5. Вскрытие водоносных пластов с прямой промывкой водой вращательным бурением

Этот способ основан на избыточном гидростатическом давлении промывочной воды на пласт в процессе его вскрытия и формирования водоприёмной части скважины. Теоретические расчёты и обоснование устойчивости стенок скважины при вскрытии водоносных песков приведены в § 2 гл. I [1].

Вскрытие водоносных пластов, представленных песками, вращательным бурением с прямой промывкой технической водой, рекомендуется для следующих условий: в мелкозернистых однородных песках с мощностью водоносного пласта до 100 м, при чередовании мелко- и крупнозернистых песков с включением гравелистых, в слабосцементированных тонкозернистых песчаниках.

Как правило, вскрываемые водоносные пласты должны быть слабонапорными или напорными без проявления самоизлива воды.

Рис. 7.3. Схемы последовательности технологических операций при вскрытии водоносных песков с прямой промывкой водой и устройством гравийной обсыпки фильтра: 1 – пилот-долото; 2 – колонна УБТ;

3 – бурильные трубы; 4 – эксплуатационная колонна; 5 – расширитель;

6 – фильтровая колонна; 7 – центрирующие фонари; 8, 11 – сальниковые

устройства; 12 – гравийная обсыпка; 13 – направление потока промывочной воды

Крупнозернистые и гравелистые пески с прослоями глин не рекомендуется вскрывать бурением с прямой промывкой водой во избежание наработки естественного глинистого раствора и глинизации стенок скважины. По этим же причинам не рекомендуется бурение подошвы водоносного пласта, представленной глинистыми породами. Технологические операции по вскрытию водоносного пласта с прямой промывкой технической водой и формированию водоприёмной части скважины можно разделить на следующие этапы:

• Первый этап – бурение разведочной скважины, каротаж, определение интервалов установки рабочей части фильтра.

• Второй этап – разбуривание скважины наработанным глинистым раствором до кровли водоносного пласта, крепление эксплуатационной обсадной колонной, цементирование, ОЗЦ, разбуривание цементной пробки, замена раствора технической водой.

• Третий этап – расширение скважины в интервале пласта механическим или гидравлическим долотом – расширителем с промывкой водой.

• Четвёртый этап – извлечение бурового инструмента из скважины с доливом воды, подготовка к спуску фильтровой колонны.

• Пятый этап – спуск фильтровой колонны на нижнем левом переходнике, промывка и устройство гравийной обсыпки в восходящем потоке.

• Шестой этап – откачка скважины, установка сальника и сдача в эксплуатацию.

Рис. 7.4. Схемы технологических операций по вскрытию водоносного пласта и устройству гравийной обсыпки фильтра с прямой промывкой водой (по М.Г. Оноприенко): 1 – пилот-скважина; 2 – электрокаротажная диаграмма; 3 – водоносные пласты; 4 – интервал скважины большего диаметра, пройденный с промывкой глинистым раствором и обсаженный колонной труб; 5 – зацементированное кольцевое пространство; 6 – кольцевое пространство, затампонированное глинистым раствором; 7 – забетонированное кольцевое пространство у устья; 8 – фильтровая колонна; 9 – рабочая часть фильтра; 10 – отстойник фильтра; 11 – муфтовое соединение с левой резьбой на бурильные трубы; 12 – обратный клапан; 13 – бурильные трубы; 14 – герметизирующее приспособление; 15 – направление движения промывочной жидкости; 16 – направление движения песчано-гравийной смеси; 17 – песчано-гравийный фильтр; 18 – эрлифт

При спуско-подъёмных операциях и других работах в скважине, вскрывшей водоносный пласт, следует поддерживать избыточное гидростатическое давление Р_г доливом воды в скважину

Р_г ≥ Р_пл + 0,03, (7.1)

где Р_пл - пластовое давление. (это лишнее)

В процессе бурения избыточное давление поддерживается инфильтрованными силами поглощающейся пластом воды.

Для высококачественного вскрытия водоносного пласта и формирования водоприёмной части скважины при вскрытии пласта с прямой промывкой водой необходимо принять следующие меры.

1. Перед наращиванием колонны бурильных труб скважину следует проработать в течении полного цикла циркуляции промывочной воды.

2. После цементирования эксплуатационной колонны и разбуривания цементного стакана наработанный раствор в эксплуатационной колонне удалить и заменить технической водой.

3. На площадке буровой должен быть запас воды или налажена ритмичная её подвозка в объёме

Q_в = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q_гр, м³, (7.2)

Q₁ = (πD²₁ / 4) H₁ k₁, (7.3)

где Q₁ – объём воды, необходимый для замены промывочной жидкости, заполняющей скважины перед вскрытием пласта, м³;

D₁ – внутренний диаметр эксплуатационной колонны, мм;

H₁ – длина эксплуатационной колонны, м;

k₁ – коэффициент, учитывающий число циклов промывки для полной замены раствора технической водой (k₁ = 1,5...2);

Q₂ = (π(D₂ k₂ ) ²/ 4) H₂, (7.4)

где Q₂ – объём воды, необходимый для заполнения ствола скважины, вскрывшей пласт, м³;

D_{2 –} диаметр скважины, вскрывшей водоносный пласт, мм;

k₂ – коэффициент кавернозности, связанный с размывом песков при вскрытии (k₂ = 1,27…1,3);

H₂ – длина интервала от кровли пласта до забоя скважины, м;

Q₃ = Q_н · Т · k, (7.5)

где Q₃ – объём воды, восполняемый при вскрытии пласта с поглощением, м³;

Q_н – подача бурового насоса, л/с;

Т – время вскрытия пласта, час;

k – коэффициент поглощения (k = 0,2…0,3);

Q₄ = Q_н · Т₁ · k, (7.6)

где Q₄ – объём воды, необходимый для восполнения поглощения при проработке пласта, м³;

Т₁ – время на проработку скважины, каротаж спуск фильтровой колонны и другие работы, час;

Q_гр = Q^'_н Т_гр, (7.7)

где Q_гр – объём воды, используемый при загрузке гравия в водоприёмную часть, м³;

Q^'_н – расчетный расход воды для загрузки гравия;

Т_гр – время загрузки гравия в водоприёмную часть скважины, час

Т_гр = V_гр / U_гр, (7.8)

где V_гр – требуемый объём гравия, м³;

U_гр – рекомендуемая интенсивность загрузки гравия (U_гр – 0,05…3 м³/ч), уточняется расчётом для каждой скважины. (неверные размерности)

Вскрытие водоносного пласта с прямой промывкой технической водой по приведённой технологии позволяет избежать операций по освоению скважин, их разглинизации, а также совмещать операции за один спуско-подъём по установке фильтра и гравийной обсыпке его. При такой технологии вскрытия затраты времени на осветление воды при откачке составляют от нескольких часов до одной станко-смены.

Технология вскрытия водоносных пластов вращательным бурением с прямой промывкой водой требует хорошей оснащённости буровой бригады, полного состава рабочей смены и чёткой организации работ по материально-техническому оснащению. Схема размещения обвязки бурового оборудования приведена на рис. 21, 25 [1].

Таблица 7.1

Варианты заданий на определение качества воды, необходимой для вскрытия водоносного пласта

при вращательном бурении с прямой промывкой водой

№ п/п	Исходные данные	Варианты
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
1	Внутренний диаметр эксплуатационной колонны (Д1), мм	205,1	230,5	259,1	282,5	305,9	321,7	333,0	359,0	257,1	201,1	388,4	406,0	486,0
2	Диаметр скважины уширенного контура, вскрывшей водоносный пласт (Д2), мм	368,0	388,0	445,0	455,0	500,0	520,0	460,0	400,0	420,0	380,0	540,0	600,0	650,0
3	Диаметр каркаса фильтра (Д3)	168,0	188,0	245,0	245,0	299,0	299,0	245,0	188,0	188,0	168,0	341,0	393,0	442,0
4	Длина эксплуатационной колонны (H1), м	100	90	80	70	60	50	40	60	50	70	60	50	40
5	Длина уширенного контура (от кровли пласта до забоя), H2, м	30	28	25	22	20	18	15	12	10	13	16	15	14
Продолжение табл. 7.1
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
6	Коэффициенты: - поглощения, К - числа циклов промывки, К1 - кавернозности, К2	0,30 1,5 1,30	0,29 1,6 1.29	0,28 1,7 1.28	0,27 1,8 1.27	0,26 1,9 1.28	0,25 2,0 1.29	0,24 1,9 1.30	0,23 1,8 1.29	0,22 1,7 1.28	0,21 1,6 1.27	0,20 1,5 1.28	0,21 1,6 1.29	0,22 1,7 1.30
7	Время вскрытия пласта, Т, ч	5,0	2,0	3,0	4,0	2,0	3,0	4,0	2,0	2,0	2,0	2,0	2,0	2,0
8	Время на проработку скважины, Т1, ч	3,0	3,0	3,0	3,0	3,0	3,0	3,0	3,0	3,0	3,0	3,0	3,0	3,0
9	Интенсивность загрузки гравия, Игр, м3/ч	3,0	3,0	3,0	3,0	3,0	3,0	3,0	3,0	3,0	3,0	3,0	3,0	3,0
10	Подача бурового насоса, Qн, л/с	12,0	12,0	12,0	12,0	12,0	12,0	12,0	12,0	12,0	12,0	12,0	12,0	12,0
11	Расход воды для загрузки гравия, Q1н, л/с	0,8	0,85	0,9	0,95	1,00	1,10	0,95	0,90	0,92	0,8	1,00	1,10	1,20