Бурение скважин с очисткой забоя воздухом или газом. Аэрированные промывочные жидкости и пены

В мировой практике широкое распространение получил способ бурения скважин с очисткой забоя воздухом или газом, который отличается от способа бурения с промывочной жидкостью тем, что вместо бурового раствора применяют газообразный циркули­рующий агент. В качестве циркулирующего агента для неглубоких скважин, в которых исключается возможность встречи в разрезе газоносных или нефтеносных пластов, используют сжатый воздух, подаваемый в скважину от установленных на поверхности комп­рессоров, или применяют аэрированную промывочную жидкость. Если при бурении появляется необходимость вскрывать газонос­ные или нефтяные пласты, то бурить с очисткой забоя воздухом не рекомендуется, так как сжатый воздух в смеси с естественным газом может образовать гремучие и легковоспламеняющиеся сме­си. В этом случае в качестве циркулирующего агента можно приме­нять любой газ, который совместно с естественным газом или па­рами нефти не может дать гремучий газ или легковоспламеня­ющиеся смеси, а также аэрированную промывочную жидкость.

При бурении скважин с очисткой забоя воздухом или газом увеличивается механическая скорость и проходка на долото. Этому способствует разрушение горных пород без их смачивания, отсут­ствие гидростатического давления на забой, а также фильтраци­онной глинистой корки, хорошее охлаждение шарошек долота и интенсивная очистка забоя от выбуренной породы. Если поглоща­ющие горизонты или зоны нарушений при бурении с применением бурового раствора всегда вызывают поглощение последнего, а иногда и катастрофический уход, то при бурении скважин с очисткой за­боя воздухом или газом такие зоны проходят без осложнений.

К преимуществам бурения скважин с очисткой забоя воздухом или газом также относятся: увеличение отдачи продуктивных пла­стов и значительное снижение стоимости бурения.

Основными недостатками этого вида бурения являются:

затруднения при бурении водопроявляющих горизонтов (самые незначительные водопроявления при разбуривании вязких и мяг­ких пород вызывают образование пульпы, не поддающейся выду­ванию из скважины);

затруднения при борьбе с обвалом;

невозможность регулирования пластового давления;

увеличение возможности пожаров и взрывов;

ограничение возможности проведения геофизических работ.

Бурение скважин с очисткой забоя воздухом или газом не явля­ется универсальным. Для этого способа есть области наиболее эф­фективного применения, использования с переменным успехом или в сочетании с другими способами, а также нецелесообразно­го, а иногда и невозможного использования. Наиболее эффектив­но бурение с очисткой забоя воздухом или газом сухих разрезов, а также пластов, в которых встречаются зоны поглощения или катастрофические уходы промывочной жидкости, зоны вечной мерзлоты, продуктивных горизонтов, неглубоких и сейсмических скважин. Бурение скважин с газообразным циркулирующим аген­том не требует коренного изменения монтажной схемы наземного оборудования и, как правило, отличается лишь некоторыми добав-

Рис. 5.10. Схема расположения оборудования и наземных сооружений, применяемых в США при бурении с очисткой забоя газом или воздухом:

/ — компрессоры; 2 — склад горючего; 3 — механизмы для приготовления раствора; 4 — буровые насосы; 5 — двигатели; 6 — амбары для воды; 1,8— амбары для бурового раствора; 9 — резервный амбар; 10 — приемник шлама; 77 — мостки

и стеллажи для труб

Рис. 5.11. Обвязка устья скважины при бурении с очисткой забоя воздухом или газом:

7 — ведущая труба; 2 — стояк; 3 — задвижка стояка; 4 — манометр; 5 — счетчик газа; 6— подача газа; 7— главная задвижка; 8 — отвод для обратной циркуляции; 9 — превентор; 10 — тройник; 77 — выкидная линия; 72 — вращающийся паркер

лениями к существующим схемам (рис. 5.10). При бурении с очист­кой забоя воздухом или газом большая часть шлама поступает с забоя в виде пыли, в связи с чем требуется герметизация устья скважины. Типичная схема обвязки устья скважины и манифольда для бурения этим способом (США) позволяет применять прямую и обратную цир­куляцию* газообразного циркулирующего агента (рис. 5.11).

Если в процессе бурения требуется перейти на обратную про­мывку, то закрывают задвижку стояка 3, и воздух или газ по отво­ду # поступает в затрубное пространство. Омывая забой, циркули­рующий агент с выбуренной породой направляется по бурильным трубам в ведущую бурильную трубу 7, вертлюг, напорный рукав, стояк 2 и по перепускному патрубку в выкидную линию 77.

В некоторых районах нефтеносные пласты вскрывают с очист­кой забоя воздухом. Ведутся работы по созданию передвижных ус­тановок для получения очищенных дымовых газов, пригодных к использованию в качестве газообразного циркулирующего аген­та, например выхлопные газы от ДВС. Недостаток этих газов — их коррозионное действие на оборудование, несмотря на примене­ние предупредительных мер (обезвоживание, введение антикор­розионных добавок). Широко применяются аэрированные раство­ры, внедрение которых было связано с необходимостью сниже­ния гидростатического давления столба бурового раствора при бу­рении зон поглощений.

Аэрирование раствора производится в процессе бурения путем систематической добавки воздуха в циркулирующий буровой раствор. Для этого передвижные компрессорные установки через расходомер, обратный клапан и смеситель подключают к нагнетательной линии буровых насосов (обычно непосредственно к стояку). Рабочее давле­ние компрессоров и их производительность определяют в зависимо­сти от конкретных условий бурения и принятой степени аэрации. Под степенью аэрации принимается отношение объема закачиваемо­го воздуха, приведенного к нормальным условиям, к объему бурово­го раствора. Для предупреждения и борьбы с поглощениями обычно аэрируют глинистые растворы.

Для сохранения естественного состояния нефтегазоносных пла­стов в некоторых случаях целесообразно их вскрытие с использо­ванием пены в качестве промывочной жидкости. Могут применяться двухфазные и трехфазные пены. Двухфазная пена представляет со­бой аэрированный водный раствор поверхностно-активного ве­щества. Трехфазная пена отличается наличием твердой фазы, ко­торая является дополнительным стабилизатором.