Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Куличихин Н.И. Разведочное бурение учебник

.pdf
Скачиваний:
68
Добавлен:
27.10.2023
Размер:
21.12 Mб
Скачать

Бурение при помощи гибкого шланга и забойного двигателя является по сравнению с обычными методами более простым сред­ ством проведения буровых ра­ бот в суровых морских ус- // ловиях.

§ 5. ПОДВОДНЫЕ БУРОВЫЕ СТАНКИ

Для бурения неглубоких скважин (до 1,5 м) в скаль­ ных породах под толщей воды глубиной от 10 до 400 м компания SEGANS (Фран­ ция) спроектировала подвод­ ный буровой станок с элек­ тронным телеуправлением. Место установки станка на дне моря определялось с по­ мощью фотосъемки. Погру­ жение станка производится гидравлическим качающимся подъемником с исследова­ тельского судна, которое ос­ нащено необходимым элек­ тронным оборудованием, по­ зволяющим определить ме­ стоположение с большой точностью.

Буровой станок в мор­ ской воде весит около 1,5 т, но чтобы он служил также

идополнительным якорем

для корабля, он

снабжался

Рис.

199.

Подводная

буровая

установка

дополнительно

балластом.

 

 

фирмы ВИРТ

(ФРГ)

 

Станок имел трехногую раму

1 — кабель для управления о корабля буровой

установкой;

2 — направляющая воронка для

и телеуправляемый

буровой

керноприемных труб;

3 — прожектор;

4 — пере­

механизм, который

работает

двигающаяся подводная телевизионная установка;

S — прибор

для контроля

установки бурового

под давлением до 40 кг/см2.

основания

горизонтально;

 

б — гидравлические

домкраты для выравнивания

бурового основа­

В качестве

бурового инстру­

ния;

7 — силовой

привод;

8 — буровой насос;

мента применяется алмазная

9 — магазин с бурильными трубами; 10 — шланг

для подачи

масла и

электрокабель;

11 — кран

коронка.

Электродвигатель

для

спуска и подъема

буровой установки.

одновременно приводит в дви­

 

 

 

 

нагнетает в бу­

жение вращатель и промывочный насос, который

рильные трубы морскую воду.

 

 

 

 

 

 

 

Все механизмы заключены в цилиндрический корпус, который смонтирован на салазках вышки.

Два концевых контакта передают на пульт управления сигналы о выполнении той или иной операции бурения, а электрическая

система блокировки, расположенная на пульте, предотвращает ошибочные действия.

Продолжительность бурения подобным подводным станком сква­ жины глубиной 1.5 м составляет 2 ч, а спуск его на глубину 400 м — 1 ч. Примерно такое же количество времени затрачивается на подъем станка на борт судна.

Работы по подводному бурению успешно проводились в Гиб­ ралтарском проливе.

В настоящее время сконструированы и изготовлены подобные станки, один из которых рассчитан на глубину скважин до 20 м, а другой до 100 м. Использование таких станков позволит значи­ тельно улучшить колонковое бурение морских скважин и открывает новый метод подводного бурения.

Фирма ВИРТ (ФРГ) сконструировала подводную буровую уста­ новку. опускаемую в собранном виде на дно океана со специального судна (рис. 199). Управление бурением осуществляется с пульта управ­ ления на судне. Наблюдение за работой осуществляется с помощью подводной телевизионной камеры. Максимальная глубина дна — 200 м. Максимальная глубина скважин 100 м.

Способ бурения колонковый с применением съемных керно­ приемных труб, которые вместе с керном поднимаются на судно и оттуда опускаются вновь в скважину.

При помощи манипуляторов происходит наращивание буриль­ ных труб, управляемое с судна. Подводный вращатель с гидропри­ водом обеспечивает непрерывную проходку на полную длину бу­ рильной трубы. При стойкой коронке при бурении скважины глубиной 60—80 м подъем инструмента осуществляется только по окончании скважины, после чего вся буровая установка поднимается на судно и перевозится на новую точку бурения.

Г Л А В А X X I

ТАМПОНАЖ

СКВАЖИН

§ 1. О БЩ ИЕ

СВЕДЕН ИЯ

При бурении на жидкие и газообразные полезные ископаемые, а также на минеральные соли необходимо изолировать пласт полез­ ного ископаемого от вышележащих пластов. Без надежной изоля­

ции грунтовые и пластовые воды могут

 

 

 

проникать в

пласт

полезного

 

ископаемого

 

 

 

и обводнять его. Изоляция отдельных гори­

 

 

 

зонтов в скважине

называется

тампонажем.

 

 

 

Сущность этой операции заключается в сле­

 

 

 

дующем.

 

чем

вскрыть

продуктивный

 

 

 

Прежде

 

 

 

пласт,

проходку

скважины

 

прекращают

 

 

 

в водонепроницаемом

пласте

(рис.

200),

 

 

 

затем опускают колонну

обсадных труб 1

 

 

 

с герметичными соединениями, а кольце­

 

 

 

вое пространство между низом колонны и

 

 

 

стенками скважины плотно

заполняют

водо­

 

 

 

непроницаемым материалом

2.

Различают

 

 

 

постоянный и временный тампонаж. Посто­

 

 

 

янный

тампонаж

скважины

производится

 

 

 

цементом. Временный тампонаж производят

пласт

 

 

при помощи

специальных

тампонов — «Па­

Рис. 200.

О бщ ая

схема

керов»

или задавливанием

колонны

отсад-

там понаж а скваж ин .

ных труб в

глину.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

§ 2. ТАМ ПОНАЖ

ГЛИ Н О Й

 

 

Тампонаж глиной часто производят при

бурении

разведочных

гидрогеологических скважин.

 

 

залегает пласт глины

мощно­

Если над водоносным

горизонтом

стью не менее 2,4—3 м, тампонаж осуществляется простым вдавлива­ нием башмака обсадной колонны в глину, предварительно пробурив

этот пласт приблизительно на 1 м. Если водоупором является не глина, а другая водонепроницаемая порода, то заполняют низ скважины вязкой глиной, в башмак обсадной колонны вставляют конусную пробку и выдавливают глину в затрубное пространство,

§ 3. ТАМ ПОНАЖ ЦЕМ ЕНТОМ

Тампонажным цементом называется материал, состоящий из смеси вяжущих веществ иногда с добавками: а) минеральными (квар­ цевый песок, молотый шлак, бентонит) или б) органическими (хлоп­ ковые очесы, отходы целлюлозного производства и т. д.).

После затворения с водой тампонажный цемент должен давать подвижный раствор, перекачиваемый насосами, который должен схватываться через определенное время и затем превращаться в водо­ непроницаемый цеметный камень.

В зависимости от вяжущего материала тампонажные цементы делятся на несколько видов:

1)тампонажный цемент на базе портландцемента;

2)тампонажный цемент на базе доменных шлаков (для скважин

свысокой температурой);

3)известково-песчаные и прочие смеси.

Взависимости от условий применения цементы можно разделить на три класса:

1)

для холодных скважин (ХЦ) с температурой испытания

22 ±

2 °С;

2)для горячих скважин (ГЦ) с температурой испытания 75 ± 3 °С;

3)для глубоких скважин с высокой забойной температурой (ВЦ), который должен испытываться при Т от 100 до 200 °С при давлениях от 300 до 1000 кгс/см2.

При разведочном бурении чаще всего примняется цемент для холодных скважин. Его характеристика такова:

1) удельный вес 3,1—3,2 гс/см3,

2)при просеивании сквозь сито № 90 должно проходить не менее 85 % пробы;

3)содержание серного ангидрида (S03) не должно превышать

3,5%;

4)сроки схватывания цементного раствора с содержанием 50% воды по отношению к весу цемента (W = 0,5) и прочность цемент­

ного камня 1 должны быть:

а) начало схватывания не ранее 3 ч и не позже 3 ч 30 мин после затворения;

б) конец схватывания не позднее 3 ч после начала схватывания; в) минимальный предел прочности цементного камня (на изгиб)

через двое суток после конца схватывания — 27 кгс/см2.

Для ускорения начала схватывания (при неглубоких скважи­ нах) к цементному раствору добавляют СаС12 или Na2C03 в коли­ честве 2% от веса сухого цемента.

1 При затворении на пресной воде.

Высокая температура является активным ускорителем схва­ тывания цемента. Поэтому в глубоких скважинах при высокой температуре забоя применяют специальные цементы, на которые высокая температура оказывает меньшее влияние; кроме того, к цементному раствору прибавляют замедлители схватывания (из­ вестковое молоко, буру, глинистый раствор). Для замедления схва­ тывания может быть применена длительная промывка скважины сильно охлажденным раствором.

 

 

 

 

Приготовление цементного раствора

 

 

 

Цементный раствор должен приготовляться как можно

быстрее,

чтобы

предупредить

его

схватывание

во

время

нагнетания

его

в скважину.

 

 

 

раствора

рекомендуется

 

 

 

Для

приготовления

 

 

 

применять

цементомешалки,

особенно

если

тре­

 

 

 

буется значительное количество цементного рас­

 

 

 

твора.

Цементомешалки

используются

механи­

 

 

 

ческие

или

гидравлические.

 

 

 

 

 

 

 

 

При глубоком разведочном бурении приме­

 

 

 

няют

специальные

цементировочные

агрегаты,

 

 

 

смонтированные на автомашине. В

этом агрегате

 

 

 

установлены: а) гидравлическая цементомешалка;

 

 

 

б) насос

для

питания

цементомешалки

водой;

 

 

 

в) насос

высокого давления

для подачи цемент­

 

 

 

ного раствора в скважину; г) мерные чаны; д) сеть

 

 

 

трубопроводов

с

задвижками; е)

измерительная

 

 

 

аппаратура.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тампонаж с двумя разделяющими пробками

 

 

 

Этот способ тампонажа применяют при глубо­

 

 

 

ком бурении. Прежде

всего требуется подготовка

 

 

 

забоя для создания около башмака затрубного

 

 

 

кольца достаточного объема. В месте тампонажа,

Рис. 201. Низ там­

т. е. у башмака и выше, порода должна

 

быть

понажной колон­

водонепроницаемой.

Перед

спуском

обсадных

 

ны.

 

труб скважина проверяется на цилиндричность

1 — башмак;

2

пробка

деревянная

при помощи проверочного долота

или

зубчатой

или цементная;

з

коронки,

причем

диаметр коронки

должен быть

обсадная труба;

4

муфта;

5 — упорное

больше

диаметра

обсадной

колонны.

Одновре­

кольцо;

6 — направ­

ляющие

планки

фо­

менно тщательно промывают скважину и заме­

 

нари.

 

няют глинистый раствор новым. Если породы

 

 

 

устойчивы,

то промывку

ведут водой. При глубоком бурении про­

веряют диаметр скважины с

помощью каверномера.

 

звеньями

Проверенные

заранее

обсадные трубы

свинчивают

по две —три трубы. При проверке труб необходимо обращать вни­ мание на качество резьбы. К нижней башмачной трубе приваривают

направляющие планки (фонари). На 6—10 м выше башмака внутри трубы укрепляют упорное кольцо (рис. 201).

В конце спуска колонны (не доходя еще до забоя на 10—15 м) начинают промывку. Эта промывка осуществляется через цементи­ ровочную головку, устанавливаемую на верхней обсадной трубе

Рис. 202.

Цементировочная

Рис. 203. Схема

цементирования с двумя проб­

 

головка.

 

 

 

 

 

 

 

ками.

 

 

1 — корпус,

в котором

 

устана­

а — прокачка

глинистого

раствора;

б — подача

цемент­

вливается верхняя

пробка; 2

ного раствора

в

трубы;

в — продавливание цементного

стопоры

пробки;

3 — отверстие

раствора

к забою;

г — продавливание цементного рас­

для закачки цементного

раство­

твора в

затрубное

пространство и

схождение

пробок.

ра; 4 — отверстие

для

закачки

(рис. 202). Для промывки могут быть

продавочной

жидкости;

5

резьба

под

муфту

обсадной

 

 

трубы.

 

 

также использованы вертлюг-сальник и

 

 

 

 

 

 

переходник

на

обсадные

трубы.

Схема

цементирования с

двумя

пробками

показана

на рис.

203. После

промывки

затрубного пространства

снимают

заливочную

головку

3, опускают нижнюю пробку 1, снова надевают головку 3

и зака­

чивают

в

трубы

нужное

количество

цементного

раствора 4

(рис. 203, б). Цементный

раствор с

верхней

пробкой

2,

которая

заранее

устанавливается

в

корпусе

цементировочной

головки

(см. рис. 202), продавливают вниз глинистым раствором, закачиваемым насосом выше верхней пробки. Пробки выполнены в виде легкоразрушающегося чугунного стакана с пригуммированными к нему тремя резиновыми манжетами (рис. 204, а и б )1.

1 На разведочном бурении иногда нижней пробки не ставят; верхняя пробка делается обычно из дерева.

Стакан нижней пробки (без дна) закрыт резиновой мембранной 1, прорывающейся при дохождении пробки до упора. Стакан верхней пробки имеет прочное дно. Когда нижняя пробка дойдет до упор­ ного кольца, она остановится, вследствие чего резко повысится давление и резиновая мембрана 1 прорвется. Верхняя пробка под напором продавочной жидкости будет спускаться и вытеснять цемент­ ный раствор в затрубное устройство. Когда верхняя пробка оста­ новится на нижней, выход жидкости будет перекрыт, и давление резко повысится. Это будет сигналом для окончания нагнетания продавочной жидкости. Насос останавливают, колонну опускают на забой и вентиль (задвижку) заливочной головки закрывают, чтобы не было обратного движения жид­ кости из скважины. В таком виде колонна остается герметически закрытой до затвердения цемента.

§ 4. ПРОВЕРКА

ТАМПОНАЖА

 

 

 

Через

сутки

после

заливки

 

 

 

цемента проверяют

герметичность

 

 

 

колонны и герметичность у баш­

 

 

 

мака. Эта

проверка

производится

а

в

 

двумя способами.

 

 

 

 

 

применяют,

Рис. 204. Разделяющие

пробки.

Первый

способ

а — нижняя; б — верхняя.

 

когда тампонажная колонна полна

 

 

жид­

жидкости. В тампонажную колонну нагнетают дополнительно

кость через заливочную

головку,

поднимая давление

до

40—

50 кгс/см2, затем закрывают все задвижки и наблюдают за показа­ ниями манометра. Если в течение 20 мин давление упадет менее чем на 5 кгс/см2, то тампонаж признается удачным. Если колонна не герметична, то определяют место течи, для чего вводят в колонну верхнюю пробку (см. рис. 203, а) надевают заливочную головку на колонну и нагнетают жидкость, при этом пробка будет опускаться до места течи. Определив при помощи троса с грузом расстояние от верха колонны до места остановки пробки, опускают заливоч­ ные трубки на эту глубину и нагнетают в затрубное пространство цементный раствор (иногда производят предварительно перфора­

цию

колонны).

 

 

 

Перед испытанием по второму способу вычерпывают воду (или

раствор) с помощью желонки до самого

низа

скважины,

или

(при

глубоких скважинах) значительно

ниже

уровня грунто­

вых

вод.

 

 

изме­

Затем, закрыв скважину сверху, опечатывают и через 24 ч

ряют изменение уровня жидкости в скважине. При изменении уровня меньше чем на 1 м герметичность колонны признается удовлетво­ рительной. После установления герметичности колонны, разбури­

вают цементную

пробку у башмака, углубляют скважину на 1 —

2 м и производят

аналогично проверку герметичности у башмака

колонны. Дальнейшее бурение скважины производится после установ­ ления положительных результатов проверки герметичности колонны у башмака.

 

 

 

§ 5. РАСЧЕТ

ТАМПОНАЖА

ЦЕМЕНТОМ

 

 

 

 

Объем цементного раствора, которые

следует залить в скважину,

определяется по

формуле

(рис. 205).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V = k

\

[(D2 -

d2) Я ! + ф і -

D2) Я2 + d2H3\,

 

 

 

(111)

где V — объем

цементного

раствора;

 

к — коэффициент,

учитыва

ющий возможное

увеличение

диаметра

скважины,

проникновение

 

 

 

 

части цементного

раствора

в пористые породы

 

 

 

 

и раструску цемента

на поверхности

(обычно

 

 

 

 

к =

1,2—1,4);

Н

— глубина скважины; Н 1

 

 

 

 

высота подъема цемента в затрубном простран­

 

 

 

 

стве; Я 2 — высота расширенного места

в

сква­

 

 

 

 

жине; Я 3 — высота цементной пробки в обсад­

 

 

 

 

ных

трубах; D — диаметр скважины; d — на­

 

 

 

 

ружный

диаметр

 

обсадных

труб;

d1 — вну­

 

 

 

 

тренний

диаметр обсадных труб;Я0 — диаметр

 

 

 

 

расширенного

места

скважины;

с

 

D—d

 

 

 

 

о =

———

 

 

 

 

зазор между стенками скважины и наружной

 

 

 

 

стенкой

обсадной

 

колонны.

Этот

зазор

при

 

 

 

 

тампонаже цементом около 10—15 мм.

необхо­

 

 

 

 

Количество тампонажного цемента,

 

 

 

 

димого для приготовления V в дм3 цементного

 

 

 

 

раствора,

подсчитывают по формуле

 

 

 

Р ис. 205.

Схема

дл я

 

 

 

 

 

 

<?Ц= Ч>Ѵ,

 

 

 

 

 

(112)

где Оц — вес тампонажного

цемента

в кг, ко­

расчета

цементиро­

ван и я

скваж ины .

 

торый зависит от соотношения цемента и воды.

 

 

 

 

Для

раствора,

в

 

котором

на

100 кг

цемента

расходуется 50 л воды, ф ^

1,25, а при сорокапроцентном цементном

растворе {W =

0,4) — (на 100 кг цемента — 40 л воды) ф ^

1,44.

Количество

воды или глинистого раствора для

продавливания

цемента

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vnp = ^ d 2( H - H 3).

 

 

 

 

 

(ИЗ)

При тампонаже с помощью заливочных трубок

объем

раствора

для продавливания

будет невелик. В формуле (ИЗ) размер

dx дол­

жен быть равен внутреннему диаметру заливочных трубок.

 

Если

Qa — производительность насоса в л/мин,

то общее время

на подачу цементного раствора и продавливание его в затрубное пространство будет:

f = Z±ijLP + ^

(114)

Ѵ н

где t t = 10—15 мин — добавочное время на свинчивание и навин­ чивание цементировочной головки и закладки пробок.

Общее время t должно быть меньше времени начала схватывания цементного раствора. -

Давление насоса при закачке цементного раствора и продавочной жидкости меняются. Во время опускания столба цементного раствора давление насоса понижается.

С начала выдавливания цементного раствора в затрубное про­ странство давление будет повышаться. В самом конце продавки цементного раствора давление достигает следующей величины:

Ртах = Рі + Р2 + Рз + - ^ ~ ( У ц р - У ж ) ,

( 1 4 5 )

где р г — потеря напора в обсадной колонне; р 2 — потеря

напора

в кольцевом зазоре; р3 ■— сумма потерь от местных сопротивлений; Ѵцр — удельный вес цементного раствора; для 50%-ного цементного раствора уцр = 1,83, для 40%-ного — уцр = 1,94; уж— удельный вес глинистого раствора, который применяется для промывки коль­ цевого зазора и для продавки цементного раствора.

Сумма потерь р г + р 2 + р3 определяется по манометру в конце промывки кольцевого зазора перед началом заливки цементного раствора.

§ 6. ГЕ РМ Е Т И ЗА Ц И Я УС ТЬЯ С К В А Ж И Н Ы

Скважины могут пересекать высоконапорные фонтанирующие горизонты. В этом случае для промывки следует применять утяжелен­ ные растворы, а устье скважины герметизировать при помощи превентора. В нижней части бурильных труб над колонковым сна­ рядом устанавливают обратный клапан, который плотно закрывается, если фонтанные воды устремляются из забоя в трубы. Вокруг устья скважины выкапывается и хорошо закрепляется шурф.

Кондуктор от башмака до устья цементируют. Кольцевые зазоры между смежными колоннами обсадных труб тщательно гермети­ зируют, при этом верхние части колонн, находящиеся в шурфе, обрезают. На кондуктор 1 при помощи фланцевого соединения 2 устанавливают превентор 1 (рис. 206).

Детали превентора соединяется на фланцах с уплотняющими прокладками. Превентор состоит из нижней задвижки 3, патрубка 4, верхней задвижки 5, отводящего патрубка 6 с запорным вентилем 7.

Бурильные трубы 8, проходящие во время бурения через сальни­ ковое уплотнение 9, должны быть гладкими снаружи. Для пропуска колонковой трубы сальник 9 снимается. Длина патрубка 4 должна быть больше длины колонкового снаряда.

Задвижки 3 и 5 устроены следующим образом.

1 П ревентор можно устанавливать и н а тампонаж ную колонну.

24 Заказ 306

В корпусе из стального литья, закрытом фланцем 10 или трой­ ником 10а, помещается клапан 11, который поворачиваетя при помощи рукоятки 12 и валика 13.

Рис. 206. Схема уста­ новки превентора н ад устьем разведочной с к в а ­ ж ины .

Для измерения давления жидкости в трубах под нижним клапа­ ном 11 установлен манометр 14. Выпуск жидкости при закрытом нижнем клапане 11 производится через перепускную трубу 15 с вентилем 16.

При наличии превентора можно бурить под давлением, произ­ водя дросселирование вытекающей промывочной жидкости вен­ тилем 7. При бурении обе задвижки открыты. Герметизация сква­ жины производится сальником 9. Когда колонковый снаряд поднят

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ