу­словливает попадание значительной части шлама в зону низких скоростей, к стенкам скважины.

Согласно опытам зарубежных исследователей [7], проведен­ным в скважине глубиной 150 м и диаметром 7" по выносу стек­лянных шаров диаметром от 5 до 25 мм, алюминиевых дисков и керамических обломков в жидкостях с различными вязкостью, удельным весом и СНС, установлено:

1) раствор с малой вязкостью и небольшим сдвигам имеет большую подъемную силу (особенно для малых частиц);

2) крупные частицы в вязкой жидкости поднимаются быстрее мелких;

3) при структурном режиме потока плоские частицы под влиянием разности скоростей смежных слоев поворачиваются наибольшей поверхностью параллельно потоку, перемещаются в область низких скоростей к стенке скважины и здесь прили­пают или погружаются вдоль стенки с последующим перемеще­нием в зону повышенных скоростей, и цикл повторяется (опыты проводили на моделях скважин из плексигласа для удобства на­блюдения за характером движения частиц).

Если диаметр частицы D превосходит ее толщину b больше чем в 3—3,5 раза, то такие частицы при структурном режиме потока стремятся к стенке скважины и здесь прилипают; мелкие частицы выносятся на поверхность только при турбулентном режиме. Если диаметр незначительно отличается от толщины частицы, то она движется устойчиво плоскостью перпендику­лярно потоку и выносится на поверхность. Вращение труб уве­личивает подъемную силу только при ламинарном режиме по­тока, а при турбулентном не имеет значения.

При разбуривали, и майкопских глин, имеющих листоватое

строение и отношение у >3, при скоростях течения раствора

0,5—0,7 м/сек (структурный режим) частицы перемещаются в потоке в зону меньших скоростей, т. е. к стенке скважины, где они прилипают, вызывая сужение ствола. Вследствие повышен­ной липкости глинистых растворов при интенсивной обработке их УЩР для снижения водоотдачи в процессе разбуривания майкопских глин на первый слой частиц налипает второй и т. д. Вот почему при проходке майкопских и других листоватых глин происходит более интенсивное сужение стволов буровых сква­жин, вызывая затяжки, посадки, прихваты и другие осложнения.

Чем выше вязкость, липкость и СНС при данном расходе промывочной жидкости, тем интенсивнее налипание, а следова­тельно, и сужение ствола.

Процесс налипания частиц в данном случае происходит 1 ^ независимо от проницаемости пород, следовательно, низкая во — I доотдача при разбуривании ненарушенных майкопских глин I часто может принести не пользу, а вред, так как ее достижение без увеличения вязкости и липкости при обработке глинистых / растворов УЩР в условиях высокой температуры весьма за — ’ труднительно.

Кроме того,, при восстановлении циркуляции после остано­вок организационного порядка или затяжных спуско-подъемных операций ядро потока глинистого раствора, обладающее наи­большей скоростью, как бы промывает себе русло в превра­щенном в гель растворе, оставляя на стенках скважины неко­торый слой. Если после остановок скважину периодически не прорабатывать, то с течением времени сужения в отдельных интервалах прогрессируют, достигая таких величин, при кото­рых будут неизбежны посадки и затяжки инструмента.

Подтверждением налипания глинистых корок на стенки сква­жины независимо от пористости и пронипяемпсти проходимых пород служат следующие факты. Хорошо известно, что при цир­куляции глинистого раствора отлагаются корки на боковых по­верхностях металлической циркуляционной системы; эти корки, постепенно увеличиваясь, со временем образуют наросты. При перекачке вязкого глинистого раствора по глинопроводу на стенках последнего также налипают гелеобразные корки после первых же часов перекачки. Из приведенных примеров совер-. шенно очевидно, что образование корок в данном случае нельзя объяснить фильтрацией воды из глинистого раствора сквозь ме­таллические поверхности. Такие явления объясняются только структурным течением пластично-вязкой жидкости.

Приуроченность сужений к тем или иным интервалам глубин при заданных параметрах глинистого раствора может зависеть от конфигурации ствола скважины, характера изменения ее оси в пространстве, характера разбуриваемой породы и распределе-

ния скоростей потока раствора при его движении от забоя к устью.

л Температурный фактор и давление, по-видимому, здесь также а создают услоыШ_ТРта"’СНИжения:::5л^жности и уплотнения корок, отлагающихся на стенках скважин. Например, хорошо известно, 1 что при подогреве глинистого раствора в мернике с глухим па­ровым змеевиком на поверхности паропровода, имеющего повы­шенную по сравнению с раствором температуру, отлагается гли­нистая корка. Породы на глубине имеют значительную темпе­ратуру (в районе Озек-Суат на глубине 3500 м температура до­стигает 150—160°С), поэтому на’поверхности контакта глини­стого раствора с горячей стенкой скважины может образоваться корка, как и на горячей трубе. Образование корки в данном случае можно объяснить значительным снижением влажности контактирующего с породой слоя раствора. Большое гидроста — t тическое давление также способствует уплотнению копки, а сле — йдовательно, ее накоплению, ибо уплотненная корка"при’ цирку — ||ляции промывочной жидкости очень трудно смывается потоком. ! Существенное значение в образовании сужений ствола имеет величина липкости глинистого раствора, зависящая во многом от содержания в нем коллоидных частиц и общего соотношения между твердой и жидкой фазами. Исследованиями грунтоведов [30] установлено, что при увеличении содержания в суспензиях коллоидных частиц глины с 10 до 60% липкость суспензий воз­растает почти в 10 раз. При уменьшении содержания воды в глинистом растворе с 40 до 20% липкость последнего возрастает в 2—3 раза. Таким образом, необходимо стремиться к сохране­нию такого соотношения между твердой и жидкой фазами, при которых липкость и вязкость были бы в пределах величин, допу­стимых для нормального процесса бурения.

На основании анализа фактических материалов и теоретиче­ских предпосылок к проблеме сужения стволов буровых сква­жин основными мероприятиями по их предупреждению являются следующие.

1. Применение для бурения скважин глинистых растворов вязкостью не больше 50 сек. по СПВ-5 и СНС не более 150 мг/см2 через 10 мин.

2. Рациональный подбор соотношения между диаметром скважины и бурильными трубами при заданной производитель­ности насоса с учетом обеспечения скорости восходящего потока раствора в кольцевом пространстве не менее 1 м/сек, лучше 1Г5—2.0 м/сек_

3. Снижение вязкости и липкости глинистого раствора путем ввода в раствор воды в случаях, когда водоотдача резко не уве­личивается.

4. Бурение без длительных остановок, а если они будут не­избежны, перед началом углубления скважины ствол тщательно прорабатывать. ‘

5. Про, ведение известковой обработки глинистого раствора при разбуривании активно пептизирующихся глин глинистых растворов, обусловливающих резкое повышение вязкости и СНС.

Комментарии запрещены.