Лекция 3. Очистка забоя скважины от продуктов разрушения и их транспортировки на поверхность

Следующая основная рабочая операция при бурении скважин это очистка забоя скважины от продуктов разрешения (шлама0 и их транспортировки на поверхность.

Если не очищать забой скважины от продуктов разрушения, то скалившийся шлам будет препятствовать дальнейшей углубке, а чрезмерное скопление шлама может привести к прихвату бурового снаряда с вытекающими отсюда последствиями, т.е. к авариям.

В настоящее время очистка забоя скважины от шлама и его транспортировка осуществляется различными способами, основными из которых являются гидравлический, пневматический, механический и комбинированный способы.

При гидравлическом способе (промывке скважин) в качестве промывочных жидкостей при бурении применяются: техническая вода и специальные растворы (глинистые или безглинистые, солевые, аэрированные и эмульсии), а также естественные растворы, образующиеся в процессе бурения скважин.

При вращательном бурении скважин на воду в породах слабоустойчивых чаще всего используют глинистые растворы, применение которых обеспечивает:

- закрепление пород в стенках скважин за счет их глинизации и создания повышенного гидростатического давления;

- временную изоляцию водоносных пластов;

- удержание частиц выбуренных пород во взвешенном состоянии при прекращении циркуляции жидкости;

- уменьшение потерь жидкости при пересечении водопоглощающих горизонтов;

- улучшение условий очистки забоя и транспортировки продуктов разрушения на дневную поверхность.

Аэрированные жидкости применяются при необходимости для снижения гидростатического давления столба жидкости в скважине и проникновения её в пласты. При этом снижаются потери жидкости и уменьшается засорение водоносных пластов.

В практике бурения скважин используются три основные схемы промывки: прямая, обратная и комбинированная.

Система прямой промывки скважин характеризуется простотой (рисунок 5,а), но имеет ряд недостатков. К их числу можно отнести повышенный расход жидкости, особенно при бурении скважин большого диаметра, в связи с необходимостью получать достаточно большую скорость восходящего потока, обеспечивающего вынос продуктов разрушения на поверхность и увеличение возможности возникновения аварий за счет обвалов стенок скважин, сложенных неустойчивыми породами, и прихватов бурового снаряда шламом, оседающим на забой в момент прекращения циркуляции жидкости.

Обратная схема (рисунок 5,б) может осуществляться путем нагнетания жидкости или отсасывания её с помощью насосов (поршневых, центробежных, вакуумных, водоструйных или эрлифтов). При обратной промывке циркуляция жидкости может быть полной или неполной, местной или внутрискважинной – со сбором шлама в специальные призабойные шламоулавливающие устройства. Схема обратной промывки характеризуется целым рядом преимуществ, основными из которых являются:

- возможность получать большие скорости восходящего потока при небольшом расходе промывочной жидкости и меньшей потере напора;

- улучшение условий формирования керна и возможность его транспортировки на поверхность без подъема бурового снаряда;

- уменьшение потерь промывочной жидкости, в особенности при работе с двойной колонной бурильных труб и т.д.

Схема комбинированной циркуляции (рисунок 5,в) чаще всего используется для повышения выхода керна за счет предотвращения размыва керна прямым потоком.

а) прямая б) обратная в) комбинированная

Рисунок 5. Схемы промывки скважин

При пневматическом способе очистки в качестве очистного агента вместо жидкости используется газ или воздух. Газ используется при бурении скважин на нефть или газ, так как использование воздуха может привести к воспламенению нефти или газа. В данном случае могут быть использованы отработанные газы двигателей внутреннего сгорания. Самое широкое распространение получила продувка скважин воздухом.

Использование воздуха в качестве очистного агента имеет ряд преимуществ по сравнению с промывкой скважин, к которым относятся:

- нет необходимости в приготовлении бурового раствора;

- отсутствие специальной очистной системы и оборудования для очистки промывочной жидкости;

- возможность бурения в безводных районах;

- повышенная механическая скорость бурения;

- улучшение санитарно-гигиенических условий работы буровой бригады, особенно в зимний период;

-возможность бурения скважин в районах вечной мерзлоты и т.п.

Тем не менее, существует ряд недостатков, которые сдерживают более широкое его применение. Основным недостатком является то, что при притонах в скважину воды появляются осложнения, которые могут впоследствии привести к тяжелым авариям. Так, например при малых водопритоках смачивание частиц выбуренной породы, размеры которых колеблются от размера пыли до нескольких миллиметров, что приводит к образованию тестообразной массы, наматыванию сальников и затяжке бурового снаряда.

При средних и обильных водопротоках резко снижается глубина бурения и глубина бурения зависит от рабочего давления компрессора. Так, например, если компрессор имеет рабочие давление 0,7 МПа, то с учетом гидравлических сопротивлений глубина бурения составит не более 70 метров.

Механический способ очистки забоя получил распространение при ударном и шнековом способах бурения скважин.

Сущность шнекового способа очистки и транспортировки продуктов разрушения заключается в том, что при помощи шнекового транспортера, представляющего собой полую трубу с приваренной на нее спиральной лентой (ребордой), за чет сил трения между стенками скважины и выбуренной горной породой, находящейся на реборде, происходит ее движение к поверхности.

При ударном способе после разрушения пород буровой снаряд извлекается на поверхность и в скважину опускается специальный инструмент, предназначенный для очистки и транспортировки шлама на поверхность. Такой инструмент называется желонкой.

Желонка многократно при поднимается и сбрасывается над забоем и продукты разрушения, находящиеся во взвешенном состоянии, для чего в скважину доливается вода, наполняют желонку и затем ее извлекают на поверхность. Конструкции желонок разнообразны и их конструкции будут рассмотрены позже.

Сущность комбинированной способа очитки заключается, как правило, в комбинации гидравлического или пневматического способов с механическим. Этот способ применяется для более лучшей очистки скважины, особенно при бурении скважин увеличенного диаметра или при бурении скважин колонковым способом.

На рис.6 представлена схема комбинированного способа очистки скважин.

Рис 6. Схема комбинированного способа очистки скважин 1-породоразрушающий инструмент, 2-колонковая труба, 3-переходник, 4- шламовая труба, 5-бурильные трубы.

В состав бурового снаряда, стоящего из породоразрушающего инструмента -1, колонковой трубы -2, переходника -3 и бурильных труб-5, включают шламовую трубы-4, который и является шламосборником. Находящий поток по колонне бурильных труб через переходник и колонковую трубу поступает к забою, омывает его и восходящий поток вместе с частицами выбуренной породы поднимается по кольцевому зазору между стенками скважины и колонковой трубой (сечение А-А). В связи с тем, что в этом сечении зазор мал, скорость восходящего потока будет большим, и он обладает высокой несущей способностью, что обеспечивает вынос всех частиц. В сечение Б-Б происходит увеличение площади сечения, по которому поднимается промывочная жидкость и, естественно снижается скорость восходящего потока, что приводит к снижению несущей способности потока. При отсутствии шламовой трубе на этом участке происходит накопление шлама из

более крупных частиц, образуя при этом так называемые шламовые пробки, в последствии приводящие и затяжке бурового снаряда и к авариям. Для устранения этого в компоновку бурового снаряда включает шламовые трубы, изготовленного из колонковой трубы того же диаметра, что и колонковая. Зависшие частицы шлама оседают во внутрь колонковой трубы и по окончании рейса извлекается на поверхность. В этом случае получается комбинация гидравлического или пневматического способов очистки и транспортировки продуктов разрушения с механическим (шламовая трубы).

Дата добавления: 2015-07-13