5.5. 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 добавлениями 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 8 поступает в затрубное пространство. Омывая забой, циркулирующий агент с выбуренной породой направляется по бурильным трубам в ведущую бурильную трубу 1, вертлюг, напорный рукав, стояк 2 и по перепускному патрубку в выкидную линию 11.

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.

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; б — амбары для воды; 7, 8 — амбары для бурового раствора; 9 — резервный амбар; 10 — приемник шлама; 11 — мостки и стеллажи для труб

Рис. 5.11. Обвязка устья скважины при бурении с очисткой забоя воздухом или газом: 1 — 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; 11 — выкидная линия; 12 — вращающийся паркер

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.