Анализ и выбор способа ликвидации поглощений промывочных жидкостей

Для уменьшения или полного устранения явлений, связанных с неблагоприятными условиями бурения скважин с промывкой, прибегают к помощи специальных глинистых растворов. Специальные глинистые растворы, применяемые при борьбе с поглощением жидкости, имеют строго заданные параметры. Применяются такие растворы в осложнённых условиях, когда бурение с обычной промывочной жидкостью сопровождается потерей циркуляции.

Причинами потери циркуляции являются: наличие трещин, открытых пор и каверн, давление в которых меньше давления столба раствора в скважине. Основными оперативными методами борьбы с потерей циркуляции могут быть: снижение давления в скважине – понижением плотности раствора и увеличением сопротивлению движения раствора в пористой среде, увеличение вязкости и сопротивления сдвигу.

Одним из реагентов, обеспечивающим нужные качества раствору при борьбе с поглощением, является негашёная известь, употребляемая в виде так называемой «пушонки» Ca(OH)₂ или в виде кусков. Добавка этого реагента понижает плотность и сильно повышает вязкость глинистого раствора в зависимости от концентрации 1-3%. Причём, с течением времени вязкость глинистого раствора увеличивается. На стенках пор, трещин и скважины быстро растёт толстая корка, закупоривающая трещины и поры. Аналогичное действие на раствор оказывает и цемент, только в меньшей степени. Это объясняется меньшей дисперсностью его частиц и меньшим содержанием CaO. Наиболее хорошие растворы для борьбы с поглощением получаются при добавке извести или цемента от 5 до 10 вес. %. Но при этом имеют место отрицательные явления: образуется толстая корка на стенках скважины, которая уменьшает сечение ствола; образуется сальник на буровом инструменте; снижается плотность, что нежелательно, если возможны выбросы и обвалы. При использовании извести в глиномешалку заливают на ¾ её объема воду и на ¼ объёма загружают известь. После тщательного перемешивания в глиномешалке, получается известковое молоко, которое сливают равномерной небольшой струёй в приёмный чан. Время истечения всего содержимого глиномешалки должно соответствовать времени, необходимому для полного круговорота глинистого раствора в скважине. Вводить известковое молоко необходимо заблаговременно, до встречи поглощающего пласта за 20-25 метров. В зависимости от интенсивности ожидаемого поглощения вязкость раствора доводится до 60-120 с (по СПВ-5). Расход извести достигает 60 кг на 1м³ раствора.

Чтобы избежать отрицательных явлений, связанных с применением извести, для борьбы с поглощением используют жидкое стекло. В этом случае на стенках скважины образуется более тонкая корка, а трещины и поры закупориваются гелевыми комками, которые получаются в глинистом растворе. Кроме того, при этом не происходит образование сальников, а плотность раствора повышается, что является положительным при возможных выбросах или обвалах. В противном случае плотность снижается добавлением к раствору воды. Жидкое стекло вливают тонкой струёй, направляя на специальною доску, укреплённую в желобе. При этом жидкое стекло, растекаясь по доске, попадает в циркулирующий раствор тонкой плёнкой, распределяясь в нем достаточно равномерно. С понижением температуры на забое скважины увеличивается расход жидкого стекла.

При отсутствии жидкого стекла или извести применяют цемент в количестве до 300 кг на 1 м³ глинистого раствора. Глиномешалку заполняют на 0,9 объёма водой и добавляют остальное количество цемента. После перемешивания цементное молоко выливается так же, как и при добавлении извести.

При борьбе с поглощением применяют бурый уголь (при большой глубине скважин и опасности прихвата инструмента). Расход бурого угля может составлять от 1 до 3 вес. % от количества глинистого раствора, в зависимости от требуемой вязкости.

Эффективным способом борьбы с поглощением жидкости за счёт уменьшения перепада давления является применение облегчённых глинистых растворов с пониженной плотностью. Получают такие растворы в основном двумя способами: химическим и механическим.

При химическом способе обычный глинистый раствор обрабатывается специальными химическими реагентами – пенообразователями, например, кератиновым клеем с жидким стеклом, детергентом и другими пенообразователями. Такие растворы имеют небольшую плотность, повышенную вязкость, хорошую удерживающую способность и являются достаточно стабильными.

В практике буровых работ нашёл широкое применение бескомпрессионный способ аэрации бесструктурных промывочных жидкостей. Обогащение пузырьками воздуха жидкости в этом случае происходит в процессе закачивания её насосом в скважину через аэратор – устройство эжекторного типа, через которое подсасывается воздух. В жидкость предварительно добавляется ПАВ. С помощью ПАВ можно аэрировать и обычную техническую воду или безглинистые растворы. Необходимое количество ПАВ для обработки промывочной жидкости может быть определено исходя из заданной концентрации:

,                                                              (20)

Q – количество ПАВ, т; V – объём обрабатываемой промывочной жидкости, м³; K1 – заданная концентрация ПАВ, %; K2 – содержание активного вещества в ПАВ, %.

По мере эксплуатации жидкости (через 2-3 дня) её снова обрабатывают, так как концентрация ПАВ уменьшается вследствие адсорбции их частицами породы.

При механическом способе обработки глинистый раствор смешивается с газом в специальных смесителях-аэраторах. При этом используется насос и компрессор. Получение аэрированных жидкостей таким способом сложно, и жидкости не обладают хорошей стабильностью. Существует и бескомпромиссный способ аэрации промывочных жидкостей. В этом случае используют аэратор эжекторного типа. Он состоит из камеры смешения и насадки – сопла, через которое подается аэрируемый раствор. Плотность, получаемая при аэрации таким способом, зависит от количества прокачиваемой через аэратор жидкости в единицу времени, соотношения диаметров насадки и камеры смешения аэратора и величины противодавления в аэрационной системе. Рекомендуются следующие соотношения диаметров насадок и втулок камеры смешения: 6:10; 6:11; 7:11. Задаваясь значением плотности промывочной жидкости и зная величину противодавления, подбирают рациональное соотношение диаметров насадки и втулки камеры и режима работы аэратора. Определение плотности промывочной жидкости при борьбе с поглощением приближённо можно производить по формуле:

,                                                              (21)

Где  - плотность облегченной жидкости;  - плотность исходной (нормальной) жидкости;  - глубина скважины, м;  – высота столба жидкости в скважине при поглощении, м. Если поглощение не ликвидировано при новых параметрах промывочной жидкости, снижают её плотность против расчетной на 10-15%, снижают водоотдачу и повышают вязкость жидкости. И так, пока не будет ликвидировано поглощение.

Список литературы

1. В.П.Шестеров, В.А. Шмурыгин, И.Б. Бондарчук. «Сооружение, ремонт и эксплуатация водозаборных скважин». Издательство Томского политехнического университета, 2009.

2. Башкатов. Справочник «Бурение скважин на воду». Издательство «Недра», 1979.

3. Квашнин Г.П. «Технология вскрытия и освоения пластов». Издательство «Недра», 1987.

4. Башлык С.М., Загибайло Г.Т. «Бурение скважин». Москва «Недра», 1983.

5. «Бурение скважин и горно-разведочные работы». Методические указания. Издательство Томского политехнического университета, 1989.

6. «Бурение скважин». Методические указания. Издательство Томского политехнического университета, 2007.

7. «Бурение разведочных скважин». Методические указания. Издательство Томского политехнического университета, 2005.