Обратная промывка скважины

Процесс бурения скважин с применением вращательного способа связан с постоянной циркуляцией потока жидкости. Использование специального раствора, с помощью которого осуществляется промывка при бурении скважин, позволяет удалять продукты разрушения, то есть шлам. Применяемое средство обеспечивает промывку.

Причины применения промывки

Буровой процесс проводится с обязательным наличием жидкости для промывки. Промывка осуществляется при свободной циркуляции в скважине. Наличие раствора в скважине должно быть связано не только с удалением шлама, но и с обеспечением экономичного, эффективного и безопасного выполнения работ в процессе бурения. Вместе с тем изучению состава различных буровых растворов и оценке их свойств отводится достаточное количество времени в процессе проведения научных исследований на практике.

Вскрывают водоносный пласт, создавая скважину бурильной установкой, с учетом 2-х основных моментов:

1. Захват желонки либо долота с последующей поломкой бурильной установки.
2. Изменение технологических параметров бурения, определяемых прокачкой скважины и ее дебитом.

На данных особенностях следует остановиться подробнее. Бурить скважины с использованием бурового раствора для промывки следует с учетом технологических параметров. Промывка зачастую может применяться с целью решения следующих задач, связанных с обеспечением:

• выноса пород на поверхность земли;
• устойчивости стенок скважин путем их укрепления в породах, которые склонны к обрушению;
• охлаждения инструмента для бурения.

Для промывки пород при бурении используют не только техническую воду, но и следующие виды растворов:

1. Глинистый.
2. Водогипановый.
3. Меловой.
4. Аэрированный.

Применение любого из этих видов растворов требует создания определенных условий, поэтому для каждого случая используют один из перечисленных составов. Нормальные условия вскрытия водоносных слоев требуют тщательного определения глубин, на которых они залегают. С этой целью можно воспользоваться методами геофизики, способом разведочных бурений либо с помощью информации, получаемой за счет предшествующих работ по промывке и бурению, проводимых в определенных районах.

Момент, определяющий, что водоносный горизонт является вскрытым, объясняется поступлением воды в наибольшем объеме, чем ее закачивание. Средне- и мелкозернистый песок может усложнить водоносный горизонт, поэтому применяют техническую воду. Если песок крупнозернистый, то используют следующие виды растворов:

1. Мелованный.
2. Гипановый.
3. Аэрированный.

Когда горная порода является неустойчивой, то применяют глинистый состав жидкости промывки. Процесс вскрытия водоносных пластов связан с использованием только чистой воды. В процессе вскрытия обсадная труба опускается в проем скважины, после чего завершается цементация.

Вместе с тем применять глинистый раствор недопустимо, если горная порода не является склонной к процессам обрушения. Если его использовать, то глина будет попадать в водоносные пласты, что приведет к закупорке пластов, то есть кольматации. Поэтому может понадобиться долговременная прокачка создаваемой скважины (несколько суток, возможно, недель). Иногда достижение расчетного дебита является усложненным.

Как применяются промывочные жидкости?

Мировая практика создания скважин с использованием промывки связана с ростом глубины в процессе бурения, что зачастую влечет за собой сложности. Эксплуатационные условия становятся все более жесткими, поскольку от них зависит уровень эффективности бурения продуктивной породы.

Свойства и состав бурового раствора должны быть подходящими для устранения разных сложностей при бурении, что будет сглаживать негативное воздействие на качество продуктивной породы. Это является причиной нарушения условий равновесия породы, которая составляет стены скважины.

Стены будут обладать наибольшей устойчивостью, зависящей от начального уровня прочности, которая может изменяться по причине влияния времени. Поэтому промывка скважины должна зависеть от выбора промывочного раствора.

Основной задачей использования агента для промывки является процесс создания эффективных условий бурения, основанных на сохранности надежности стен скважин и их возможного крена. Условия, связанные с нарушением прочности породы, определяются наличием горного давления. На часть скважин, которые являются приствольными, оказывает воздействие по вертикали и по горизонтали внутреннее давление со стороны пласта.

Если присутствует в основном боковое давление, то причиной его является наличие вертикального, что производит напряжение касательное, поэтому породы выпучиваются, ствол сужается, происходят обвалы.

Особенности взаимодействия промывки и горных пород

Уровень давления жидкости для промывки является ниже, чем уровень горного давления. Промывка скважин будет связана с нарушением стен скважины, когда уровень надежности продуктивной породы является недостаточным. Используемая жидкость для бурения способна ослабить прочность породы, которая будет недостаточной.

Выделяют в основном факторы, имеющие физико-химическую природу воздействия промывки на структуру породы, что имеет 3 формы влияния:

1. Адсорбционное.
2. Активное.
3. Осмотическое.

Промывка оказывает влияние на породы при взаимодействии с фильтратом, в структуре которой происходит различные изменения, а результатом является:

1. Набухание.
2. Капиллярное расклинивание.
3. Динамическое расклинивание.

Стенки скважины вступают в контакт с промывкой, что способно вызывать процессы:

• химического растворения;
• выщелачивания;
• гидромеханического разрушения.

Все эти проявления усиливаются под влиянием механического воздействия на стенки скважины со стороны бурильной колонны. Бурение скважин вызывает ослабление структуры горной породы, состоящей из отдельных частиц, образующих структуру с нарушением взаимосвязи между ее составляющими. Данные связи могут ослабляться со скоростью, зависящей от разрушающих изменений естественного характера, выраженных в наличии трещин и пор в горных породах. За счет них уменьшается механическая прочность пород, что ведет к пропитыванию ее жидкостью.

Движение фильтрата, образующего фильтрационную корку, связано с возникновением капиллярного взаимодействия, что повышает устойчивость породы. Образованная фильтрационная корка состоит из частиц твердой фазы, составляющих промывочную жидкость. Прочность породы зависит от уровня влажности, что является одним из важных факторов. Если породы полностью водонасыщены, то их прочность понижается в десятки раз.

Наличие пластовой жидкости может оказывать химическое воздействие на породы , которое усиливается во время вскрытия пластов. В результате наблюдаются процессы, выражающиеся в диффузии и осмосе. Усиленная минерализация жидкости для промывки скважин по сравнению с пластовой не будет оказывать влияние на целостность горной породы, поскольку это не связано с обновлением среды и увеличением объема жидкости в трещинах и порах горной породы.

Частицы отделяются с определенной скоростью из-за разрушения стен скважин. Промывка вызывает обваливание породы из-за гидромеханического воздействия на нее. Положительное действие столба промывки на породы в результате давления будет определяться физико-химическими свойствами.

Если ползучие породы являются пластичными, обладающими растущим противодавлением промывки, то это поступление фильтрата в пласты происходит затруднительно. Поэтому зачастую ствол скважины имеет затрудненное развитие в его сужении, а промывка взаимодействует с породой на физико-химическом уровне, играющем при бурении главную роль.

Поглощение промывочной жидкости и особенности ее применения

Поскольку процесс промывки скважин — это ответственная операция, выполняемая при бурении, то непрерывная циркуляция раствора оказывает основное влияние на обеспечение устойчивости проницаемой породе. Применение разведочного колонкового бурения связано с наличием водоносных пластов.

Во время бурения происходят поглощения промывки, что является отрицательным моментом, который препятствует нормальному процессу бурения. Причины такого явления могут крыться в наличии определенного пластового давления, большое влияние оказывают и типы используемых промывочных растворов. Этот негативный процесс может быть связан и с неустойчивой циркуляцией, водопроявлением.

Если происходит процесс поглощения промывочного агента, то бурение скважин становится более дорогим, а зачастую и невозможным. При водопроявлении ухудшается качество промывки во время ее циркуляции. Это приводит к загрязнению окружающей местности, ухудшению экологической обстановки. В результате неустойчивой циркуляции возникают проблемы при бурении, происходит понижение уровня качества промывки.

Поглощения бывают:

• частичные;
• полные.

Это зависит от проницаемости зон, которые можно классифицировать с учетом величины определенных коэффициентов. Если породы проницаемых зон отличаются пористостью, неустойчивостью, то промывка позволяет при бурении изолировать перечисленные недостатки за счет частичек твердой фазы. Отфильтрованная корка по объему равна жидкости для промывки. Добыча полезных ископаемых усложняет вопрос, связанный с сохранением проницаемости подземного или горного пласта, что определяется особыми технологиями промывки.

С какими функциями связана промывка?

Поскольку буровое дело постоянно совершенствуется, то промывка используется уже не только для очищения забоя от частичек пород, характеристика раствора включает расширенный перечень основных функций:

1. Частицы выбуриваемых горных пород подвергаются выносу.
2. Получение турбобуром энергии, которая подается и в конструкцию винтового двигателя.
3. Перекрытие процесса, определяющегося поступлением нефти в скважины, а также газа либо воды.
4. После прекращения циркуляции по окончании бурения, частицы должны находиться во взвешенном состоянии.
5. Возможность смазки или охлаждения элементов долота, которые являются трущимися.
6. Сокращение процесса трения стен скважины с бурильными трубами.
7. Возможность исключения обвалов разбуриваемых пород со стен скважины.
8. Снижение проницаемости стен скважин за счет коркообразования.

Среди основных требований, которые предъявляются к растворам для бурения, выделяют следующий перечень:

1. Выполнение возложенных функций.
2. Отсутствие вредного воздействия, связанного с коррозией, абразивным износом и др. на бурильные инструменты и забойный двигатель.
3. Легкое прокачивание и очищение от газов и шлама.
4. Безопасность для человека и окружающей среды.
5. Удобство в процессе приготовления и промывки при бурении.
6. Доступность, приемлемая цена, многократное использование.

Как делается промывка скважин после бурения?

Когда обсадная труба является опущенной, то можно приступать к процессу разглинизации или промывки. Бурильщиками принимается решение, связанное с промывкой до обсадки скважины. Это связано с риском, так как в результате порода обрушится, а скважина забьется.

Крепление напорного рукава мотопомпы должно быть герметичным, а обсадная труба сверху закрепляется с помощью переходной головки. Ее прикручивают за счет 4-х саморезов. Это более удачный способ крепления, чем придерживание вручную, поскольку труба способна вылетать из скважины под влиянием водяного давления. Чтобы этого избежать, следует трубу привязать к самой установке.

Случайные нарушения работы фильтра и спецэффекты могут быть исключены при включении мотопомпы, учитывая минимальный напор. Для очищения от шлама приямка впрыскивают промывочную воду. Если этого не сделать, то происходит затопление скважин. С целью промывки в скважины подают чистую воду, которая поступает из специальной емкости в трубу. Вода и мусор выходят при очистке скважин наверх через пространство за трубой.

По специальной канаве вода должна стекать в приямок. Продолжать промывку следует, пока не произойдет наполнение приямка водой. Количество воды определяется размером глубины скважины, оно может достигать 2-х кубов.

Какие существуют системы промывки?

Жидкость при бурении подвергается циркуляции по замкнутому гидравлическому контуру, видом которого и определяется используемая система промывки. Промывка скважины должна определяться процессом:

• выхода на поверхностный уровень бурового раствора;
• внутрискваженной циркуляции жидкости.

Применяют и комбинированную систему, когда используется последовательная (периодическая) промывка скважины либо совмещенная (параллельная). Для реализации данных вариантов используют следующие схемы:

• прямая;
• обратная;
• комбинированная.

Буровой поток может иметь соответствующее схеме направление, которое способно меняться под влиянием обвязки насоса.

После выхода жидкости из отверстий для промывки, которые являются суженными, она должна за счет высокой скорости размывать забой, чтобы происходило дальнейшее увеличение скорости. После использования жидкости для промывки скважину закрепляют. Это происходит благодаря упрочнению частичек породы, которая является уже неустойчивой.

Среди существенных недочетов прямого способа промывки выделяются:

1. Возможность размыва при наличии мягких пород по причине увеличения скорости восходящих потоков.
2. Верхний торец крена находится под динамическим влиянием струи, а это способно приводить к его пониженному проценту.
3. Бурение с наибольшим диаметром скважин связано с повышением объема жидкости для промывки.

Промывка скважины прямым способом происходит в результате прохождения жидкости, которую нагнетают насосом, через бурильные трубы. Дальше бурение развивается по алгоритму:

• прохождение промывки для омывания забоя между керном и колонковой трубой;
• охлаждение инструмента для разрушения породы промывочной жидкостью;
• захват с забоя частиц породы, которая разрушена промывочной жидкостью;
• подъем промывочной жидкости за счет кольцевого пространства между трубами для бурения и стенами скважины, которая должна оказаться на поверхности.

Использование схемы обратной промывки обеспечивает интенсивную очистку забоя от породы, подвергаемой разрушению.

moyaskvazhina.ru

За счет циркуляции промывочной жидкости, закачиваемой в скважину, осуществляется следующее:

• очистка забоя от частиц выбуренной породы;

• охлаждение породоразрушающего инструмента;

• обеспечение устойчивости стенок скважины, предупреждение их от об­ рушения и вспучивания;

• смазывание трущихся о стенки скважины частей бурового снаряда;

• привод в действие гидроударников и забойных гидродвигателей.

При колонковом разведочном бурении в основном применяются следующие схемы циркуляции промывочной жидкости:

прямая промывка — заключается в том, что промывочная жидкость насосом подается к забою скважины через буровой снаряд и выходит на поверхность по кольцевому зазору между снарядом и стенками скважины;

комбинированная схема промывочной жидкости применяется обычно для повышения выхода керна. Сущность ее в том, что с помощью специальных уст­ройств, эжекторных или других прямая промывка в призабойной части скважины преобразуется в обратную.

В настоящее время для промывки скважин применяют: 1) техническую во­ду; 2) глинистые растворы; 3) специальные промывочные жидкости; 4) естествен­ные промывочные жидкости на основе выбуренных пород.

Вода используется при бурении в устойчивых и неразмывающихся породах. Если доставка технической воды к скважине не ограничивается, возможно буре-

36

37

ние в трещиноватых породах с частичной или даже полной потерей циркуляции. Применение воды в благоприятных условиях позволяет улучшить технико-экономические показатели бурения по сравнению с использованием других видов промывочной жидкости.

Глинистые растворы, закрепляющие стенки скважины одновременно с ее углубкой, применяют при бурении слабосвязных пород осадочного комплекса, а также нарушенных трещинами и перемятых кристаллических пород.

Специальные промывочные жидкости имеют целенаправленное назначе­ние. К ним относятся солевые, меловые, эмульсионные, аэрированные, ингибиро-ванные, утяжеленные, полимерные буровые растворы и растворы на нефтяной ос­нове.

При разведке месторождений минеральных солей во избежание растворения керна скважины бурят с промывкой водными растворами соответствующих со­лей.

В условиях многолетней мерзлоты по рыхлым, сцементированным льдом породам бурят с промывкой охлажденными растворами поваренной соли.

Меловые растворы, обработанные химическими реагентами, целесообразно применять в процессе бурения водорастворимых неглинистых отложений при вскрытии минерализованных подземных вод.

Эмульсионные растворы широко используются при алмазном бурении с вы­сокой частотой вращения снаряда. Высокие смазывающие свойства эмульсион­ных промывочных жидкостей позволяют снизить вибрацию, износ бурового сна­ряда и уменьшить затраты мощности на вращение колонны бурильных труб, по­высить производительность бурения.

Аэрированные растворы — это вода или глинистый раствор, насыщенные воздухом. Они имеют пониженную плотность и применяются для борьбы с по­глощением промывочной жидкости в скважине.

Ингибированные растворы применяют для предупреждения размокания и набухания пересекаемых скважиной глинистых пород, предотвращения перехода в промывочную жидкость частиц глины из пород, слагающих стенки скважины. В качестве ингибиторов, добавляемых в промывочную жидкость (вода или глини­стый раствор), используют жидкое стекло, гипс, гашеную известь и хлористый кальций.

Естественные промывочные жидкости получают непосредственно в сква­жине при промывке водой, которая насыщается частицами разбуренной породы. В зависимости от того, по каким породам бурят, различают естественные раство­ры: глинистые, карбонатные (на основе известняков, доломитов), сульфатные (на базе гипса и ангидрита).

Роль промывочных жидкостей для борьбы с осложнениями в скважине.

Довольно часто скважины приходиться бурить по геологическим разрезам, представленным слабоустойчивыми, трещиноватыми, перемятыми, легко отслаи­вающимися при обнажении, многолетнемерзлыми породами, водо-, нефте- или

газоносными пластами. В таких условиях могут происходить осложнения, наибо­лее распространенные из которых: 1) потеря (поглощение) промывочной жидко­сти; 2) осыпи, обвалы породы со стенок скважины.

Если своевременно не принять предупредительных мер, осложнения, как правило, приводят к затяжным и тяжелым авариям.

В случае частичного поглощения промывочной жидкости, наблюдающе­гося при пересечении скважиной пористых и трещиноватых пород, применяют глинистый раствор, имеющий наименьшую плотность (1060 — 1100 кг/м’), вяз­кость от 35 — 40 с до » не течет» по ВБР-1 и хорошие структурные свойства. По­добный глинистый раствор можно приготовить добавлением к нормальному рас­твору до 25 — 30% порошка бентонитовой глины или обработкой его реагентами, увеличивающими вязкость (кальцинированная сода, каустик, жидкое стекло, не­гашеная известь и д р.).

Хорошие результаты для борьбы с поглощением промывочной жидкости в скважине дает применение аэрированных глинистых растворов, имеющих высо­кую вязкость и низкую плотность (до 700 — 800 кг/м ). Аэрирование раствора производится в процессе бурения путем систематического добавления воздуха в циркулирующую промывочную жидкость от компрессора, при помощи специаль­ного устройства — аэратора, работающего по принципу эжекции или путем обра­ботки раствора поверхностно-активными веществами.

Если зоны поглощения известны заранее, то необходимо заблаговременно заменять промывочную жидкость на специальную за 20 — 25 м до вскрытия по­глощающего пласта.

Полное поглощение происходит при пересечении пластов галечника, гра­вия, пород с большими трещинами, горных выработок, каверн и протоков под­земных вод. Для ликвидации полного поглощения прибегают к промывке сква­жины глинистым раствором с различными наполнителями или закачиванию в скважину глиноцементных смесей (гельцементов).

В качестве наполнителей, позволяющих запечатать трещины в породах, ис­пользуют измельченные асбест, слюду или кожу, опилки, кордное волокно и пр.

Гельцемент представляет собой смесь тампонажного цемента с глинистым раствором, соотношение между которыми подбирается в лаборатории соответст­венно конкретным условиям применения. Ориентировочно к 1 м^? глинистого рас­твора плотностью р_ж= 1100 — 1200 кг/м¹ добавляют 800 — 1000 кг портланд­цемента. Гельцемент легко прокачивается по бурильным трубам к месту ухода промывочной жидкости из скважины, а при оставлении в покое на 2-гЗ мин обра­зует весьма прочный гель. В результате крупные трещины в породах стенок сква­жины надежно закупориваются, и циркуляция промывочной жидкости восстанав­ливается.

Обвалы в скважинах возникают при бурении рыхлых, сыпучих, а также сланцеватых и раздробленных скальных пород. Основная мера борьбы с обвалами — применение для промывки скважин глинистых растворов с минимальной водо­отдачей и повышенной плотностью.

Водоотдачу глинистых растворов снижают (до 3-5 и даже 1-2 см^Л за 30 мин) путем их обработки соответствующими реагентами. Плотность раствора до­водят до р_ж = 1500-И6ОО кг/м³ за счет повышения его концентрации. Дальнейшее увеличение плотности до р_ж= 2500 кг/м возможно за счет добавления порошка утяжелителя. Кардинальная мера борьбы с обвалом — крепление обсадными тру­бами данного интервала скважины.

Очистка промывочной жидкости от шлама.

—2008-

*/ г

SQQ8

Выходящая из скважины промывочная жидкость направляется в очистную систему, где освобождается от частиц внесенного с забоя шлама, буровым насо­сом вновь нагнетается в скважину.

,Рис. 12. Схема очистной системы промывочной жидкости

Очистная система (рис. 12) состоит из желобов 2 с перегородками 3 и от­стойников 4, по которым промывочная жидкость транспортируется от устья скважины до приемной емкости 1.

На стационарных буровых установках желоба обычно изготовляют из до­сок. Работая на самоходных установках, используют разборные желоба из листо­вого железа.

Наилучшие условия для очистки от шлама глинистого раствора нормально­го качества создаются при скорости его движения IS-15 см/с, что обеспечивается установкой желобов с уклоном 1/100 — 1/125.

Общая длина желобов при колонковом бурении с промывкой глинистым раствором в зависимости от глубины скважины принимается от 15 до 30 м. Жело­ба делаются высотой 20-25 см и шириной 30-40 см. По дну желоба через 1,5-2 м устанавливаются перегородки 3 высотой 15-18 см, способствующие разруше­нию структуры раствора и более полному отделению из него шлама.

Отстойник представляет собой емкость размером 1,2×1,2×1,5 или 1,5×1,5×2 м, предназначенную для отстоя промывочной жидкости. Однако глинистый рас­твор, заполняющий отстойник, застуденевает и в циркуляции не участвует. По­ступающие из желоба свежие порции промывочной жидкости движутся по его поверхности. Включение отстойника в работу достигается установкой в нем пере­городок сложных конфигураций и затрудняющих очистку от отстойника шлама. Поэтому часто очистную систему сооружают без отстойников.

В зависимости от геологических условий бурения и необходимого резерва промывочной жидкости очистная система имеет одну или две приемные емкости размером 1,5×1,5×2 м каждая. Работая в зимних условиях, целесообразно приме-ня»лкомпактную очистную систему без отстойников с зигзагообразным располо­жением желобов. Размещают такую систему под полом бурового здания, что улучшает ее утепление. Желоба и отстойники должны регулярно очищаться от шлама.

В настоящее время, кроме желобных систем, для очистки промывочной жидкости от шлама применяют гидроциклоны и вибрационные сита.

studfiles.net

Основное назначение промывки – это ликвидация песчаных пробок. Различают следующие виды промывок.

· прямая,

· обратная

· комбинированная.

Прямая промывка. При прямой промывке промывочная жидкость закачивается в спущенные в скважину трубы, а подъем воды с размытым песком происходит по кольцевому пространству. В процессе промывки трубы находятся на весу и спускаются с той или иной скоростью в зависимости от плотности пробки и количества жидкости, необходимой для подъема размытого песка на поверхность.

Обратная промывка отличается от прямой промывки тем, что промывочная жидкость поступает в кольцевое пространство, а подъем с размытым песком происходит по насосно-компрессорным трубам. Для герметизации устья скважины при обратной промывке обязательно применение специальной головки с резиновым манжетом-сальником, плотно охватывающим тело трубы.

Комбинированная промывкасовмещает прямую и обратную промывку (поочередно)

Процесс промывки:

· Производится расстановка техники и оборудования согласно схемы – ЦА-320 на расстоянии не менее 10м от устья, м/у ЦА-320 и бардовозом не менее 1 м.

· В зависимости от способа промывки производится сборка нагнетательных и выкидных линий.

• На насосе промывочного агрегата должен быть установлен манометр и предохранительное устройство для предотвращения разрыва насоса, напорной линии, шланга и запорной арматуры. Во избежание порыва шланга при работе с ним устанавливать на насосном агрегате предохранительный клапан на давление ниже допустимого на шланг на 25%.
• Промывочный шланг должен быть обмотан стальным мягким канатом диаметром не менее 8 мм с петлями через каждые 1-1,5 м по всей длине шланга. Концы каната следует крепить к ответным фланцам шланга.
• До начала промывки скважины вся система промывочного агрегата и промывочная линия до устья скважины должна быть опрессована на полуторакратное давление от ожидаемого.
• Открыть рабочую задвижку. Вызвать циркуляцию на малой скорости, убедившись, что параметры (давление на нагнетательной линии, расход выходящей жидкости) промывки соответствуют расчетным постепенно довести подачу насоса до плановой.
• Персонал бригады должен находится в безопасной зоне и следить за процессом промывки, в случае обнаружения отклонений от процесса дать сигнал руководителю работ.

· При перерывах циркуляции необходимо приподнять трубы и периодически расхаживать их. При длительной остановке надо поднять несколько труб в зависимости от количества выносимого песка из скважины и диаметра колонны.

studopedia.ru

1. Промывка скважины

Промывка скважины — это весьма важный этап бурения. Он осуществляется после монтажа обсадных труб, промывки конструкции, размытия водоносного слоя, пропитавшегося буровым раствором. Основным назначением промывки является:

1. Очистка забоя скважины от разбуренной породы и вынос ее на поверхность;

2. Охлаждение породоразрушающего инструмента;

3. Укрепление стенок скважины от обрушения.

Существует три способа промывки скважин: прямая, обратная и комбинированная.

Прямая промывка (рис. 1.), когда промывочная жидкость, нагнетаемая насосом, проходит по колонне бурильных труб, затем (при бурении кольцевым забоем) между керном и колонковой трубой омывает забой, охлаждает породоразрушающий инструмент, захватывает с забоя частицы разрушенной породы, поднимается вверх по кольцевому пространству между бурильными трубами и стенками скважины и, наконец, выходит на поверхность.

Достоинства прямой промывки:

1) буровой раствор, выходя из суженных промывочных отверстий коронки приобретает большую скорость и с силой ударяет о забой, размывая разбуриваемую породу, что способствует увеличению скорости бурения;

2) применяя специальные промывочные жидкости при бурении в сыпучих, рыхлых и трещиноватых породах обеспечивает закрепление стенок скважины путем скрепления частиц неустойчивой породы.

Недостатки прямой промывки:

1) возможен размыв стенок скважины при бурении в мягких породах вследствие большой скорости восходящего потока;

2) пониженный процент выхода керна в результате динамического воздействия струи на верхний торец керна, что приводит к его размыву;

3) при бурении скважин большого диаметра повышенный расход промывочной жидкости, необходимый для создания такой скорости восходящего потока, при которой все разбуренные частицы породы будут выноситься на поверхность.

Прямая промывка имеет преимущественное применение в практике разведочного бурения.

промывка скважина бурение

Рисунок 1 — Прямая промывка скважин

1 — буровой насос; 2 — нагнетательный шланг; 3 — вертлюг — сальник; 4 — колонна бурильных труб; 5 — трубный фрезерный переходник; 6 — колонковая труба; 7 — коронка; 8 — система желобов; 9 — отстойник; 10 — приемный бак

Обратная промывка (рис.2), когда промывочная жидкость движется к забою по кольцевому пространству между бурильными трубами и стенками скважины, омывает забой, входит в отверстия породоразрушающего инструмента, при наличии керна проходит пo кольцевому зазору между керном и колонковой трубой, проходит по внутреннему каналу бурильной колонны и, обогащенная шламом, выходит на поверхность земли.

Достоинства обратной промывки:

интенсивная очистка забоя от частиц разрушенной породы и возможность гидравлического транспорта кернов через бурильные трубы на поверхность.

Недостаток обратной промывки:

невозможность обеспечения нормального процесса бурения при наличии в разрезе поглощающих горизонтов, в которых теряется полностью или частично промывочная жидкость.

В связи с более сложной организацией обратной промывки она имеет ограниченное применение.

Рисунок 2 — Бурение с обратной промывкой при использовании для создания циркуляции вакуум- и центробежного насосов

1 — долото; 2 — бурильная колонна; 3 — ротор; 4 — рабочая труба; 5 — вертлюг; 6 — рукав; 7 — вакуумметр; 8 — центробежный насос; 9 — бак вакуумный; 10 — бак водяной; 11 — рукав сливной; 12 — вакуум-насос; 13 — задвижка; 14 — амбар-отстойник; 15 — буровой шлам; 16 — перемычка; 1 7 — промывочная жидкость; 18 — желоб для соединения шурфа с амбаром-отстойником

Комбинированная промывка, когда движение промывочной жидкости над колонковой трубой осуществляется по схеме прямой промывки, а ниже с помощью специальных устройств по схеме обратной промывки. Техническое исполнение комбинированной промывки связано с применением устройств, преобразующих прямую промывку в обратную в призабойной зоне. Комбинированная промывка применяется с целью повышения выхода керна.

2. Промывочные жидкости и условия их применения

1. Техническая вода (пресная, морская, рассолы) применяется при бурении в устойчивых породах;

2. Глинистые растворы применяются в трещиноватых, рыхлых сыпучих, плывучих и других слабоустойчивых породах для предотвращения обвалов, а также в трещиноватых скальных породах для борьбы с потерей циркуляции.

Кроме того, при бурении в особо сложных и специфических условиях применяют более сложные растворы с специальными добавками:

1. Для приготовления легких химически аэрированных буровых растворов применяют глинопорошки, поверхностно-активные вещества (0,1—0,2%), реагенты-структурообразователи (каустическая сода 0,1—0,2%) или кальцинированная сода (0,5—2,5%);

2. Утяжеленные глинистые растворы применяются при вскрытии пластов с большим пластовым давлением для предупреждения выбросов из устья скважины фонтанной воды, нефти или газа. Для изготовления утяжеленного глинистого раствора к нему добавляют инертный порошкообразный материал — утяжелитель, изготовленный из тяжелых минералов: — барита (BaSO4); гематита (Fe2O3) и др.. После задавливания фонтана под действием гидростатического давления утяжеленного раствора, над устьем скважины устанавливают противовыбросную арматуру, промывают скважину облегченным аэрированным глинистым раствором или технической водой, удаляют утяжеленный раствор и фонтанирование скважины восстанавливается;

3. Эмульсионные буровые растворы. Эмульсией называется система, состоящая из двух (или нескольких) взаимно нерастворимых жидких фаз, одна из которых диспергирована в другой. Различают два типа эмульсии. Эмульсии первого рода — «масло в воде» (М/В), когда масло в водной среде находится в виде мельчайших шариков;

Эмульсии второго рода, называемые инвертными или обратными, — «вода в масле» (В/М), когда вода в виде мельчайших шариков распределена в масле. Для придания эмульсии устойчивости применяют специальные реагенты — эмульгаторы. Эмульсионные растворы первого рода нашли широкое применение при алмазном высокоскоростном бурении с целью гашения вибрации и снижения мощности на вращение бурильной колонны;

4. Растворы на нефтяной основе (РНО), применяют для вскрытия нефтяных и газовых пластов для сохранения их естественной проницаемости. Эти растворы сложны по своему составу, более дорогие, чем буровые растворы на водной основе.

3. Назначение и классификация промывочных жидкостей

С ростом глубины скважин требования к их промывке все более возрастали, что обусловило создание новых промывочных жидкостей.

Основные функции промывочных жидкостей:

1) вынос разбуренных частиц породы на поверхность;

2) удерживание частиц выбуренной породы во взвешенном состоянии при прекращении циркуляции;

3) создание противодавления на стенки скважины, а, следовательно, предотвращение обвалов породы и предупреждение проникновения в скважину газа, нефти и воды из разбуриваемых пластов;

4) глинизация стенок скважины;

5) охлаждение долота, турбобура, электробура и бурильной колонны;

6) смазка трущихся деталей долота, турбобура;

7) передача энергии турбобуру;

8) защита бурового оборудования и бурильной колонны от коррозии.

Промывочная жидкость должна быть инертной к воздействию температуры, минерализованных пластовых вод и обломков выбуренной породы.

Промывочные жидкости классифицируются следующим образом:

1) на водной основе, представителями которой являются вода и глинистые растворы;

2) на неводной основе, к которым относятся углеводородные растворы (нефтяные);

3) аэрированные жидкости.

Рисунок 3.1 — Электробур с маслонаполненным шпинделем

1 — вал электродвигателя; 2, 5 — радиальные подшипники; 3, 30 — опорные подшипники;4, 6 — секции электродвигателя; 7 — обмотка статора; 8 — диамагнитный пакет; 9, 10, 11 — соответственно верхняя, средняя и нижняя части корпуса; 12 — корпус лубрикаторов; 13, 37 — пере­водники; 14, 25 — лубрикаторы; 15, 33 — поршень лубрикатора;16,34 — пружина лубрикатора; 17, 18 — сальниковые уплотнения; 19 — пара торцовая уплотнения; 20 — кабельный ввод; 21 — контактный стержень; 22 — уплотнение ввода кабеля; 23 — предохранительный стакан; 24 — опора контактного стержня; 26 — корпус шпинделя; 27 — соединительная муфта; 28 — роликовая опора; 29 — вал шпинделя; 31 — резиновый амортизатор; 32 — лубрикатор шпинделя; 35 — втулка с уплотнением; 36 — сальник шпинделя; 38 — долото.

4. Методы измерения свойств промывочных растворов

Во избежание зашламования скважины разность удельного веса жидкости, выходящей из скважины, и удельного веса промывочной жидкости, нагнетаемой в скважину, должна быть в пределах 0,01 — 0,03; поэтому необходимо периодически замерять эти параметры

Плотность тела — это отношение массы тела к его объему промывочной жидкости необходимо: 1) для суждения о степени насыщенности глинистого раствора глиной; 2) для суждения о степени насыщенности промывочной жидкости шламом разбуренных пород 3) для определения гидростатического давления.

Плотность нормального глинистого раствора в зависимости от требуемого гидростатического давления должна быть в пределах 1,08—1,45 г/см3; аэрированного (насыщенного воздухом) 0,7— 0,9 г/см3; утяжеленного (с добавкой порошка барита или гематита) до 2,30 г/см3.

Плотность промывочной жидкости измеряют ареометрами постоянного объема.

Вязкость глинистых растворов. Под вязкостью понимается внутреннее трение, существующее между слоями жидкости, движущимися друг относительно друга с различной скоростью. Условная вязкость определяется при помощи стандартного полевого визкозиметра (СПВ-5). Чаще применяются растворы, 500 см3 которых вытекают за 18—24 с (вязкость 18— 24 с). Для борьбы с поглощением применяются растворы повышенной вязкости (40—80 с и более).

Содержание песка в глинистом растворе. При значительном содержании песка в растворе происходит быстрый износ деталей насоса, бурового сальника (вертлюга) и другого оборудования. Во время остановки циркуляции песок оседает на забой скважины и может прихватить колонковый снаряд. Под песком понимается содержание твердых частиц разбуренных пород и комочков глины. Содержание песка определяется разбавлением раствора водой в отношении 1: 9 и отстоем в течение 1 мин. За это время в осадок выпадают фракции песка крупнее 0,1 мм. Для более полного осаждения всех фракций песка, оставляют раствор в покое в течение 3 мин. Для определения содержания песка применяется отстойник ОМ-2. В нормальном глинистом растворе содержание песка должно быть менее 4%.

Суточный отстой характеризует стабильность глинистого раствора, т. е. способность в течение длительного времени не расслаиваться на твердую и жидкую фазы.. Нормальные глинистые растворы должны за сутки давать отстой не более 3—4%. Стабильность глинистого раствора определяется с помощью прибора ЦС-2. У нормальных растворов эта разница не должна превышать 0,02 г/см3.

Водоотдача характеризует способность глинистого раствора отфильтровывать воду в пористые породы. Показатель водоотдачи характеризуется объемом воды в кубических сантиметрах, отфильтровывающейся в течение 30 мин из 100 см3 глинистого раствора через бумажный фильтр диаметром 75 мм под избыточным давлением 0,1 МПа. Водоотдача имеет большое значение при бурении в пористых породах. Глинистые растворы с большой водоотдачей образуют рыхлую корку, сужающую ствол скважины и вызывающую затяжки бурового инструмента при подъеме. Проникновение воды в глинистые породы вызывает их набухание и выпучивание в ствол скважины. Снижение водоотдачи глинистого раствора способствует устранению этих явлений. Величина водоотдачи зависит: 1) от качества глины; 2) от качества воды: (жесткая и засолоненная вода повышает водоотдачу); 3) от способа приготовления раствора (недостаточное размешивание глины приводит к повышению водоотдачи); 4) надлежащая химическая обработка раствора снижает водоотдачу.

Водоотдачу глинистого раствора определяют на приборе ВМ-6

Нормальной для глинистых растворов считается водоотдача не более 25 см3 за 30 мин. Для борьбы с прихватами и обвалами снижают водоотдачу посредством химической обработки до 5— 6 реже до 2—3 см3 за 30 мин. Растворы, имеющие водоотдачу свыше 25 см3 за 30 мин, могут создавать осложнения при бурении в пористых породах.

Статическое напряжение сдвигу и характеризует способность глинистых растворов удерживать во взвешенном состоянии частицы породы.

Так как связи между частицами глины в тиксотропном растворе устанавливаются постепенно, то величина и зависит от времени стояния раствора в покое. Вначале и быстро растет, а затем медленно повышается до определенного предела. Измеряется и в приборах, называемых пластометрами.

Статическое напряжение сдвига и характеризует способность глинистого раствора удерживать во взвешенном состоянии частицы шлама.

Выбор глины. Оценку пригодности глины лучше всего производить по качеству приготовленного из этой глины раствора. Из небольшого количества испытуемой глины приготовляют глинистый раствор с условной вязкостью i = 18—24 с. Производят измерение показателей свойств полученного глинистого раствора. Сравнивают результаты измерений с параметрами глинистого раствора для нормальных условий бурения и делают вывод о пригодности полученного раствора для целей бурения без его химической обработки.

Глинопорошки изготовляют на глинозаводах, транспортируют в бумажных мешках и применяют для приготовления глинистого раствора для ускорения распада глины на коллоидальные частицы. На заводе при изготовлении глинопорошков к ним могут быть добавлены химические реагенты, повышающие качество раствора.

5. Промывочные жидкости на водной основе

Вода в качестве промывочной жидкости может быть применена в районах, где геологический разрез сложен твердыми породами, не обваливающимися в скважину без глинизации ее стенки. В этих условиях промывка скважины водой становится наиболее выгодной из-за ее малой вязкости и относительно небольшой плотности. В результате уменьшаются гидравлические сопротивления в бурильной колонне, турбобуре, долоте и затрубном пространстве, улучшаются условия работы буровых насосов, повышается их подача и увеличивается мощность турбобура.

Однако как промывочная жидкость вода имеет два существенных недостатка. Во-первых, возникает опасность прихвата бурильной колонны, так как вода не способна удерживать во взвешенном состоянии обломки выбуренной породы при прекращении циркуляции. Во-вторых, могут быть обвалы пород со стенок скважины, так как вода не обеспечивает должного гидростатического давления. Кроме того, обвалы объясняются физико-химическим воздействием воды на породу, слагающую стенку скважины.

Следует отметить, что при разбуривании продуктивного нефтеносного пласта нельзя промывать скважину водой, так как интенсивная ее фильтрация в пласт затрудняет впоследствии вызов притока нефти из пласта в скважину после окончания ее бурения.

Глинистые растворы приготовляют из глины и воды. Однако для приготовления качественного раствора пригодна не всякая глина. Глина представляет собой смесь глинистых материалов, придающих ей пластичность, и твердых минералов (песка, карбонатов), усложняющих процесс приготовления качественного глинистого раствора. Наиболее распространенные глинистые минералы, входящие в состав глин: каолинит Al2O3 *2SiO2 *2pO, галлуизит Al2O3 *2SiO2 *3pO, монтмориллонит Al2O3 *4SiO2 *2pO.

При большом содержании твердых минералов (примесей) глины превращаются в мергели, глинистые пески и другие осадочные горные породы, обладающие незначительной пластичностью.

Во всех глинах присутствует химически связанная вода, образующая на поверхности глинистых частиц слой гидроксильных групп ОН, которые обладают большой полярностью. Химически связанная вода глинистых материалов удаляется только при прокаливании до температуры 500 — 700 °С. После этого вернуть глине пластические свойства нельзя.

Гидроксильные группы ОН создают вокруг частиц сильное поле притяжения. Под действием притяжения к поверхностям глинистых частиц притягиваются молекулы воды. Эта вода в отличие от химически связанной воды называется физически связанной. Физически связанная вода почти полностью удаляется при нагревании до 100— 150 °С. Однако при этом первоначальные пластические свойства глины почти не теряются.

Глинистые частицы имеют вид плоских чешуйчатых пластинок. Следовательно, площадь контакта при их соприкосновении намного больше, чем при сближении зерен песка, имеющих округлую форму. При смачивании глины водой молекулы воды проникают между пластинками глины и раздвигают их. Вследствие этого объем глины увеличивается за счет ее набухания, глинистые частицы удаляются друг от друга, силы притяжения между ними ослабевают и глинистый комочек распадается на мельчайшие частицы, покрытые водной оболочкой. Так происходит раздробление (диспергирование) глины в воде и образование глинистого раствора.

Таким образом, для получения глинистого раствора хорошего качества необходимо применять высокосортную глину и совершенные методы приготовления глинистого раствора. Качество глинистого раствора характеризуется многими параметрами: плотностью, вязкостью, водоотдачей, статическим напряжением сдвига и др.

Плотность — параметр, с помощью которого определяется гидростатическое давление, создаваемое столбом раствора в скважине на данной глубине.

В неосложненных условиях бурения плотность раствора поддерживается на уровне 1,18— 1,2 г/см3. При разбуривании горизонтов, предрасположенных к обвалам пород, плотность раствора увеличивают. Для утяжеления промывочной жидкости применяют минералы барит (плотность которого 4,5 г/ см3) и гематит (плотность 5,19 — 5,28 г/м3). При прохождении трещиноватых кавернозных пластов, наоборот, плотность промывочной жидкости уменьшают.

Вязкость — параметр, характеризующий свойство раствора оказывать сопротивление его движению.

При бурении в пористых, трещиноватых породах с небольшим пластовым давлением, поглощающих промывочную жидкость, высокая вязкость последней способствует закупорке пор и каналов в пласте. При бурении в пластах, содержащих газ, приходится уменьшать вязкость для лучшего про­хождения пузырьков газа через столб жидкости.

Водоотдача — способность раствора при определенных условиях отдавать воду пористым породам.

При бурении скважины глинистый раствор под влиянием перепада давления проникает в поры пластов и со временем закупоривает (глинизирует) их. Образовавшаяся на стенках скважины глинистая корка со временем препятствует проникновению в пласты даже очень мелких частиц глины, но не задерживает воду, отделяющуюся от глинистого раствора.

Если применять глинистый раствор низкого качества, то на стенках скважины образуется толстая, рыхлая и неплотная корка, через которую отфильтровывается вода в пласт. Это сужает ствол скважины, что может вызвать прилипание (прихват) бурильной колонны. Кроме того, проникновение отфильтрованной воды в породы может привести к их набуханию и обвалам. В связи с этим всегда стремятся максимально снизить водоотдачу глинистого раствора.

Статическое напряжение сдвига — усилие, которое требуется приложить, чтобы вывести раствор из состояния покоя. Этот параметр характеризует прочность структуры, образующейся в растворе и возрастающей с течением времени, прошедшего с момента перемешивания глинистого раствора. Определяют его 2 раза: 1) через 1 мин после интенсивного перемешивания; 2) через 10 мин после перемешивания. Статическое напряжение сдвига определяют приборами разного типа.

При нормальных условиях бурения рекомендуется поддерживать статическое напряжение не более 20 мг/см2. Глинистый раствор с большим статическим напряжением сдвига (до 200 мг/см2 и более) применяется для предупреждения поглощения глинистого раствора в пористые пласты.

Стабильность характеризует способность раствора сохранять плотность длительное время.

Для измерения стабильности раствор наливают в цилиндрический сосуд, имеющий отверстия в дне и в средней части. После его отстаивания в течение 24 ч определяют плотность раствора из проб, отобранных из верхней и нижней частей сосуда. Разница в значениях плотности раствора характеризует меру стабильности. Для неосложненных условий бурения стабильность должна быть не более 0,02.

Суточный отстой характеризует коллоидные свойства промывочной жидкости. Для его определения хорошо перемешанный раствор наливают в градуированный цилиндр объемом 100 см3 и оставляют в покое на сутки. Для высококачественного раствора значение суточного отстоя должно быть равно нулю.

Содержание песка — это количество в растворе частиц породы, не способных растворяться в воде. Определяют содержание песка по объему образовавшегося осадка (в растворе, выходящем из скважины, в начале желобной системы и из приемного мерника, т. е. в растворе, поступающем в скважину) в специальном отстойнике при нахождении в нем разжиженного глинистого раствора.

Степень очистки растворов от выбуренной породы на поверхности представляет собой разницу содержания песка в этих пробах (в %).

6. Глинистый раствор

Химическая обработка глинистого раствора

С целью улучшения качеств растворы обрабатываются химическими реагентами. Большинство этих реагентов по характеру их воздействия на растворы можно разделить на две группы: 1) понизители водоотдачи растворов; 2) регуляторы структурно-механических свойств растворов (вязкости, статического напряжения сдвига).

Реагенты-понизители водоотдачи: углещелочной реагент (УЩР), сульфит-спиртовая барда (ССБ), карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) и т. д.

Углещелочной реагент получают из бурого угля и каустической соды (NaOH). В результате реакции между этими веществами образуются натриевые соли гуминовых кислот — гуматы натрия, являющиеся вместе с избытками каустической соды основными активными веществами реагента.

Избыток каустической соды приводит к расщеплению (пептизации) глинистых частиц. Всегда содержащаяся в глинистом растворе физически связанная вода обволакивает вновь образовавшиеся частицы, что приводит к уменьшению водоотдачи. Одновременно с этим на поверхностях глинистых частиц адсорбируются гуматы натрия, вследствие чего происходит интенсивное утолщение гидратных оболочек. В результате этого способность к слипанию глинистых частиц резко падает, статическое напряжение сдвига уменьшается. Поэтому глинистые растворы, чрезмерно обработанные углещелочным реагентом, в связи с высокой дисперсностью глинистых частиц являются вязкими, но бесструктурными.

Таким образом, при обработке раствора углещелочным реагентом следует внимательно следить за показателями вязкости и статического напряжения сдвига. Уменьшение статического напряжения сдвига ниже 0,1 Па (10 мгс/см2) за 1 мин сигнализирует о необходимости прекращения химической обработки этим реагентом и принятия мер по улучшению свойств раствора. В этих целях вязкость уменьшается путем добавления воды, что приводит к росту водоотдачи, а восстановление структурно-механических свойств осуществляется введением в раствор высококачественного свежеприго­товленного глинистого раствора. Вторичная обработка раствора в целях снижения водоотдачи может быть начата после доведения статического напряжения сдвига до значений 0,2-0,3 Па (20-30 мгс/см2) за 1 мин.

Сульфит-спиртовая барда — отход целлюлозной промышленности. Содержащиеся в ней лигносульфоновые кислоты и их соли хорошо снижают водоотдачу глинистых растворов, подвергшихся воздействию минерализованных пластовых вод. Действие сульфит-спиртовой барды на глинистые растворы, не содержащие минерализованных вод, менее эффективно.

Карбоксиметилцеллюлоза предназначена для обработки сильно минерализованных глинистых растворов, однако с успехом применяется и для снижения водоотдачи глинистых растворов, не содержащих солей. Карбоксиметилцеллюлоза представляет собой натриевую соль целлюлозно-гликолевой кислоты и получается при переработке древесины. Чем больше степень минерализации раствора, тем больше следует добавлять реагента. Первичную обработку раствора обычно проводят 10%-ным, а вторичную — 3 — 4%-ным раствором реагента.

Карбоксиметилцеллюлоза — универсальный реагент, который активно улучшает почти все параметры глинистого раствора.

Реагенты-регуляторы структурно-механических свойств растворов: жидкое стекло, поваренная соль, гашеная известь и т. д.

Жидкое стекло позволяет изменять вязкость и статическое напряжение сдвига в довольно широких пределах. Если требуется незначительно увеличить статическое напряжение сдвига, то добавляют жидкого стекла не более 0,75 % от объема глинистого раствора. При добавлении к глинистому раствору 2,5 — 3 % жидкого стекла можно получить высоковязкий раствор с большим статическим напряжением сдвига, пригодный для борьбы с поглощениями промывочной жидкости.

Поваренная соль обеспечивает значительной повышение статического напряжения сдвига растворов, пересыщенных углещелочным реагентом.

Гашеная известь даже при небольших добавках (до 5 %) вызывает резкое повышение вязкости и водоотдачи.

Приготовление и очистка глинистого раствора

Процесс приготовления глинистого раствора зависит от применяемых материалов. Если используют комовые материалы, то их дробят до размеров частиц и создают условия для взаимодействия частиц глины с водой. Раствор приготовляют в механических или гидравлических мешалках на буровой или централизовано на глинозаводе.

В механических глиномешалках можно приготовить растворы из сырых глин или глинобрикетов. При использовании порошкообразных глин для приготовления глинистого раствора применяют гидравлическую мешалку. В России наиболее распространены гидравлические мешалки типа ГДМ-1.

Гидравлическая мешалка (рис. 6.1) состоит из воронки / для загрузки порошков, камеры смешения 4 с соплом 5, бака 2 и общей сварной рамы 3. В камере смешения через сопло подводится вода или раствор под давлением 2 — 3 МПа. В камере образуется вакуум, благодаря чему порошок из воронки засасывается в нее и смешивается с жидкостью. Образовавшаяся пульпа поступает в бак и ударяется о специальный башмак, в результате чего комки твердой фазы дополнительно измельчаются и перемешиваются с жидкостью. Поднимаясь вверх, суспензия теряет скорость, из нее выпадают на дно комки глины или утяжелителя. Готовая суспензия сливается через выходную трубу в верхней части бака.

Гидравлические мешалки аналогичной конструкции, но без смесительного бака применяются для приготовления цементных растворов при цементировании скважин. В частности, они являются составной частью цементно-смесительных машин.

Глинистый раствор подается к емкости бурового насоса и затем поступает в бурильную колонну. Проходя через отверстия долота, промывочная жидкость захватывает частицы разрушенной породы и поднимает их на поверхность. Для очистки глинистого раствора от обломков выбуренной породы и абразивных частиц широко используют механические способы (вибрационные и конвейерные сита) и гравитационные (осаждение в амбарах и при малой скорости течения — в желобах); для удаления наиболее мелких частиц применяют гидроциклоны.

Рисунок 6.1 — Гидравлическая мешалка эжекторного типа ГДМ-1

Вибрационное сито СВ-2 состоит из двух вибрирующих рам, наклоненных под углом 12 — 18° к горизонту и смонтированных на одной общей неподвижной раме, распределительного желоба и двух электродвигателей. Каждая вибрирующая рама имеет на концах два специальных барабана, на которые натягивается сетка, плотно прилегающая к промежуточным опорам. Сетка изготовляется из проволоки (нержавеющая сталь) диаметром 0,25 или 0,34 мм; на 1 см ее длины приходится соответственно 16 или 12 отверстий. На рамах установлены эксцентриковые валы, каждый из которых приво­дится во вращение от электродвигателя.

Вибрации сетки разрушают тиксотропную структуру раствора и таким образом уменьшают ее условную вязкость.

Процеживаясь через сетку и освободившись от обломков выбуренной породы, раствор направляется в сборное корыто, а оттуда через боковой лоток — в желоб циркуляционной системы или в емкость бурового насоса. Частицы выбуренной породы под действием вибраций сползают по наклонной поверхности сетки в отвал.

Эффективным очистным устройством глинистых растворов является гидроциклон. Гидроциклон (рис. 6.2) состоит из вертикального цилиндра 1 с тангенциальным подводным патрубком 5, конуса 3, сливной трубы 2 и регулировочного устройства с насадкой 4. Промывочный раствор под избыточным давлением 0,2 — 0,3 МПа по тангенциальному патрубку 5 поступает в цилиндр 1 и приобретает вращательное движение. Под действием центробежной силы более тяжелые частицы отбрасываются у периферии, а наиболее легкие концентрируются в центральных и средних участках гидроциклона. При высокой скорости вращения потока в гидроциклоне вдоль оси образуется воздушный столб, давление в котором ниже атмосферного. Осевая скорость на границе этого столба максимальна и направлена вверх, а на стенках гидроциклона осевая скорость направлена вниз.

Вследствие такого распределения осевых скоростей в гидроциклоне возникает поверхность, проходящая через точки с нулевой скоростью и отделяющая периферийную часть потока, в которой сконцентрированы наиболее тяжелые частицы твердой фазы и которая опускается по стенке гидроциклона вниз, от центральной, наиболее легкой части потока, движущейся вверх. Опускающиеся по спирали наиболее тяжелые частицы твердой фазы вместе с небольшим количеством жидкости удаляются через насадку 4 в отвал или отстойник. Основной же объем жидкости, содержащей наиболее легкие фракции твердой фазы, направляясь вверх вдоль воздушного столба, удаляется из гидроциклона через сливную трубу 2. Диаметр насадки 4 регулируют в зависимости от наибольшего размера частиц, которые должны быть удалены из промывочной жидкости.

Наиболее быстро изнашивающиеся детали (внутреннюю поверхность вводного патрубка, насадку и внутреннюю облицовку конуса) изготовляют сменными из резины.

Гидроциклоны рекомендуется использовать для очистки промывочной жидкости от мелких фракций твердых частиц, которые не могут быть удалены с помощью сит. В связи с этим промышленность изготовляет специальные ситогидрациклонные установки типа 4СГУ-2.

В состав такой установки входят вибрационное сито, батарея из четырех параллельно смонтированных гидроциклонов с наружным диаметром цилиндра 250 мм, шламового насоса и емкости.

Рисунок 6.2 — Гидроциклон

7. Промывочные жидкости на водной основе

Для разбуривания аргиллитов, сланцевых глин, соленос-ных пород с промывкой скважин жидкостью на водной основе под воздействием отфильтрованной из раствора воды, как правило, происходят осыпи, обвалы пород и растворение соленосных пород. В этих условиях желательно использовать неводные промывочные жидкости. Такие жидкости следует применять и при бурении в продуктивных пластах, так как нельзя допускать загрязнение коллекторов отфильтрованной водой.

Промывочные жидкости на неводной основе — сложная многокомпонентная система, в которой дисперсионной средой являются жидкие нефтепродукты, чаще всего дизельное топливо. Поэтому их называют растворами на углеводородной основе (РУО).

Наиболее распространены известково-битумные растворы (ИБР), в состав которых входят дизельное топливо, битум, окись кальция, поверхностно-активное вещество и небольшое количе­ство воды. Для повышения плотности ИБР, если это необходимо, в раствор добавляют барит, имеющий большую плотность.

Растворы на углеводородной основе даже при большом перепаде давлений являются практически не фильтрующими жидкую фазу. Выбуренные частицы породы, в том числе глинистые, в таких растворах не распускаются, а частицы соленос-ных пород не влияют на качество раствора. Они не ухудшают проницаемость коллекторов продуктивных горизонтов.

Однако растворы на углеводородной основе чувствительны к температуре и поэтому их рецептура должна подбираться с учетом ожидаемой температуры на забое скважины.

Бурение с промывкой скважины растворами на углеводородной основе заставляет особенно строго соблюдать все правила противопожарной безопасности, а в связи с загрязнением рабочих мест нефтью требования к мероприятиям по охране труда рабочих возрастают. При бурении с промывкой такими растворами ухудшаются условия проведения электрометрических работ в скважине. Растворы на углеводородной основе значительно дороже глинистых.

8. Продувка скважин воздухом

Сущность продувки скважин воздухом заключается в том, что для очистки забоя, выноса выбуренной породы на дневную поверхность, охлаждения долота вместо промывочной жидкости в скважину нагнетают газообразные агенты: сжатый воздух, естественный газ и выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания.

Вынос выбуренной породы при продувке скважин воздухом осуществляется следующим образом. От компрессора сжатый воздух или газ по нагнетательному трубопроводу подается через буровой шланг и вертлюг в бурильную колонну и далее через отверстия в долоте на забой скважины. Поток воздуха или газа подхватывает кусочки выбуренной породы с забоя и по затрубному пространству поднимается к устью скважины. Затем смесь воздуха или газа с выбуренной породой направляется в выкидную линию, на конце которой установлен шламоуловитель. Устье скважины герметизируют специальным устройством для защиты людей и оборудования от выносимой из скважины пыли. Применение продувки скважины воздухом или газом по сравнению с промывкой жидкостью имеет ряд преимуществ.

1. Увеличиваются механическая скорость бурения и проходка на долото за счет лучшей очистки забоя скважины от выбуренной породы, отсутствия гидростатического давления столба жидкости и улучшения условий охлаждения долота;

2. Улучшаются условия бурения скважины в трещиноватых и кавернозных породах, в которые при промывке скважины поглощают промывочную жидкость, вызывая частичную или полную потерю циркуляции;

3. Облегчаются условия бурения скважины в безводных районах;

4. Обеспечивается лучшая сохранность продуктивного горизонта (особенно с низким пластовым давлением), так как в данном случае нет отрицательного воздействия промывочной жидкости на поры пласта;

5. Создаются условия для правильной оценки геологами поднимаемого керна и выносимых частиц породы в связи с отсутствием загрязненности породы промывочной жидкостью;

Однако продувку скважин воздухом можно применять не в любых геологических условиях, что ограничивает возможность использования этого метода очистки забоя скважины.

Наибольшие затруднения возникают при продувке скважины в процессе бурения в водоносных горизонтах со значительными водопритоками, когда в связи с увеличением гидростатического давления столба жидкости ухудшаются условия работы компрессоров. Большими трудностями сопровождается также разбуривание вязких пород (типа глин), способных налипать на стенку скважины и образовывать сальники на бурильной колонне.

При наличии водопритоков и при прохождении обваливающихся и сыпучих пород применяют промывку забоя аэрированными глинистыми растворами (в поток воздуха добавляют воду). Такой способ очистки скважины позволяет довольно легко устанавливать необходимое противодавление на проходимые пласты в целях избежания интенсивного притока воды в скважину и обвалов пород.

Если в проходимых породах содержатся горючие газы, то во избежание взрывов и пожаров целесообразно применять продувку природным газом. Если в скважину возможно поступление метана или другого горючего газа, помимо природного используют выхлопные газы от двигателей внутреннего сгорания. Следует учитывать, что выхлопные газы перед подачей в компрессоры необходимо пропускать через холодильники и влагоотделители, а перед нагнетанием в скважину в них следует добавлять ингибиторы для защиты бурильных труб от коррозии.

Список литературы

1. В.И. Кудинов., Основы нефтегазопромыслового дела, М-И., 2008

2. К.Ф. Паус Буровые растворы.- М Недра, 1973- 304 с.

3. Советов Г.А. Основы бурения и горного дела / Г.А. Советов, Н.И. Жабин. — М.: Недра, 1991. — 368 с.

4. www.neftandgaz.ru

5. www.Buroviki.ru

6. Волков С.А., Сулакшин С.С., Андреев М.М., Буровое дело, М., 1965;

7. Вадецкий Ю.В., Бурение нефтяных и газовых скважин, М., 1967;

Размещено на stud.wiki

stud.wiki

Зачем промывать скважину после бурения?

После окончания процесса бурения скважина нуждается в промывке, для того чтобы извлекаемая вода соответствовала санитарно-гигиеническим требованиям.

Дело в том, что загрязнения, которые делают воду непригодной для использования, в большом количестве попадают в устье во время разработки. Также сверху во время бурения может попасть мусор, мелкие насекомые и прочее.

Если пренебречь промывкой и сразу установить фильтры, то они быстро засорятся и придут в негодность, а на дне сформируется иловая прослойка, которая станет источником неприятного вкуса и запаха.

Кроме этого в илистой прослойке очень хорошо размножаются патогенные микроорганизмы, а значит, употреблять воду из такой скважины будет опасно для здоровья.

Илистая прослойка со временем станет увеличиваться и полностью перекроет доступ к водоносному слою. Эксплуатация скважины станет невозможной. Этих проблем можно легко избежать и продлить жизнь вашему источнику, если сразу после бурения осуществить её промывку.

Причины, по которым необходимо провести промывку скважины:

• улучшение качества добываемой воды;
• продление срока службы насосного оборудования, фильтров;
• повышение продуктивности скважины;
• увеличение эксплуатационного срока, открытый доступ к водоносному слою.

Промывка скважины перед вводом в эксплуатацию может быть выполнена своими руками, без привлечения специалистов.

Это не очень сложный процесс, если знать технологию и особенности его реализации.

Лучшие способы промывки скважин

Всего существует четыре способа промывки скважины после окончания бурения. Каждый способ осуществляется с применением различного оборудования и приспособлений.

Выбор того или иного способа зависит от множества факторов: глубины скважины, типа грунта, степени загрязнения, характера загрязнений, материалов, из которого выполнены скважинные колонны.

Четыре способа промывки скважины:

• с использованием насоса;
• с применением двух насосов;
• при помощи продувки эрлифтом;
• ручным способ с использованием желонки.

Промывка ручным способом — трудозатратный и малоэффективный метод, который можно применять при наличии небольшого заиления неглубокой скважины, расположенной на глинистых и суглинистых стабильных грунтах.

Продувка воздухом требует применения специального промышленного оборудования – высокомощного компрессора.

Мало у кого из частных владельцев есть возможность использовать такое оборудование. Поэтому оптимальным способом прочистки скважины перед запуском её в эксплуатацию можно считать промывку при помощи насосов.

Относительно технологии промывки выделяют два способа:

• прямой;
• обратный.

Прямая промывка — способ, при котором вода подаётся внутрь с помощью промывочного шланга, в результате чего загрязнения выходят через отверстие скважины.

Прямая промывка применяется для удаления тяжёлых осадочных загрязнений, остающихся после буровых работ.

Обратная промывка — способ, при котором вода поступает в затрубное пространство, при этом восходящий поток вместе с загрязнениями выводится наружу через трубу. Такой метод промывки эффективен при очистке от песка и нетвёрдых илистых отложений.

Иногда для промывки скважин применяются химические реагенты, это целесообразно делать при наличии железосодержащих примесей. Стоимость таких реагентов достаточно высокая, поэтому в большинстве случаев для прочистки скважины используют обычную техническую воду.

Способ #1. Промывка скважины одним насосом

Это самый простой способ промывки, для реализации которого вам понадобиться:

• погружной насос;
• нагнетательный шланг;
• трос.

Промывка скважины в этом случае осуществляется за счёт выкачиваемой воды, которая будет уносить с собой загрязнения. Длительность такой прокачки может составлять от 12 часов до нескольких дней в зависимости от степени загрязнения. Прекращать прочистку можно тогда, когда извлекаемая из скважины вода не станет чистой.

Выбор погружного насоса

Промывка скважины будет эффективной только в том случае, если правильно подобрать погружной насос.

Требования, предъявляемые к насосу:

• оптимальная мощность;
• невысокая цена.

При промывке скважины после бурения насос испытывает большие нагрузки, перекачивая кубометры загрязнённой воды. Поэтому вероятность выхода насоса из строя очень большая.

Другими словами, для промывки скважины рекомендуется использовать такой насос, который «не жалко». Это может быть совсем дешёвая модель или старый, отработавший своё время насос, который давно требует замены.

Самым оптимальным вариантом будет применение вибрационного погружного насоса. Часто для работы используют доступные по цене агрегаты: «Малыш» или «Ручеек».

Такие насосы менее чувствительны к илистым частицам и песку, в отличие от центробежных насосов.

Принцип промывки вибрационным насосом заключаются в следующем: после подключения прибора к электропитанию внутри его корпуса образуется магнитное поле, которое постоянно то усиливается, то ослабевает.

Создаваемые возвратно-поступательные движения (вибрация) приводят к смене давления, за счёт которого и осуществляется перекачка воды.

К достоинствам погружных вибрационных насосов можно отнести:

• низкую стоимость;
• простоту применения;
• отсутствие нагревания при эксплуатации.

Недостатки насосов такого типа:

• не могут стабильно работать при «прыгающем» напряжении в электросети;
• малая мощность в сравнении с центробежными насосами.

Безусловно, применение более мощного центробежного или шнекового насоса позволит произвести прочистку скважины намного быстрее.

Однако стоимость даже самых простых погружных насосов этих типов в несколько раз выше, чем у вибрационного. А учитывая, что с большой долей вероятности насос будет в будущем непригоден для эксплуатации скважины, то самым приемлемым вариантом станет использование именно вибрационного погружного оборудования.

Рекомендации по выбору насоса для чистки колодцев приведены в этой статье.

Технология производства работ

Пошаговая инструкция по промывке скважины после бурения выглядит следующим образом:

1. Погружной насос надёжно привязывается к тросу для предотвращения его засасывания в ил. Использовать верёвку или шнур, идущий в комплекте, не рекомендуется, т.к. их прочности не всегда хватает, чтобы вытянуть насос из иловой «ловушки».
2. Насос опускается на самое дно скважины и поднимается несколько раз подряд. Это делается для взбалтывания осадка на дне.
3. На определённой высоте насос подвешивается и подключается к электросети. Место расположения насоса определяется выше дна источника на 60-80 см. Ни в коем случае нельзя опускать работающий насос на самое дно!
4. Насос осуществляет прокачку скважины до тех пор, пока вода не станет чистой.

Учтите, что в некоторых случаях вода из скважины будет выбрасываться под большим давлением, поэтому необходимо принять меры для защиты окружающего ландшафта от выбросов грязи.

Чтобы насос меньше изнашивался, необходимо периодически извлекать его на поверхность и промывать чистой водой. Периодичность промывки — каждые 5-6 часов.

Достоинства метода промывки скважины одним насосом: простота и высокая эффективность. Этот способ задействуют и для прокачки скважины, вводимой в эксплуатацию или уже используемого источника водозабора.

К недостаткам данного способа можно отнести то, что в большинстве случаев требуется длительное время на промывку, а также существует риск поломки насосного оборудования. Такой метод целесообразно применять на песчаных и супесчаных грунтах.

Для повышения качества и скорости промывки можно использовать более высокопроизводительный погружной насос центробежного типа.

Также отлично справляются с промывкой неглубоких выработок фекальные и дренажные насосы, пропуская через себя при прокачке частицы с фракциями до 30-40 мм.

Способ #2. Использование двух насосов

В этом случае промывка осуществляется при помощи воды, нагнетаемой в скважину первым насосом, где она «собирает» загрязнения и при помощи второго насоса поднимает их на поверхность в резервуар с водой.

В резервуаре установлен фильтр, который очищает поступившую жидкость от взвешенных частиц и возвращает её обратно в скважину за новой порцией загрязнений.

Для промывки скважины таким способом вам потребуется:

• резервуар с водой объёмом не менее 200 л;
• погружной вибрационный насос (насос № 1);
• центробежный насос (насос № 2);
• ведро с просверленными отверстиями для установки насоса;
• два шланга;
• прочный трос.

При реализации этого метода погружной насос испытывает меньшую нагрузку, а значит, уменьшается риск его выхода из строя. Этот способ целесообразно применять в том случае, когда планируется дальнейшая эксплуатация погружного насоса, а также при ограниченном количестве чистой (годной для промывки) воды.

Промывка с использованием двух насосов осуществляется следующим образом:

1. Погружной насос № 1 опускается в скважину при помощи троса и подвешивается в 50-60 см от иловых отложений.
2. В резервуар с водой опускается нагнетательный шланг, второй шланг опускается из резервуара в скважину.
3. В ведро устанавливается центробежный насос № 2 и погружается в резервуар.
4. Оба насоса включаются, при этом шланг, находящийся в скважине необходимо покачивать в разные стороны для максимального размывания отложений.
5. Промывка длиться до тех пор, пока вода, вымываемая из скважины, не станет чистой.

При промывке стоит ориентироваться на более мощный насос, его следует периодически останавливать, для поддержания оптимального уровня воды в резервуаре.

Достоинства способа промывки с применением двух насосов:

• более быстрая и качественная промывка;
• меньшая нагрузка на погружной насос;
• территория вокруг скважины не подвергается загрязнению;
• не требуется большого количества воды.

Главным недостатком этого метода является необходимость постоянно присутствовать при промывке, чтобы контролировать слаженность работы обоих насосов, время от времени отключая более мощный.

Длительность чистки скважины после бурения данным способом составляет от 6 часов до 48 часов.

Способ #2. Промывка скважины эрлифтом

Эрлифт — это специальный прибор, который выдаёт мощную струю сжатого воздуха, поднимающий со дна скважины воду вместе с песком, мусором и илистыми отложениями. Для промывки скважины эрлифтом внутри неё должен быть установлен фильтр, через который производится очистка от взвешенных частиц.

Оборудование, необходимое для промывки скважины после бурения методом эрлифта:

• воздушный компрессор (нагнетатель воздуха);
• запас технической воды 100-200 л;
• металлическая труба;
• шланг для подачи воздуха.

Труба берётся на всю глубину скважины, а диаметр её должен быть на 10-15 см меньше диаметра обсадки. Узкая труба не подойдёт, т.к. не обеспечит эффективной прочистки.

Верхняя часть трубы должна иметь отвод для отведения загрязнений. Для того, чтобы грязь не забрызгала прилегающую к скважине территорию на конец трубы необходимо надеть плотный полиэтиленовый рукав или часть прорезиненного пожарного шланга.

Принцип работы эрлифта заключается в том, что объём воздуха закачивается через трубу внутрь скважины, а затем выталкивается оттуда под действием напора воды, вымывая все загрязнения.

Порядок промывки скважины после бурения с использование эрлифта:

1. В скважину помещается металлическая труба требуемого диаметра. Труба максимально погружается в иловые отложения.
2. На верхний конец трубы монтируется отвод и отводящий шланг, для предотвращения разбрызгивания грязи.
3. Включается компрессор и сжатый воздух поступает в скважину под давлением.
4. Пузырьки воздуха, находясь в трубе, приводят в движение воду и иловую массу на дне, создавая её циркуляцию.
5. Под воздействием сжатого воздуха вода вместе с загрязнениями вылетает наверх в отвод и удаляется через отводящий шланг.

Промывка считается оконченной, когда из отводящего шланга перестанут поступать частички ила, песка и мусора. Этот метод достаточно эффективный и не требует использования насосного оборудования.

При выполнении прочистки эрлифтом, необходимо учесть, что слишком сильное давление воздуха может негативно отразиться на целостности скважинных стенок.

Также стоит учесть, что такой способ достаточно энергозатратен — компрессорный аппарат потребляет много электроэнергии, а длительность промывки может составлять до 24 часов.

К достоинствам этого способа можно отнести: небольшую длительность процесса промывки, не портиться насосное оборудование, не загрязняется территория вокруг скважины, при этом качество промывки — высокое.

Частые ошибки при промывке скважины

Неопытные владельцы скважины нередко допускают ошибки, игнорируя промывку скважины после завершения буровых работ. В результате вода в выработке остаётся неочищенной, что делает её применение ограниченным.

Ошибка №1. Одной самых распространённых ошибок при промывке скважины с помощью насоса является его неправильная высота подвешивания.

Нельзя допускать, чтобы насос касался дна, в таком случае прочистка не будет эффективной: насос не сможет захватывать илистые частицы под своим корпусом. В итоге ил на дне скважины останется, перекрывая доступ к водоносному слою и ухудшая качество воды.

Кроме этого, слишком низкое положение насоса может привести к тому, что оборудование «зароется» в ил и достать его оттуда будет проблематично. Также бывает, что насос застревает в стволе скважины.

Этого можно избежать, если для погружения применять тонкий, но прочный трос, а при вытягивании насоса обратно не делать резких движений, а плавно раскачивая трос поднимать насос из скважины.

Ошибка №2. Неправильно организованное водоотведение. Загрязнённая вода, поступающая из скважины должна отводиться как можно дальше от устья.

Иначе есть риск, что она снова попадёт в источник, что приведёт к увеличению срока промывки, а значит и дополнительным финансовым затратам. Для организации водоотведения лучше всего использовать прочные пожарные шланги.

Важно промыть скважину до поступления из неё чистой воды. Ввод непромытой скважины в эксплуатацию запрещается! Это приведёт к порче насосного оборудования и проблемам эксплуатации скважины в будущем.

Выводы и полезное видео по теме

Промывка скважины при помощи насоса:

Как выглядит процесс промывки скважины одним насосом и почему необходимо позаботиться об организации водоотведения:

Как видите, промывка скважины после завершения буровых работ — необходимое мероприятие, без которого нельзя обойтись, если вы хотите получать чистую воду.

Осуществить промывку можно несколькими способами: одним или двумя насосами или эрлифтом. Ручной способ очистки при помощи желонки для первичной промывки использовать нецелесообразно ввиду его низкой эффективности.

Есть, что дополнить, или возникли вопросы по теме? Поделитесь с читателями вашим опытом промывки скважины, оставляете, пожалуйста, комментарии к публикации.  Форма для связи находится в нижнем блоке.

sovet-ingenera.com