§ 1. Общие сведения о бурении скважин с продувкой воздухом

Применение газообразных очистных агентов (воздуха), как показывает отечественная и зарубежная практика, в определенных условиях более целесообразно, чем бурение с использованием промывочной жидкости. При этом возможно осуществлять бурение скважин как с отбором керна, так и без него. Так же, как и при бурении с промывкой, в этом случае применяют две схемы продувки — прямую и обратную. Наиболее распространенной является прямая схема. Отличительной особенностью рассматриваемого способа удаления продуктов разрушения (УПР) является то, что циркулирующий агент (воздух или газ), имея большую подвижность, интенсивнее очищает забой от частиц и, расширяясь при выходе из бурового снаряда в скважину, эффективно охлаждает забойный инструмент.

На рис. 14.1 представлена схема обвязки устья скважины при бурении с прямой циркуляцией воздуха. От компрессора по трубе I через влагоотделитель 2 воздух по трубам 3, напорному шлангу 4 и бурильным трубам 5 подается к забою. Выходя из коронки 7 воздух резко расширяется, за счет чего понижается его температура. Это приводит к охлаждению коронки, а поток воздуха поднимает продукты разрушения в шламовую трубу 6 и по стволу скважины через превентор 8 (сальниковое устройство) и трубу 9 на поверхность. С целью улавливания шлама, а также во избежание загрязнения атмосферы вокруг буровой на конце трубы 9 устанавливают шламоочистители циклонного типа или отсасывающий вентилятор.

Шламоочиститель состоит из центробежного циклона 11 и гидравлического фильтра, соединенных между собой трубой. Циклон, в который поступает воздух по трубе 10, состоит, в свою очередь, из трубы 12 со спиральным каналом 13, конуса 14 и бункера 15 с заглушкой 16. Гидравлический фильтр 17 имеет трубу 18, перфорированную в нижней части, горизонтально расположенные тарельчатые сетки 19 и выходной патрубок 20.

Таким образом, воздух из трубопровода 9 через патрубок 10 поступает в спиральный канал 13. Здесь резко падает скорость потока и шлам под действием центробежной силы и силы тяжести отделяется и перемещается в бункер 15. Далее воздух с очень мелкими частицами шлама, двигаясь по трубам 12 к 18, попадает в гидравлический фильтр 17, заполненный на высоту 0,7—0,9 м водой. Здесь происходит окончательная очистка воздуха от частичек шлама (пыли). Из бункера 15 через заглушку 16 периодически отбирают шлам, который может служить материалом для гео-

Рис. 14.1. Схема обвязки устья скважины и циркуляционной системы при бурении прямой продувкой воздухом

логических исследований. Контроль за расходом воздуха и параметрами его циркуляции осуществляется приборами: расходомером 21, манометром 22 и термометром 23.

Основные преимущества пневматического способа транспортирования продуктов разрушения из скважин: увеличение механической скорости бурения; увеличение проходки на коронку (долото); снижение расхода забойных инструментов; улучшение условий изучения геологического разреза по шламу; улучшение условий бурения в зонах интенсивного или полного поглощения промывочной жидкости;

увеличение отдачи водо-, нефте- или газосодержащих продуктивных пластов;

возможность бурения в условиях многолетней мерзлоты и во льдах;

улучшение организации работ зимой, в безводных и высокогорных районах;

улучшение условий работы буровой бригады;

снижение стоимости бурения скважин.

Повышение эффективности бурения скважин с УПР воздухом объясняется влиянием целого ряда факторов. Это прежде всего Ьтсутствие или резкое снижение гидростатического давления столба жидкости на породу в забое, что облегчает разрушение пород, так как забой разгружается от гидростатического давления столба жидкости, которое наблюдается при бурении с промывкой.

Вторым важным фактором является улучшение условий очистки забоя от шлама за счет более высоких скоростей движения воздуха. Наконец, увеличение эффективности бурения с УПР сжатым воздухом связывают с лучшим охлаждением забойного инструмента и отсутствием влаги на забое.

Третьим фактором является возможность отбора незагрязненного шлама с забоя, что позволяет оперативно следить за сменой пород.

Бурение с продувкой успешно ведут в зонах интенсивного или полного поглощения жидкости. При использовании продувки в достаточно устойчивых породах никаких осложнений не возникает. Воздух (или газ), проникая по зонам поглощения, выносит туда и частицы шлама, закупоривая каналы. Никаких изменений в породах, слагающих стенки скважины, при этом не происходит. Стенки скважины не разрушаются и не теряют устойчивости, что бывает при бурении с промывкой за счет смачивания пород, проникающей в них жидкостью.

При бурении разведочных скважин на жидкие полезные ископаемые важным вопросом является опробование продуктивных пластов — определение величины притока полезного ископаемого, например воды, в скважину. При бурении с промывкой глинистым раствором получают всегда заниженные данные, так как каналы, по которым поступает полезное ископаемое, закупориваются глинистыми частицами. Для восстановления притока прибегают к сложным работам по разглинизации пласта. Бурение с продувкой сжатым воздухом устраняет все эти отрицательные моменты. Отдача продуктивных пластов в этом случае всегда будет выше, чем при бурении с промывкой.

Бурение с продувкой в условиях многолетнемерзлых пород также имеет ряд преимуществ перед бурением с промывкой. При этом не нарушается устойчивость стенок скважины, лучше очищается забой от шлама и исключается ряд других осложнений.

Применение пневматического способа УПР из скважин в значительной степени упрощает организацию работ, в особенности в зимнее время и в безводных районах, так как при этом исключается необходимость в доставке воды или глинистого раствора, в сооружении глиностанции и циркуляционной системы и др. Улучшаются при этом и условия труда буровой бригады: чище рабочее место, работа с сухими трубами, что особенно благоприятно в зимних условиях, когда применение промывки может оказаться и небезопасным при обледенении пола буровой у устья скважины.

Наряду с отмеченными преимуществами бурение с продувкой имеет и ряд недостатков. Прежде всего, этот способ не может применяться при бурении в сложных геологических условиях: в неустойчивых породах (песках, плывунах, галечниках и др.) и при значительном притоке воды в скважину. Кроме того, при бурении с продувкой уменьшается процент выхода керна (по трещиноватым породам), увеличиваются износ бурильных труб, усилие на подъем инструмента и искривление скважин. Эти недостатки, естественно, ограничивают область применения пневматического способа УПР.

Приток жидкости в скважину вызывает ряд осложнений. При бурении по вязким, липким породам, в случае слабого водопритока (до 4—5 л/мин), увлажненный шлам налипает на стенках скважины, на бурильных трубах и на замковых соединениях, что приводит к сужению ствола скважины и серьезным авариям. При значительном притоке жидкости от 4 до 60 л/мин затрудняется удаление ее из скважины, увеличивается расход воздуха или газа, а также давление, развиваемое компрессором.

Таким образом, с учетом перечисленных достоинств и недостатков бурение скважин с продувкой можно осуществлять эффективно только в определенных условиях: в необводненных (сухих) разрезах; в трещиноватых породах при интенсивном поглощении промывочной жидкости; в твердых обводненных породах, не дающих липких частиц; в зонах многолетней мерзлоты или во льдах. Бурение в разрезах, сложенных сыпучими или обваливающимися породами, в продувкой воздухом возможно только на соответствующих режимах, специально подбираемых для таких условий (пониженная частота вращения инструмента, применение гладкостенной колонны бурильных труб, пониженная интенсивность движения воздуха и др.). Бурение вязких (липких) пород в обводненных условиях возможно только при использовании добавок (веществ), уменьшающих липкость частиц, или с аэрированием промывочной жидкости (с добавкой пенообразователей). Бурение в увлажненных песках (плывунах) и песчано-галечниковых образованиях с продувкой воздухом практически не целесообразно.