Глава 6 газообразные агенты

6.1. Общие понятия. Область применения. Достоинства

К газообразным агентам относят сжатый воздух, природный газ, выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания и сжиженный азот; к газожидкостным – туман, пену и аэрированные жидкости.

Природный газ, выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания и азот применяют при поступлении в скважину углеводородов, когда использование воздуха может способствовать образованию взрывоопасных смесей. Бурение ведут как при прямой, так и при обратной схеме циркуляции, причем в последнем случае циркуляцию можно обеспечить созданием разрежения на устье скважины с помощью вакуум-насосов или вентиляторов высокого давления.

Наиболее целесообразно применять газообразные и газожидкостные очистные агенты в районах распространения многолетней мерзлоты, в дренированных разрезах, в безводных, пустынных, высокогорных и других районах, где доставка воды сопряжена с большими трудностями и затратами средств.

Бурение скважин с применением газообразных очистных агентов в благоприятных условиях обладает рядом существенных преимуществ:

1. Механическая скорость бурения увеличивается по сравнению с жидкостной промывкой в 4-5 раз в твердых и в 2-3 раза в мягких породах вследствие уменьшения гидростатического давления на забой скважины, отсутствия на забое фильтрационной глинистой корки или толстого ламинарного подслоя, которые препятствуют удалению продуктов разрушения породы с забоя.

2. Стойкость породоразрушающего инструмента возрастает в 2-5 раз. При бурении с продувкой воздухом это объясняется отсутствием вторичного измельчения шлама на забое, практически мнгновенно выносимого непосредственно из-под рабочих органов породоразрушающих инструментов высокотурбулентным потоком газа. В силу весьма малой плотности объемный расход воздуха (газа) при бурении, скорость его движения и турбулентность потока, степень которой определяется параметром Рейнольдса (Re), многократно выше, чем при использовании любой промывочной жидкости.

На кафедре технологии и техники бурения скважин ЛГИ исследовали влияние свойств очистных агентов на стойкость породоразрушающего инструмента.

Наилучшие результаты работоспособности коронки получены при продувке воздухом, наихудшие – при промывке глинистым раствором. Именно при продувке установлены наивысшая скорость бурения и проходка на долото. ВНИИБТ при электрооборудовании с продувкой воздухом достигнута рейсовая проходка свыше 900 м. Есть примеры проходки на долото при бурении с продувкой выше 3000 м. Из практики бурения в США известно, что если на проходку скважины глубиной 3000 м с промывкой глинистым раствором затрачивалось 35 дней, то при использовании газообразных агентов – лишь 2-3 дня .

3. Ликвидируются зависимость буровых работ от источников водоснабжения и затруднения, связанные с организацией водоснабжения в труднодоступных, засушливых и безводных районах, а также в районах Крайнего Севера.

4. Устраняются расходы на приобретение и доставку глины, воды и реагентов для обработки буровых растворов и затраты времени, труда и средств на их приготовление.

5. Во многих случаях возможна беспрепятственная проходка интервалов полного поглощения промывочной жидкости. При этом не затрачиваются время и средства на борьбу с поглощениями.

6. Улучшаются условия труда буровой бригады, особенно при низких температурах атмосферного воздуха.

7. Упрощаются и облегчаются монтажные работы в результате устранения необходимости рыть отстойники, устраивать желобную систему и т.п. Это преимущество особенно ценно при массовом бурении мелких скважин самоходными буровыми установками.

8. Устраняются набухание, размывание стенок скважин и обвалы в породах, естесственная структура которых нарушается при смачивании водой.

9. Облегчаются гидрогеологические наблюдения в скважинах, обнаружение водо- , нефте- и газоносных горизонтов.

10. Устраняются загрязнение и обводнение призабойной зоны в разведочных и эксплуатационных скважинах, вследствие чего значительно упрощается освоение скважин, увеличиваются дебиты при эксплуатации.

11. Облегчаются спуск и извлечение обсадных труб.

12. Отсутствуют загрязнение, размывание и растворение керна промывочной жидкостью.

13. Обеспечивается опробование по шламу при бескерновом бурении с такой же достоверностью, как в горных выработках. В некоторых случаях получение геологических результатов ускоряется в 10-15 раз.

14. Снимаются проблемы захоронения отработанных буровых растворов.

15. Качество буровых работ в области распространения многолетнемерзлых пород резко возрастает, а процесс бурения облегчается и удешевляется по следующим причинам:

а) увеличивается выход керна в сцементированных льдом породах, обеспечивается получение образцов пород в их естесственом криогенном состоянии без нарушения структуры и загрязнения, что особенно важно при инженерных изысканиях.

б) отсутствует необходимость в сооружении утепленной циркуляционной системы;

в) сокращаются расходы на транспортирование топлива (для снеготаяния), глины, воды и химреагентов.

г) исключаются простои и аварии вследствие замерзания промывочной жидкости на поверхности и в скважине;

д) облегчается конструкция скважин благодаря повышению устойчивости ее стенок. В большинстве случаев обсадка требуется только для перекрытия верхнего участка наносов с целью установки направления и укрепления герметизирующего устройства.

16. В благоприятных условиях стоимость 1 м проходки снижается, а производительность бурения возрастает, примерно в 2 раза и более.