8.3.4. Средства и технологии ликвидации геологических осложнений отечественного производства

К основным способам ликвидации геологических осложнений можно отнести тампонирование зоны осложнений цементными растворами путем закачивания их через колонну бурильных труб или доставки в скважину в контейнере [6,15].

В ряде случаев для ликвидации осложнений возможно применение разнообразных синтетических смол.

Известны и другие способы ликвидации осложнений, которые изложены в работах [6, 14, 20].

Одним из самых эффективных и новых средств, предназначенных для предупреждения и ликвидации геологических осложнений, возникающих в процессе бурения скважин, является тампонажная смесь ЛП, разработанная специалистами НПК «Геотехнология».

Тампонажная смесь ЛП представляет собой вязкую пастообразную систему, обладающую гидроизолирующими и крепящими свойствами. После доставки в зону осложнения, взаимодействуя с водой или глинистым раствором, превращается в резиноподобную массу, увеличиваясь в объеме от 10 до 50 раз в течение 3–5 минут. Устойчива к минерализации до 15–50 г/дм³; плотность вещества 1,45–1,63 гр/см³; рН 6–7; не замерзает до температуры -35 °С.

При понижении температуры (ниже -10 ^ºС) наблюдается увеличение вязкости смеси, но при этом характерно полное восстановление свойств после цикличного замораживания-оттаивания.

Применение тампонажной смеси ЛП при бурении скважин в сложных геологических условиях позволяет успешно решать следующие задачи:

- ликвидация поглощений промывочной жидкости, возникающих при бурении скважин различного назначения;

- крепление неустойчивых интервалов буровзрывных скважин, склонных к обрушению и вывалообразованию;

- изоляция обсадных колон и разобщение горизонтов.

Ликвидация поглощения промывочной жидкости. Наиболее распространенным видом осложнений в практике бурения геологоразведочных скважин является поглощение промывочной жидкости, сопровождаемое потерей бурового раствора и вероятностью прихвата бурового снаряда по причине нарушения гидростатического баланса и скопления шлама в скважине.

В зависимости от назначения скважины и от применяемого бурового инструмента технология ликвидации поглощения промывочной жидкости с помощью тампонажной смеси ЛП осуществляется следующим образом.

Технология ликвидации поглощения промывочной жидкости при бурении скважин комплексом со съемным керноприемником (ССК):

1) при возникновении поглощения промывочной жидкости остановить бурение, извлечь керноприемник. В случае необходимости допускается углубка скважины, но не более чем на 1–2 м от интервала возникновения зоны поглощения;

2) после извлечения керноприемника приподнять снаряд от забоя на 0,3–0,5 м;

3) в бурильную колонну установить нижнюю продавочную пробку из плотной бумаги;

4) протолкнуть пробку вниз по колонне с учетом предполагаемого объема заливаемой тампонажной смеси;

5) в поставляемой таре перемешать тампонажную смесь до однородного состояния;

6) залить в бурильные трубы расчетное количество тампонажной смеси. Количество смеси зависит от технических характеристик бурового насоса и колеблется в пределах 3–5 л на одно тампонирование в зависимости от диаметра скважины (указанное количество смеси не рекомендуется превышать по экономическим соображениям);

7) установить верхнюю продавочную пробку.

8) с помощью бурового насоса промывочной жидкостью (водой) продавить смесь, доставив ее в зону поглощения, после чего выключить насос. Сигналом доставки смеси в зону поглощения служит падение давления на манометре до минимального значения;

9) для активации тампонажной смеси и равномерного распределения ее в поглощающем интервале произвести вращение снаряда с частой порядка 150 мин^-1 в течение 2–3 минут;

10) включить насос и убедиться в восстановлении циркуляции промывки.

11) продолжить бурение.

Восстановление циркуляции промывочной жидкости после доставки смеси в зону поглощения и перемешивании (активации) её с буровым раствором происходит в течение 3–5 минут.

Технология ликвидации поглощения промывочной жидкости при бурении скважин одинарными колонковыми снарядами:

1) при возникновении поглощения промывочной жидкости остановить бурение, зафиксировав керн в колонковой трубе. В случае необходимости допускается углубка скважины, но не более чем на 1–2 м ниже интервала поглощения промывочного раствора;

2) извлечь буровой снаряд из скважины;

3) подготовить контейнер для доставки тампонажной смеси ЛП в зону поглощения или водопроявления. С целью снижения времени на ликвидацию поглощения рекомендуется использовать колонковую трубу, которой осуществляется бурение. Для этого необходимо извлечь из нее поднятый с забоя керн, предварительно отсоединив буровую коронку;

4) в колонковую трубу, освобожденную от керна, установить пробку из плотной бумаги и протолкнуть её на глубину с учетом предполагаемого объема заливаемой смеси;

5) приподняв нижний конец колонковой трубы, наполнить трубу расчетным количеством смеси. Для удобства заполнения контейнера (колонковой трубы) рекомендуем воспользоваться нагнетательным шприцем. Количество смеси зависит от технических характеристик бурового насоса и колеблется в пределах 3–4 л на одно тампонирование для скважин диаметром 59 или 76 мм (указанное количество смеси не рекомендуется превышать по экономическим соображениям);

6) установить нижнюю пробку из плотной бумаги в месте установки кернорвательного кольца и присоединить буровую коронку;

7) опустить контейнер (колонковую трубу) на бурильных трубах в скважину и убедится, что он дошел до забоя;

8) приподнять контейнер (колонковую трубу) от забоя на величину 0,3–0,5 м;

9) с помощью бурового насоса промывочной жидкостью продавить тампонажную смесь ЛП, доставив ее в зону поглощения, после чего выключить насос. Сигналом доставки смеси в зону поглощения служит падение давления на манометре до минимального значения;

10) для активации тампонажной смеси и равномерного распределения ее в поглощающем интервале, следует произвести вращение снаряда с частотой вращения 150 мин^-1 в течение 2–3 минут;

11) включить насос и убедится в восстановлении циркуляции;

12) восстановление циркуляции промывочной жидкости после доставки смеси в зону поглощения и активации её происходит в течение 3–5 минут;

13) после восстановления циркуляции промывочной жидкости, не извлекая бурильную колонну из скважины, продолжить бурение.

Крепление неустойчивых интервалов скважин, склонных к обрушению и вывалообразованию. При бурении по несвязным горным породам и насыпным грунтам, склонным к обрушению и вывалообразованию, возникают поглощения промывочной жидкости, вывалы и обрушения стенок скважины. Применение полимерглинистого раствора в таких случаях не всегда целесообразно, так как указанные породы имеют высокую степень проницаемости, в связи с чем имеет место полное поглощение промывочной жидкости.

Наиболее традиционным способом крепления таких зон является изоляция неустойчивых интервалов обсадными трубами методом «бурения с опережающим спуском обсадных труб». Однако этот способ связан с увеличением металлоемкости скважин и значительными затратами времени на проведение изоляционных работ.

Использование тампонажных смесей ЛП вместо обсадных труб позволяет значительно снизить стоимость метра бурения таких скважин за счет снижения металлоемкости и уменьшения времени на изоляцию неустойчивых горизонтов.

Как только стало очевидно, что применяемый глинистый раствор не способствует закреплению стенок и формированию ствола скважины, следует воспользоваться тампонажным раствором ЛП.

Технология изоляции и крепления стенок скважины при бурении по несвязным горным породам и насыпным грунтам, заключается в следующем:

1) после извлечения из скважины бурового снаряда в скважины через устье заливается тампонажная смесь ЛП в расчетном объеме, который зависит от проницаемости горных пород диаметра скважины и мощность интервала неустойчивых пород. При плотности 1,5–1,6 г/см³ тампонажная смесь опускается на забой под собственным весом;

2) собирается тампонирующий снаряд, состоящий из колонковой трубы стандартного диаметра, приближенного к диаметру скважины, и шарошечного долота с заглушенным отверстием для промывки. Длина снаряда должна незначительно превышать мощность интервала крепления;

3) снаряд опускается в скважину, и с минимальной частотой вращения без подачи промывочной жидкости разбуривается интервал обрушения породы до забоя. При этом тампонажная смесь, контактируя с водой, активируется, превращаясь в нетвердеющую, гигроскопичную массу, которая, проникая в пустоты и поры горной породы, связывает ее, формируя устойчивый ствол скважины;

4) бурение по неустойчивым породам должно осуществляться с использованием глинистого раствора, обработанного полимерными реагентами;

5) если мощность интервала неустойчивых пород составляет 10 и более метров, тампонажную смесь, предварительно разбавленную водой до состояния, прокачиваемого буровым насосом (поршневым или плунжерным), можно применять в качестве промывочной жидкости с эффектом крепления стенок скважины.

Изоляция обсадных колон и разобщение горизонтов. Механическое закрепление стенок скважины обсадными трубами, являясь наиболее универсальным, надежным и самым распространенным способом изоляции интервалов осложнений, в то же время значительно увеличивает себестоимость буровых работ. Процент извлечения обсадных труб после окончания бурения не превышает 30–40 %, а оставленные в скважине трубы после завершения ее бурения оказывают негативное воздействие на экологию водоносных горизонтов, вскрытых при проходке скважины. Кроме того, перекрытие обсадными трубами неустойчивых интервалов в трещиноватых породах не обеспечивает надежной изоляции скважины, вследствие чего высока вероятность выхода промывочной жидкости в затрубное пространство обсадной колонны, что значительно осложняет процесс бурения скважины.

Для предотвращения выхода промывочной жидкости из затрубного пространства, обеспечения разобщения водоносных горизонтов, вскрытых при бурении скважины, а также для беспрепятственного извлечения колонны обсадных труб кольцевой зазор между стенкой скважины и обсадными трубами целесообразно изолировать тампонажной смесью ЛП.

Нетвердеющая, гигроскопичная масса, образованная тампонажной жидкостью ЛП, заполняя заколонное пространство обсадных труб, обеспечивает 100 %-ную изоляцию последних и значительно облегчает процесс извлечения труб из скважины после окончания бурения. Предлагаемая технология позволяет увеличить процент извлечения колонн обсадных труб до 80 %.

Технология изоляции заколонного пространства скважины осуществляется аналогично процессу цементирования колоны обсадных труб и заключается в следующем:

1) опустить в скважину колону обсадных труб до забоя;

2) убедиться, что трубы находятся на забое, а затем приподнять их на 10–15 см;

3) рассчитать объем заколонного пространства, учитывая коэффициент разработки ствола скважины;

4) в емкости смешать тампонажную смесь ЛП с водой в примерном соотношении 1:10 и довести полученную консистенцию до состояния текучести, увеличивая водную составляющую с тем, чтобы ее можно было закачать насосом в скважину или залить через устье вручную;

5) расчетное количество залитой в скважину тампонажной смеси продавить промывочной жидкостью (технической водой, глинистым раствором) до выхода смеси на устье скважины из заколонного пространства, после чего выключить насос;

6) проворачивая обсадную колонну с минимальной частотой вращения, опустить ее на забой и продолжить вращение в течение 3–4 минут;

7) продолжить бурение в соответствии с техническим проектом скважины.

Описанные выше технологии позволяют использовать тампонажные смеси ЛП для изоляции промежуточных обсадных колонн при сооружении водозаборных скважин на ранних стадиях проведения поисковых работ, что значительно сократит время на ожидание затвердевания цемента и позволит при проведении ликвидационных работ извлечь обсадные трубы из скважины.

С пособ «сухого» тампонирования предназначен для ликвидации частичных и полных поглощений промывочной жидкости при бурении.

Сущность способа заключается в доставке сухой БСС (40–50 % цемента М400 или М500 и 40–50 % гипса или алебастра) в скважину и приго-товлении в интервале осложнения смеси с низким водоцементным соотношением с помощью специи-ального инструмента – шнека с левым направлением реборд с упругим резиновым затиром. В процессе тампонирования в скважине не образуется цементного материала, так как применяемый «левый» шнек при разбуривании и перемешивании доставленной в скважину смеси БСС обеспечивает нагнетание смеси, а затир с резиновым элементом производит втирание смеси в стенки скважины, закрывая трещины и поры, фиксируя склонную к обваливанию породу.

Доставка смеси БСС произ-водится в колонковой трубе напол-ненной полиэтиленовыми паке-тами со смесью, длиной 0,5–0,8 м и диаметром равным диаметру колонковой трубы.

Порядок проведения работ при тампонировании следующий (рис. 8.7):

1) при встрече интервала осложнения, связанного с поглощением промывочной жидкости, бурение продолжается на глубину 5–7 м ниже кровли интервала поглощения;

2) в зону поглощения доставляются полиэтиленовые мешочки, наполненные БСС и помещенные в колонковую трубу с нижней и верхней продавочными пробками (рис. 8.7, а). Возможен вариант доставки мешочков свободным спуском через ствол скважины;

3) спускается колонковый снаряд с шарошечным долотом, шнеком и затиром и производится разбуривание мешочков со смесью (рис. 8.7, б);

4) при разбуривании мешочков из скважины должна выходить промывочная жидкость, в противном случае процесс повторяется;

5) при достижении забоя скважины в случае восстановления циркуляции промывочной жидкости дается время для затвердевания смеси в скважине в течение 2 – 3 часов, после чего углубка скважины продолжается;

При разбуривании смеси осевая нагрузка составляет 4,0–7,0 кН, частота вращения до 100–150 мин^-1, количество промывочной жидкости 10–40 л/мин в зависимости от степени трещиноватости горных пород (минимум количества жидкости – при интенсивной трещиноватости, максимум – при минимальной).

Опыт применения метода «сухого» тампонирования в ПГО «Сосновгеология» показал, что этот способ дает хорошие результаты при малой и средней интенсивности поглощения промывочной жидкости и длине поглощающих интервалов не более 5–10 метров.