Бурение скважин на воду | Технология | Оборудование | Цены | Фото и видео | Техническая литература
    
   




 

Техническая литература:

Колодцы

Схема гидрогеологических областей и районов СССР

Словарь по гидрогеологии А-Г

Словарь по гидрогеологии Д-О

Словарь по гидрогеологии П-Я



Справочник по бурению скважин на воду

Станок для бурения БУР-50:
Бурение скважин

 

ВСКРЫТИЕ И ОСВОЕНИЕ ВОДОНОСНЫХ ПЛАСТОВ

Оглавление книги - Бурение скважин на воду

Г лава VI
ВСКРЫТИЕ И ОСВОЕНИЕ ВОДОНОСНЫХ ПЛАСТОВ

СПОСОБЫ ВСКРЫТИЯ ПЛАСТА
Современные способы вскрытия пласта характеризуются двумя основными факторами: разрушением горной породы и удалением продуктов разрушения. Наиболее распространенный способ бурения — вращательный с промывкой. В качестве промывочной жидкости используют различные растворы, причем наилучшей промывочной жидкостью считается та, которая не снижает проницаемости призабойной зоны или минимально искажает фильтрационные свойства пласта и требует недлительных и несложных работ по его освоению.
Вращательный способ бурения с удалением продуктов разрушения горных пород глинистым раствором характеризуется, как это было показано ранее, интенсивным изменением фильтрационных свойств пласта. Плотность раствора подбирают и регулируют таким образом, чтобы, с одной стороны, не происходил приток пластовых вод в скважину, а с другой — чтобы в пласте не появились трещины (или развились имеющиеся), что может привести к катастрофическому поглощению раствора и гидравлическому разрыву пласта. Таким образом, зная величину пластового давления Рпл и давление гидроразрыва пласта Ргр, можно записать:
юн < 1 < юн ' 'ь>
где у — плотность раствора, г/см3; Н — глубина залегания пласта; а и р — коэффициенты запаса; при #1200 м а= = 1,15-г-1,20, приЯ 1200 м «=1,054-1,1; р=1,2—2,3.
Перепад давления на пласт АР должен быть больше потерь давления в затрубном пространстве и в призабойной зоне.
Принципиальное преимущество способов вскрытия, у которых продукты разрушения пород удаляют с помощью воды или воздуха, состоит в том, что процесс кольматации водонасыщенной породы практически отсутствует.
Бурение с продувкой воздухом не получило пока широкого промышленного применения из-за технологических особенностей этого способа бурения (необходимость разделения водоносных пластов, трудности борьбы с водопритоками при бурении, образование сальников из породы на буровом снаряде, трудности вскрытия песчаных водонасыщенных пластов на глубину более 10 м и т. д.). В устойчивых трещиноватых породах вскрытие пласта рекомендуется проводить водой. Но и в этом случае происходит засорение трещин частицами бурового шлама, хотя для практических расчетов можно считать 0. При наличии в разрезе пропластков глины или глинистых сланцев вода обогащается глинистым материалом, что также вредно сказывается на проницаемости пласта.
Вращательное бурение с промывкой водой с успехом используется в рыхлых неустойчивых породах (см. 5).
Применение ПАВ для аэрации раствора в практике бурения скважин на воду впервые было осуществлено в 1966 г. (Башкатов, Олоновский, Дрягалин, 1969). С введением этих веществ в раствор снижается поверхностное натяжение на границе двух сред, а главное, уменьшается плотность промывочного раствора на 40—50%, что снижает противодавление раствора на пласт и его кольматацию. Наличие в аэрированном растворе мелких пузырьков воздуха приводит к закупорке последними поровых каналов, т. е. к созданию на стенках скважины как бы воздушной рубашки, что снижает противодавление раствора на пласт и уменьшает его кольматацию.
Гидростатическое давление столба аэрированной жидкости определяют по скорректированному уравнению Стронга (Филатов, Кошко, 1975):
0ЛЩ- р=_51_1п(Р + 1), (76)
где Н — глубина скважины, м;
у — плотность негазированного раствора, г/ом3; Р — гидростатическое давление столба газированного раствора, МПа; X — содержание газа в единице объема раствора на поверхности, %. Среднее снижение плотности аэрированного раствора определяют по следующей формуле (Филатов, Кошко, 1975):
ДТ= -1п(Р+1)- (77) где (2в к С}р — соответственно объемный расход воздуха в нормальных условиях и в растворе, м3/мин.
При вскрытии слабонапорных пластов для предотвращения интенсивного поглощения раствора величину его плотности регулируют таким образом, чтобы перепад давления раствора на пласт не превышал 0,015—0,02 МПа. В этих условиях следует избегать гидродинамических давлений, возникающих при проработке ствола, быстром спуске колонн и др.
Свердловским горным институтом разработан смеситель эжекторного типа, который включается в нагнетательную линию. Регулировка подачи воздуха осуществляется краном, а также сменными насадками и втулками. Наиболее надежно смеситель работает на легких и качественных растворах: у= 1,08-7-1,10 г/см3, Т=20— 25 с, В 30 см3 за 30 минут, содержание песка около 4%. Смеситель применяют с предварительной обработкой раствора ПАВ и без нее.
Применение малоглинистых растворов основано на действии реагента КМЦ (1—2%), снижающего плотность раствора (0,9—1,05 г/см3) и содержание глины в нем до 4%.
По данным Т. П. Ставиновой, малоглинистые растворы увеличивают удельные дебиты в Ивановской геологоразведочной экспедиции в среднем на 20%, время на разглинизанию при этом снизилось с 2 до 0,25 ст/смен. Расход промывочной жидкости сократился с 0,5 до 0,014 м3 на 1 м проходки. При бурении скважин на нефть и на газ получили широкое распространение специальные промывочные растворы на карбонатной основе (Ятров, 1968). Для бурения используют раствор следующего состава: мел молотый—-25% объема раствора; углещелочной реагент — 10%; жидкое стекло — 4% и поверхностно-активные вещества — 0,5% объема раствора.
Последние три компонента применяют для получения необходимых параметров раствора — стабильности и водоотдачи.
Используются также и глино-меловые растворы следующего состава: мел молотый—• 15% объема раствора; глинопорошок бентонитовый — 5% и сода кальцинированная — 0,2% объема раствора.
Преимущество этих растворов состоит в том, что образуемая на стенках скважины корка легко разрушается при кислотной обработке. Вместе с этим наличие жидкого стекла и глинопорошка в растворах способствует их проникновению в глубь пласта, а следовательно, и его кольматации. Поэтому в таких случаях необходимы весьма дорогостоящие и сложные работы по кислотной обработке пласта под давлением.
При каптаже неглубоко залегающих водоносных горизонтов, представленных рыхлыми породами, можно применять способы завинчивания фильтров, их задавливания и ударного погружения (Башкатов, Олоновский, Дрягалин, 1969).
Способы вскрытия пластов с призабойной циркуляцией промывочной жидкости имеют то преимущество, что позволяют снизить противодавление на пласт (Сулакшин, 1973). Их применение в определенных гидрогеологических условиях будет перспективно.
Пласт вскрывают не только глинистым или аэрированным раствором, но и специальными растворами, которые самопроизвольно распадаются через определенное время.
Вращательный способ разрушения пород может использоваться в сочетании с ударным воздействием. Такую схему применяют в пневмоударниках и гидроударниках. В качестве агента по удалению продуктов разрушения горных пород с забоя могут быть вода, воздух и раствор.
Если скважина вскрыла пласт с низкими фильтрационными свойствами, то для получения более высоких дебитов применяют схему расширения призабойной зоны.
Для этой цели используют расширители механического типа. На рисунке 51 представлен такой расширитель конструкции Промбурвода. Расширители механического типа расширяют стенки скважины своими органами либо под воздействием перепада промывочной жидкости (конструкции Промбурвода), либо под действием осевой нагрузки с опорой расширителя на забой (конструкции Союзшахтоосушения). Первая схема имеет то преимущество, что позволяет проводить последовательное расширение нескольких пластов за один рейс.
Известны и получили распространение расширители, основанные на гидромониторном воздействии струи воды. Для этого применяют насадки, опускаемые на трубах в зону пласта. Эффект гидродинамического воздействия затопленной струи на породу при этом резко снижается на расстоянии более (8—Ъ)йп, где йи — диаметр насадки. При такой схеме, очевидно, нельзя ожидать глубокого вскрытия пласта.
Оригинальна и проста схема расширения, основанная на применении эксцентричного долота Промбурвода. Эффект разрушения стенок скважины при вращении этого долота в скважине усиливается под действием реактивной силы струи воды, истекающей из отверстия в направлении, противоположном расширению.
Расширение призабойной зоны позволяет не только удалить закольматированную породу, но и увеличить площадь фильтрации воды в скважину. Процесс расширения эффективен лишь при использовании в качестве промывочного агента воды. Необходимым условием является устойчивость стенок скважины, поэтому в рыхлых водовмещающих породах перепад столба промывочной жидкости на пласт должен быть не менее 1,5—3,0 м. После расширения призабойной зоны в рыхлых породах скважину оборудуют гравийно-обсып-ным фильтром.
Широко распространенный в довоенные годы способ ударного бурения не требует применения глинистого раствора. Однако и при этом способе уплотняются горные породы из-за работы ударных инструментов, что приводит к снижению проницаемости пласта.
До последнего времени считалось, что скважины ударного бурения по получаемым дебитам являются эталоном. Исследования, проведенные в рыхлых водовмещающих песках, показали, что безразмерный коэффициент сопротивления по характеру вскрытия пласта для скважин ударного бурения = 12,3-т-25,3.
Ударный способ может проводиться по классической технологии, когда осуществляется одновременная или последующая посадка труб. В устойчивых породах обсадные трубы не применяют.
Ударным способом можно забивать фильтры в рыхлые породы на небольшую глубину
При ударном бурении водоприемную часть оборудуют с одновременной или последующей посадкой труб
Гидравлический способ разрушения и удаления горных пород широко используется для сооружения бесфильтровых скважин, а также для посадки фильтров расходкой (размывом). Этот способ позволяет удалить из призабойной зоны мелкие фракции песка, а это обеспечивает более высокую пористость пород в при-фильтровой зоне И 0.
Посадку фильтров размывом применяют в рыхлых водовмещающих породах при глубинах до 100—150 м. Вскрытие пласта осуществляют снарядом специальной конструкции (рис. 52). Снаряд состоит из сетчатого или проволочного фильтра и гидромониторной насадки с обратным клапаном. Бурильные трубы крепятся к насадке левой резьбой. Под кожухом устанавливают самоуплотняющийся сальник, выполненный в виде брезентового рукава, закрепленного на трубе в верхней части. В нижней части сальника имеется плоская пружина, прижимающая сальник к внутренней поверхности обсадных труб.
Другая конструкция сальника (Башкатов, Оло-новский, Дрягалин, 1969)
предусматривает его отлив в специальной форме При откачке воды поток прижимает резиновую манжету к обсадной трубе и герметизирует межтрубное пространство Свободный спуск снаряда внутри обсадных труб и вынос песка при посадке снаряда в пласт возможны за счет применения кожуха, в котором помещается сальник После окончания посадки снаряда на проектную глубину промывку прекращают и через 15—20 минут левым вращением вывинчивают бурильные трубы из гидронасадки и извлекают их из скважины Сальник при этом автоматически срабатывает.
Некоторая разновидность этого способа — посадка фильтра в пласт, когда в нижней части фильтра устанавливаются лопасти для расширения ствола скважины (Башкатов, Олоновский, Дрягалин, 1969), что позволяет разрушить зону кольматации.
Посадка фильтра с одновременной откачкой эрлифтом относится к тем способам, которые не основаны на применении глинистого раствора как агента для удаления продуктов разрушения горных пород
Сущность этого способа заключается в том, что фильтр спускают в скважину с открытым нижним концом, внутрь фильтровой колонны опускают колонну воздушных труб (рис 53) Проведение откачки позволяет удалять водонасыщенный песок из-под фильтра, что способствует погружению фильтра в пласт Данный способ применяют для посадки фильтров в рыхлые водонасыщенные пески.
На первом этапе посадки фильтра, когда водопритоки малы, в фильтровую колонну по специальным трубам подают воду, иначе в фильтровой колонне образуются песчаные пробки, препятствующие удалению водонасы-щенного песка и погружению фильтра
После установки фильтра в его нижнюю часть засыпают гравий, чтобы исключить пескование скважины.
Закачка воды или раствора под высоким напором в пласт может вызвать образование трещин, т. е. гидравлический разрыв пласта; в этом случае значительно увеличивается дренирующая способность скважины. Чтобы трещины не сомкнулись после снятия противодавления на пласт, в них закачивается гранулированный материал. Растворы, применяемые для этой цели, могут быть обработаны поверхностно-активными веществами (Ами-ян, Уголев, 1970).
Физические и химические способы разрушения горных пород (взрывной, электроимпульсный, ультразвуковой и др.) пока не могут соперничать с механическими и поэтому не получили практического применения.
Все способы вскрытия пласта различаются тем, устанавливается ли фильтр в зоне пласта.
Таким образом, оценка способов вскрытия пласта показывает, что наиболее эффективными будут те, которые не требуют длительных и сложных работ по освоению пласта и обеспечивают минимальное снижение проницаемости призабойной зоны.