Гетерогенные промывочные жидкости

Эмульсионныепромывочные жидкости представляют собой водомасляные эмульсии. По сравнению с водными растворами ПАВ эти эмульсии обладают смазочным и антивибрационным действием, улучшают условия очистки от шлама, понижают твердость пород, использование их дает возможность повысить процент выхода керна, увеличить глубину алмазного бурения на высоких частотах и при бурении ССК и КССК. Их целесообразно применять при избирательном растворении солесодержащих пород, для обнаружения слабоустойчивых, глинистых пород, в особенности при набухании и переводе в раствор глинистых минералов, при необходимости борьбы с потерями циркуляции. Параметры растворов: ρ = 1,02 г/см³, Т= 17-18 с, В =6-8 см³/30 мин.

Глинистые растворы. Нормальные глинистые растворы рекомендуют при забуривании и бурении скважин в песчано-глинистых отложениях, известняках, сланцах, гипсах, ангидритах и других аналогичных и слаботрещиноватых горных пород I-VII категорий по буримости. Свойства растворов: ρ = 1,10-1,25 г/см³, Т = 20-25 с, П составляет не более 4%, В = 25-10 см³/ 30 мин., К – не более 3 мм, q₁ = 1-2 Па и q₁₀ = 2-5 Па, С – до 0,02 г/ см³.

Ингибированные глинистые растворы применяют при бурении в породах неустойчивого глинистого комплекса, при наличии минерализованных подземных вод. При ингибировании возрастает глиноемкость и крепящий эффект растворов. Они обладают низкой водоотдачей (В = 8-10 см³). Малоглинистые растворы рекомендуют для промывки скважин при бурении с ССК, гидрогеологических скважин, в интервалах неустойчивых песчано-глинистых пород, при незначительном поглощении промывочной жидкости.

Утяжеленные глинистые растворы эффективны в разрезах, представленных толщами слабоустойчивых, трещиноватых, раздробленных, легкоразрушающихся пород при высоких пластовых давлениях. Параметры раствора: ρ достигает 2,2 г/см³ , Т = 25-30 с, q₁ = 2-2,5 Па, В < 5-10 см³/мин, К = 0,5-2,0 мм. Показатели растворов могут изменяться в следующих пределах: ρ изменяется от 1,4 г/см³ , Т = 18-60 с, q₁ = 3,0-7,5 Па, В = 3,0-5,0 см³/мин.

Полимерные глинистые растворы рекомендуются при алмазном бурении в самых разнообразных геологических условиях с целью повышения механической скорости и стойкости породоразрушающего инструмента, снижения гидравлических потерь и расхода глины и химических реагентов. Их целесообразно использовать в монолитных, устойчивых, не содержащих глин горных породах. Параметры полимерных растворов: r = 1,03-1,12 г/см³, Т = 24-35 с, В = 5,5-8 см³/30 мин, h = (17-19)·10^-3Па×с, t₀=5-8 Па.

Эмульсионные глинистые растворы эффективно применять при бурении толщ неустойчивых глинистых, глинисто–карбонатных пород. Характеризуются следующими параметрами: r = 1,02 - 1,18 г/см³, Т = 18-25 с, В = 3-7 см³/30 мин, q = 1,0 - 2,5 Па.

Для борьбы с поглощениями в неустойчивых породах целесообразно использовать аэрированные глинистые растворы, обладающие следующими параметрами: r = 1,1 –1,15 г/см³ и менее, Т = 13-26 с. Их рекомендуется применять при бурении в твердых трещиноватых породах, а также при проходке крупно-обломочных гравийно-галечниковых отложениях.

Продувка скважин сжатым воздухом эффективна при бурении по трещиноватым и закарстованным породам в условиях частичного, среднего, полного и катастрофического поглощения промывочной жидкости; в сухих разрезах, в породах, склонных к слипанию, набуханию; в мерзлых породах.

Большое распространение получила пена, обладающая более высокой несущей способностью, чем любая другая промывочная среда. Пена проникает в трещины и поры пород, препятствует уходу промывочной среды в поглощающие пласты. Отчистка забоя пеной способствует повышению устойчивости стенок скважин при бурении пучащихся пород, чувствительных к воде и многолетнемерзлых пород, а также в других сложных условиях.

В практике разведочного бурения используются различные промывочные жидкости (рис. 12). Буровые растворы выполняют множество функций и оказывают значительное влияние на процесс бурения нефтяных и газовых скважин. Систематизация данных об используемых в отрасли буровых растворах позволяет выделить девять основных типов, которые подразделяются на виды, а виды на рецептуры [3]. Выбор типа бурового раствора при разбуривании глинистых отложений – одно из наиболее сложных мероприятий. При бурении скважин на нефть и газ, глинистые породы сведены в классификацию по следующим признакам: плотности, коэффициенту пористости, преобладающему в обменном комплексе породы основного атиона (Na⁺ или K⁺).

В качестве примера обоснования конструкции скважин, выбора типа бурового снаряда, оборудования и промывочной жидкости приведено Сухановскоеместорождение облицовочных серых гранодиоритов Приморского края. Проходимые породы сверху вниз – элювиально-делювиальные образования, глина, песок, затронутые выветриванием трещиноватые гранодиориты, среднезернистые гранодиориты, граниты, диабазы и мелкозернистые гранодиориты и риолиты.

Скважины пробурены коронками диаметром 132 мм до глубины 3 м с последующей обсадкой глухими трубами диаметром 127 мм; до глубины 15 м бурение производилось коронками диаметром 112 мм с обсадкой трубами диаметром 108 мм, затем (до глубины 38 м) диаметр составил 93 мм, конечный диаметр бурения составил 76 мм. Бурение велось в зимнее время самоходной установкой УКБ-4. В качестве породоразрушающего инструмента применялись твердосплавные коронки типа СМ-5 и СМ-6 по породам IV-VIII категорий по буримости и алмазные коронки по породам IX-X категорий по буримости.

Бурильная колонна состояла из труб диаметром 50 мм с муфтово-замковыми соединениями диаметром 50-65 мм и ниппельного соединения диаметром 50 мм. Длина свечи 9,5 м.

Бурение скважин проводилось с промывкой водой, в зонах поглощения промывочной жидкости (рыхлые, выветрелые и трещиноватые породы) – глинистым раствором пониженной вязкости, плотностью до 1,10 г/см³, водоотдачей 8-10 см³/30 мин. Режим бурения: осевая нагрузка от 400 до 800 даН, частота вращения 200-500 об/мин; количество промывочной жидкости – 25-70 л/мин; по трещиноватым и дробленым породам скорость вращения и осевая нагрузка снижены на 30-40% против расчетных. При бурении скважин для получения максимально возможного выхода ненарушенных столбиков керна при диаметрах бурения скважин диаметром 93-59 мм предусмотрено применение двойных колонковых труб типа ТДН–1, антивибрационной смазки типа КАВС и амортизаторов.

Выход керна по полезному ископаемому составляет не менее 80%.

Для сравнения приведен пример проектирования буровых работ с целью проведения поисковых работ на минеральные воды на участках Дмитриевский и Краскино Приморского края РФ.

Участок Дмитриевский. Основными геологическими задачами являются: изучение геологического строения и гидрогеологических условий участка, определение характера залегания и качества минеральных вод в соответствии с требованиями ГОСТа 13273-88.

Для решения поставленных задач на стадии поисков было намечено бурение 4 поисковых скважин. Конструкции и способы бурения проектируемых скважин определяются их назначением.

Проектом предусматривается исследование всего геолого - гидро-геологического разреза участка, представленного снизу вверх: нижнепалеозойскими водоносными зонами экзогенной и тектонической трещиноватости (переслаивание алевролитов, песчаников и брекчий) мощностью 55,0 м; кайнозойскими водовмещающими рыхлыми отложениями, включая базальтоиды миоцена общей мощностью от 35 до 90 м.

После проходки рыхлого чехла кайнозоя до глубины 5,0 м диаметром 188 мм до проектной глубины бурение проектировалось вести диаметром 132 мм. Для установки рабочей части фильтровой колонны диаметром 146 мм будет произведена разбурка скважины с глубины 5,0 м до 100 м и более. Затрубное пространство цементируется с установкой цементных мостов высотой от 3 до 10 м. Фильтровые колонны диаметром 127 мм устанавливаются «впотай».

Все скважины проектировалось пройти установкой УРБ-ЗАЗ с отбором керна по всему интервалу. При проходке по водовмещающим породам планировался выход керна до 60 %, по водоупорным толщам – до 70%. В качестве промывочной жидкости по коренным породам применялась вода или глинистый раствор плотностью от 1,03 до 1,25–1,35 г/см³. При бурении с отбором керна применялись твердосплавные коронки типа СМ-4 и СА-1, а при разбурке скважин – шарошечные долота диаметром 153 мм.

Количество глины в тоннах, необходимое для приготовления 1 м³ промывочной жидкости для данных условий, рассчитывается по формуле

G_r = q_rV_p,

где q_r – расход глины на 1 м³ раствора (т); V_p – объем бурового раствора (м³),

V_p = К_сV´_pL_e, V´_p = (4,71 - 6,28)D²,

где L_e – общий объем бурения с применением бурового раствора, м; V´_p – расход бурового раствора на 1 м бурения скважины, м³; D – диаметр скважины, м; k_с – коэффициент сложности, учитывающий различные геологические условия (1; 2; 4; более 5).

Расход глины для приготовления 1 м³ раствора составляет:

q_г = т,

где r_г, r, r_В – плотность соответственно глины (2,5 т/м³); глинистого раствора и воды (1 т/м³).

Потребное количество воды для приготовления 1 м³ раствора:

q_В = т.

Например, для бурения скважины диаметром 132 мм до глубины 100 м

V´_p = 4 × 5 × 0,132² × 100 = 34,85 м³,

тогда G_r = 34,85 × 0,39 = 13,591 т.

Учитывая поставленные задачи, в скважинах проведены геофизические исследования (ГИС): каротаж сопротивлений, гамма–каротаж, гамма–гамма каротаж, кавернометрия (диаметрометрия), расходометрия, резистивиметрия. После завершения буровых, ГИС и других работ, сопутствующих бурению, во всех скважинах будут проведены опытно–фильтрационные работы.

Участок Краскино. При проведении поисковых работ на четвертичные аллювиальные россыпи на участке Краскино был использован комплекс методов, который включает подготовительные работы, топографо-геодезические работы, бурение шурфоскважин, опробование и обработку шлиховых проб. Линии буровых выработок закладывались вкрест предполагаемому направлению простирания россыпи на расстоянии 400 – 800 м одна от другой с интервалом между выработками 10 – 40 м в зависимости от протяженности и ширины речных долин. Бурение скважин осуществлялось медленно–вращательным способом, при помощи самоходной буровой установки «Разведчик» УБСР–25М. Учитывая протяженность речных долин и категорию разведываемых ресурсов, расстояние между буровыми линиями выбрано 400–800 м, интервалы между выработками на линиях определялись шириной россыпей и обогащенных струй и составили 10 – 40 м.

Неустойчивые породы в стенках скважин укреплялись обсадными трубами (табл. 39). Диаметр бурения скважин на всю глубину бурения составил 715 мм, интервал углубления за весь рейс 0,2 м. Скважина считалась пройденной при углубке в коренные породы плотика на 0,4 – 0,6 м, когда последние 2-3 пробы покажут отсутствие или непромышленное содержание золота.

Таблица 39

Характеристика горных пород разреза

Для лучшего понимания оформления геологической документации ниже приводится пример оформления учетной карточки на разведочно-эксплуатационную гидрогеологическую скважину.

УЧЕТНАЯ КАРТОЧКА СКВАЖИНЫ № 126(по кадастру)

1. Республика РФ область (край)_Приморский_ район __Владивостокский ГО________________

2. Адрес скважины и положение ее в рельефе с. Михайловка, Михайловского района, ул.Колхозная, 99, территория предприятия ООО «Виста____________________________________________

3. Номенклатура листа топографической карты м-ба 1:500000 или 1:1000000 К-53-А_______________

Номенклатура листа м-ба 1:200 000К-53-I __________________________________

4. Географические координаты: 43˚55´56"с. ш., 132°00´30´´в. д._____________________________

5. Абсолютная отметка устья, м 38.5_____________________________________________________

6. Назначение скважины и сведения об её использовании разведочно-эксплуатационная для водоснабжения населения, рабочая ___________________________________________________

7. Наименование организации, выполнявшей бурение, и год бурения ООО Фирма «Бурсантех-__ монтаж», ремонт, 2004____________________________________________________________

8. Автор и название геологического отчета (или другого документа), на основании которого составлена учетная карточка, № скважины «Паспорт разведочно-эксплуатационной скважины №25028___________________________________________________________________________

9. Глубина скважины, м 55,0__________________________________________________________

10. Конструкция и оборудование: Начальный Æ бурения 161 мм – 0.0-55.0, конечный Æ бурения 161_ мм; фильтровая колонна Æ127 мм +0.5-55.0м, фильтр дырчатый в интервале 41.0-48.0_м_____________________________________________________ _______________

11. Дебит, л/с (числитель), понижение уровня в м (знаменатель), далее - удельный дебит в л/с, справа, в скобках – дата производства откачки (опыта) 0,83/18,0(0,046), апрель 2004 г.___________________

.

Геологический разрез и сведения о водоносности: