Файл: Реферат Дисциплина Предупреждение и ликвидация осложнений и аварий при строительстве скважин Тема реферата Методы и устройства для исследования поглощающих пластов в разрезе бурения скважины.docx

---

4.2. Бурение скважин с промывкой аэрированными буровыми растворами.

Комплекс мероприятий по предупреждению поглощений буровых растворов при проводке скважин включает в себя все, что дает возможность снизить противодавление на пласты с таким расчетом, чтобы оно не превышало пластовых давлений. Если геологические условия позволяют бурить скважину при гидростатическом давлении, равном пластовому, то проблема поглощений не возникает.

Бурение с промывкой аэрированными буровыми растворами является одним из радикальных мероприятий в комплексе мер и способов, предназначенных для предупреждения поглощений при бурении глубоких скважин.

Аэрация бурового раствора снижает гидростатическое давление, способствуя возвращению его в достаточном количестве на поверхность и нормальной очистке ствола скважины, а также отбору представительных проб проходимых пород и пластовых флюидов.

Технико-экономические показатели при бурении скважин с промывкой забоя аэрированным раствором выше по сравнению с показателями, когда в качестве бурового раствора используется вода или другие промывочные жидкости. Значительно улучшается также качество вскрытия продуктивных пластов, особенно на месторождениях, где эти пласты имеют аномально низкие давления.

При бурении скважин с применением аэрированного раствора большое значение имеет определение оптимального соотношения фаз - степени аэрации (отношение расходов воздуха к раствору при атмосферном давлении) газожидкостного потока обеспечивающего заданное снижение давления на поглощающие пласты и достаточную подъемную силу для выноса твердых частиц выбуренного шлама из скважины.

Существуют методики, по которым может быть определена подъемная сила газожидкостного потока для обеспечения удовлетворительного выноса частиц шлама. При оптимальном расходе газа скорость подъема жидкой фазы должна быть не менее 0,3 м/с, что обычно соответствует фактическим данным при бурении скважин с промывкой забоя аэрированными жидкостями.

Аэрация жидкости позволяет сравнительно быстро и в широких пределах регулировать ее плотность (от 0,1 до 1,0 г/см³ и более) и тем самым снижать или увеличивать давление на забой и стенки скважины. Этим обеспечивается возможность бурения в условиях гидродинамического равновесия в системе скважина – поглощающие пласты и получения высокой эффективности прохождения зон поглощения любой интенсивности. Увеличение выносной способности восходящего потока аэрированной жидкости при низких расходах жидкой фазы смеси и улучшения очистки забоя достигается обработкой жидкости ПАВ.

---

Бурение с промывкой забоя аэрированными буровыми растворами или аэрированной водой нашло применение в тех случаях, когда геологические условия весьма благоприятны: бурение не связано с риском выбросов, обвалов или других осложнений.

Эффективность бурения с продувкой аэрированными жидкостями зависит от параметров компрессора, компоновки бурильной колонны и схемы обвязки бурового оборудования. При выборе вида газообразного агента необходимо учитывать не только экономическую сторону, но и обеспечение безопасных условий работ.

В качестве газообразных агентов используются газоимпульсные смеси.

Основные их разновидности:

• 
  аэрированные жидкости – системы, в которой дисперсионной средой является жидкость, а воздух или газ образуют дисперсную фазу, плотность аэрированной жидкости составляет 50-100 кг/м³;
  
• 
  пена – дисперсная система, состоящая из ячеек пузырьков воздуха (дисперсная среда), разделенная пленками жидкости, являющейся непрерывной дисперсионной средой. Жидкие пленки образуют пленочный каркас, служащий основой пен. Плотность пен составляет 50-100 кг/м³. Аэрированные жидкости и пены применяют при бурении поглощающих горизонтов с интенсивностью поглощения 5-10 м³/час.
  
• 
  аэрозоли (туманы) - аэродисперсные системы, в которых дисперсной средой является воздух или газ, а дисперсной фазой - жидкость в виде мельчайших капелек. Плотность аэрозолей составляет 5-50 кг/м³ .
  

Принятие решения о целесообразности применения аэрированных промывочных жидкостей во многом обусловлено объемом имеющейся информации о гидрогеологии района. Предварительное подробное изучение гидрогеологических условий в районе работ позволяет получить необходимый исходный материал для первичных прикидок и избежать ненужных потерь средств и времени.

Гидростатическое давление на забое скважины, заполненной аэрированной жидкостью, определяется глубиной скважины, отношением расхода воздуха и раствора в нормальных условиях и плотностью промывочной жидкости.

За последнее время были испытаны модифицированные стабильные пены, которые открывают широкие возможности их применения не только для прохождения зон поглощений, но и при разбуриванин вечномерзлых пород, а также при бурении в районах с повышенным геотермическим градиентом.

Технология бурения с использованием модифицированной стабильной пены (МСП) (методика фирмы «Мобил Ойл») следующая: при встрече водоносного горизонта в подаваемый в скважину воздушный поток вводится бентонитовый раствор с высоким содержанием пенообразующего ПАВ. В результате контакта воздушной струи с пластовой водой образуется стабильная пена, что приводит к увеличению выносной способности воздушного потока.

---

Установлены следующие преимущества МСП:

• 
  обеспечение хорошей очистки забоя скважины при скорости восходящего потока воздуха в затрубном пространстве 0,23-0,76 м/с против 15,2-25 м/с, необходимой для воздушного потока без ввода пенообразующего ПАВ;
  
• 
  образование на стенках скважины тонкой непроницаемой корки; обеспечение мгновенной очистки рабочей поверхности долота и удаление от него выбуренной породы;
  
• 
  при использовании модифицированной стабильной пены кратно уменьшается потребность в расходе воздуха для получения аналогичного результата по сравнению с продувкой забоя чистым воздухом.
  

Во ВНИИБТ разработан способ резкого снижения проницаемости поглощающего пласта, заключающийся в нагнетании непосредственно в зону поглощения аэрированной жидкости, которая создается в поглощающем пласте воздушно-жидкостную блокаду.

При закачке аэрированной жидкости в поглощающие пласты, представленные трещиноватыми и кавернозными отложениями, не всегда обеспечивается устойчивое равновесие в скважине, поэтому рекомендуется вслед за закачкой аэрированной жидкости по возможности изолировать зону поглощения.

Существуют два способа получения аэрированных жидкостей: компрессорный и бескомпрессорный.



Рисунок 6: Устройство для ввода сжатого воздуха от компрессора в нагнетательную линию: 1, 3, 6, 9 - патрубки; 2 - корпус; 4 - барботажная трубка; 5 - ограничитель; 7- шарик; 8 – седло.
При первом способе в нагнетательную линию насоса вводят сжатый воздух от компрессора через специальные устройства (рисунок 9), которые, с одной стороны, способствуют барботированию воздуха в промывочную жидкость, а с другой - предотвращают попадание аэрированной жидкости в ресивер компрессора при резком повышении гидравлических сопротивлений в колонне бурильных труб. Такое устройство устанавливают после расходомера. Давление компрессора при таком способе аэрации должно быть больше гидравлических сопротивлений при циркуляции промывочной жидкости.

Для улучшения диспергирования вводимого воздуха и улучшения выноса выбуренной породы в жидкость, подвергаемую аэрации, вводят поверхностно-активные вещества. ПАВ, адсорбируясь на поверхности воздушных пузырьков

---

, увеличивают их прочность, препятствуют разрушению и слипанию. При добавках ПАВ резко снижается относительная скорость воздушных пузырьков в жидкой фазе, что способствует более равномерному движению аэрированной жидкости в кольцевом пространстве скважины.

Аэрированную жидкость можно получить компрессорным способом и без добавок ПАВ. Но при этом за счет различия скоростей движения жидкости и воздушных пузырьков последние коалесцируют (слипаются с образованием пузырьков более крупного размера). Более крупные пузырьки имеют большую относительную скорость, что приводит к интенсификации процесса коалесценции. В итоге образуется снарядная или стержневая структура потока, когда движущаяся аэрированная жидкость представляет собой перемеживающиеся слои плотной исходной жидкости и воздуха. При такой структуре аэрированной жидкости выносная способность потока снижается, давление нагнетательной жидкости повышается, колебания в нагнетательной линии насоса увеличиваются.

В качестве поверхностно - активных веществ используют пенообразователи ПО-1, ОП-7, ОП-10, ОП-18, НП-1, «Прогресс», КАУФЭ-14, детергент ДС, мылонафт, сульфонол, диталан, азоляты, смеси этих ПАВ и др. В условиях контакта промывочных жидкостей с сильно минерализованными подземными водами следует применять сульфит-спиртовую барду - обычную (ССБ) или конденсированную (КССБ).

По своей активности перечисленные ПАВ весьма различны, что обусловливает широкий диапазон оптимальных концентраций: от 0,1 %-ной для сульфонола до 1,0-3,0 %-ной для ССБ. Конкретная концентрация зависит от требуемого снижения плотности промывочной жидкости, минерализации пластовых вод, скорости бурения, дисперсности разрушения горных пород при бурении и целого ряда других факторов. Особенно большое влияние на расход ПАВ оказывают количество и дисперсность твердой фазы, поступающей в промывочную жидкость в процессе бурения. Адсорбируясь на частицах породы, ПАВ вместе с крупными частицами выпадают в отстойниках и желобной системе. Часть ПАВ адсорбируется на стенках скважины и в микротрещинах горных пород.

Таким образом, концентрация ПАВ в процессе бурения непрерывно уменьшается, и при выборе его исходной концентрации этот процесс следует учитывать. Исходную концентрацию находят опытным путем.

Компрессорную аэрацию применяют для всех типов промывочной жидкости, но особенно она эффективна для воды и других бесструктурных или слабоструктурированных жидкостей, так как при этом нет проблемы деаэрации. Аэрированная жидкость на выходе из скважины расслаивается на плотную жидкость и воздух, и насос всегда работает на плотной жидкости. Компрессорный способ обеспечивает высокую степень аэрации, вплоть до получения пены.

---