7.9.1. Области применения гжс

Газожидкостные смеси (ГЖС) применяются в мировой практике бурения в качестве очистных агентов уже около полувека. За это время техника и технология применения ГЖС при бурении скважин, как за рубежом, так и в России и других странах СНГ получила значительное развитие, а внедрение газожидкостных очистных агентов, обладающих низкой плотностью и теплоемкостью, способствовало значительному совершенствованию технологических процессов бурения скважин. Как показала отечественная и зарубежная практика, ГЖС обеспечивают значительное повышение механических скоростей бурения и снижение затрат времени на ликвидацию геологических осложнений, благодаря чему резко возрастают производительность и экономичность буровых работ.

К газожидкостным агентам относят туман, пену и аэрированную жидкость. Они представляют собой многофазные дисперсные системы, физико-химические свойства которых зависят от объемного соотношения жидкой и газообразной фаз в смеси, от вида и концентрации в жидкой фазе поверхностно-активных веществ (ПАВ) – пенообразователей, химических реагентов, а также стабилизирующих, ингибирующих, смазывающих и др. добавок, что позволяет регулировать эти свойства в более широком диапазоне значений, чем при использовании буровых растворов на водной основе. Благодаря этому их применение эффективно в самых неблагоприятных для жидкостной промывки условиях. Так, только ГЖС, обладая низкой теплоемкостью, позволяют полностью избежать трудностей бурения скважин в условиях мерзлоты. Возможность же управления плотностью ГЖС позволяет регулировать противодавление на пласт, уравнивая его в необходимых случаях с поровым давлением в пласте, и, тем самым, предупреждать или снижать до минимума непроизводительные затраты времени на ликвидацию геологических осложнений при проходке скважин в условиях частичных или полных поглощений промывочной жидкости, избегать загрязнения вскрываемых пород и кольматации продуктивных пластов

Соотношение фаз в дисперсных системах «жидкость-воздух» при бурении характеризуется обычно степенью аэрации _ж, представляющий собой отношение расходов газа V_г и жидкости V_ж при атмосферном давлении, т.е. _ж = V_г/ V_ж.

При _ж  50 дисперсная система является аэрированной жидкостью, при _ж = 50…300 – пеной, при _ж  300 – туманом.

Для пен иногда используют показатель кратности пены . Кратность пены  оценивается отношением объема пены V_см к объему жидкости V_ж в ней, т.е.  = V_см/ V_ж.

В зарубежной практике ГЖС оценивают по качественному показателю Митчелла (КП), представляющему собой отношение объема газа V_г к объему пены V_см, определяемым при конкретном давлении и температуре, т.е. КП = V_г/ V_см. При КП от 0 до 0,52 ГЖС проявляет свойства ньютоновской жидкости, а при КП от 0,52 до 0,99 – свойства бингамовской пластичной жидкости.

Значительное различие свойств ГЖС в зависимости от газосодержания смеси определяет специфику их применения в практике бурения.

Основная область применения тумана – бурение взрывных скважин на карьерах, разведочных скважин с применением пневмоударников, а также инженерно-геологических и сейсморазведочных скважин. Пены используют в практике бурения как очистной агент весьма низкой плотности для очистки скважин от шлама в условиях поглощения, для борьбы с осложнениями, возникающими при бурении с продувкой в условиях водопроявлений, для ремонта эксплуатационных скважин, вскрытия пластов с низким пластовым давлением, бурения в мерзлоте. Аэрированные растворы применяют для бурения как разведочных, так и эксплуатационных скважин в условиях сильного обводнения, обвалов стенок, поглощения промывочной жидкости.

Наибольший эффект от применения ГЖС достигается в районах распространения многолетней мерзлоты, в дренированных разрезах, в безводных, пустынных, высокогорных и других районах, где доставка водных растворов сопряжена с большими трудностями и затратами средств.

Область рационального применения ГЖС при бурении скважин постоянно расширяется, распространяясь на самые разнообразные географические районы и горно-геологические условия. Постоянно совершенствуется техника и технология применения ГЖС при бурении скважин. Возникают новые разновидности метода: пневмоударное бурение с пенами, бурение с использованием газожидкостных ударных машин (ГЖУМ), бурение с туманом и пеной с использованием двойных концентрических бурильных труб и т.д. Потенциальные возможности применения ГЖС при сооружении скважин далеко не исчерпаны.

В разработке техники и технологии бурения в геологоразведочных скважин с очисткой забоя ГЖС совместно с ВИТРом и его Иркутским отделением принимали участие ведущие вузы, научно-исследовательские специализированные организации, опытно-методические партии новой техники многих производственных геологических организаций России и стран СНГ. Были разработаны и внедрены в практику геологоразведочных работ компрессорно-дожимные устройства (КДУ) на базе буровых насосов для генерации и нагнетания в скважину аэрированных растворов и пен, пеногенераторные установки (ПГУ) для компрессорной подачи пены и тумана в скважины небольшой глубины, различные дозирующие устройства, пеногенераторы, герметизаторы устья скважины, пеноразрушители, обратные клапаны для оснащения бурильной колонны, композиции пенообразователей, приборы контроля расходов и качества ГЖС, рекомендации по технологии бурения скважин с применением ГЖС как бескерновым способом, так и с отбором керна. Был накоплен большой опыт бурения с применением ГЖС в различных климатических и геолого-технических условиях. Бурение велось в породах I-XI категорий по буримости как сплошным, так и кольцевым забоем с применением всех видов породоразрушающего инструмента: различных типов долот и твердосплавных коронок, алмазных коронок с природными и синтетическими алмазами. Для отбора керна применяли одинарные и двойные колонковые трубы, комплексы ССК и КССК. Наибольшая глубина бурения с ГЖС – 2600 м достигнута на одной из скважин, пробуренных в условиях Норильского рудного района. Технико-экономические показатели бурения с применением ГЖС в зависимости от конкретных геолого-технических условий, глубины скважины и способа бурения были, естественно, различны, однако все они значительно превосходили показатели, получаемые при очистке забоя различными видами растворов.

С появлением возможности использования ГЖС геологоразведка получила эффективный метод совершенствования технологических процессов бурения скважин, который нашел уже во второй половине 80-х годов достаточно широкое применение в отрасли.