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 бурениемс 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
	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
	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
	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
	Длина эксплуатационной колонны (H1), м
	Длина уширенного контура (от кровли пласта до забоя), H2, м
Продолжение табл. 7.1
	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
	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
	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
	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
	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
	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

Литература

1. Квашнин Г.П. Технология вскрытия и освоения водоносных пластов. – М.: Недра, 1987. – 247 с.

 

 

Таблица 1

Классификация способов вскрытия водоносных пластов

Рекомендуемый способ вскрытия водоносного пласта	Технология вскрытия пласта	Группа водоносного пласта по гидродинамическим условиям	Рекомендуемые конструктивные элементы водоприемной части скважины
Параметры фильтра
Глубна скважины. м	Тип	Диаметр, мм	Длинна, м	Наличие гравийной обсыпки	Максимальный дебит, м3\час
Ударно-канатный	С опережением забоя вспомогательной колонной обсадных труб и последующим оголением фильтра.	А-1-а		Сетчатый, проволочный	219-325		Гравийная обсыпка (возможно многослойная); типы 2,4.
Под защитой тикситропной рубашки	А-11-б.г 11-б,г		Сетчатый	168-273		Тип 1
Фильтровой колонны с дырчатым щелевым каркасом, проволочной обмоткой и конусным башмаком	А-111-в		Проволочный Каркас без обмотки	273-426		Без гравийной обсыпки, тип 1
Открытым забоем, без крепления трубами	Б-1-в, В-111-в		Каркас	273-325		Без гравийной обсыпки, тип 10
Вращательный с прямой промывкой	Технической водой	А-1-в, А-11-б		Сетчатый проволочный	168-377		Гравийная обсыпка уширенного контура от 500 до 900мм; типы 3,5.
	Б-1,11-а,б В-1-а,г В-11,111-г		Проволочный Каркас без обмотки, Без фильтра	219-273	10-200	Без гравийной обсыпки типы 9,10
Глинистыми растворами	А-1,11-г	100-1500 и более	Сетчатый, проволочный	168-325	10-300	Гравийная обсыпка до 300 мм; тип 3
Аэрированными растворами	Б-1-б   Б-111-в	100-600	Дырчатый каркас, каркас Без фильтра	168-273, 168-219	10-300	Гравийная обсыпка до 500мм, тип 3 Без гравийной обсыпки, типы 9,10	150-500
Меловыми растворами	Б-11-б Б-1-б	100-600	Каркас Без фильтра	168-273		Без гравийной обсыпки, типы 9,10	150-500
Социальными	А-1-а,г А-11-б.г Иногда Б,В-1, 11-а,б Залегающие в условиях многолетней мерзлоты и др.	100-600	Сетчатый, проволочный	168-273		Иногда с гравийной обсыпкой, типы 1,8
Вращательный с обратной промывкой	Технической водой	А-1-а А-11-б	200 и более	Сетчатый, проволочный	325-426, 325-426		Гравийная обсыпка до 1000мм; типы 2,3. Без гравийной обсыпки; типы 1,9	300 и более
Глинистыми растворами	А-111-в В-11,11-б,в А-1,11,111-г		Каркас Без фильтра Сетчатый. проволочный	500,500, 325 - 426		С гравийной обсыпкой диаметром до 1000 мм; типы 3,5,2.
Вращательный с продувкой воздухом	С пневмоударниками	В-1,11-а,б		Без фильтра (или каркаса)			Без гравийной обсыпки, типы 9,10	5-30
	С прямой продувкой и бурением шарошечным долотом	Б-111-б
		В-1,11,111-а,б,в		Каркас Без фильтра			То же, типы 9,10
Гидровмыв фильтра	С гидравлическим расширением с гидронасадкой	А-1-а А-11-б		Сетчатый Проволочный	168-325		С обсыпкой фильтра гравием; типы 3, 5, 2
Разработка каверны для бесфильтровой скважины	С заполнением каверны гравием	А-1,11-а,б с неустойчивой кровлей водоносного пласта	100-300	Без фильтра	-		С заполнением гравием, тип 6
	Без заполнения каверны гравием	А-1,11-а,б с устойчивой кровлей водоносного пласта	100-300	Без фильтра	-		С заполнением каверны гравием, или без гравия, тип 7

Примечание: в породах группы A-I, II водоносных пластов при вскрытии рекомендуется разработка каверны механическим или гидравлическим расширителем для гравийной обсыпки уширенного контура.