Общие сведения. Область применения

К газожидкостным смесям относят аэрированные жидкости и пены. Это весьма эффективные очистные агенты не зслуженно забытые в последие годы,но требующие более значительного внимания и совершенствования.

Газожидкостные смеси обладают рядом достоинств перед промывочными жидкостями. Основным их отличительным свойством является невысокая вязкость и плотность, способствующая снижению гидростатического давления на забой скважины и повышению механической скорости бурения.

Пена обладает повышенной закупоривающей и несущей способностью (в 7–8 раз выше способности воды), низкой водоотдачей, низкой теплоемкостью и теплопроводностью, высокими антифрикционными свойствами. Пены не загрязняют продуктивные пласты, как другие промывочные растворы.

Кроме того, по сравнению с продувкой скважин отмечается снижение энергии на вращение снаряда.По сравнению с промывкой снижаются затраты на материалы и приготовление очистного агента.

Механическая скорость бурения с применением пены по сравнению с промывкой буровыми растворами в 1,5 раза выше.

При бурении мерзлых пород большим преимуществом использования пен по сравнению с другими очистными агентами (промывочными жидкостями и воздухом) является отсутствие необходимости их охлаждения.

В районах вечной мерзлоты температура воды даже в летний период не превышает 6–10 ⁰С и при температуре охлажденного первой ступенью воздуха +30 ⁰С температура пены составляет 8–15 ⁰С. Из-за малых массовых расходов и особых теплофизических свойств пена несет малый запас тепла. Поэтому в скважине она быстро приобретает температуру окружающих пород.

Пена представляет собой дисперсную систему, в которой дисперсионной средой являются пленки воды, а дисперсной фазой – газ, составляющий основную часть объема системы – 99 %. Соотношение фаз в дисперсных системах воздух-жидкость определяется степенью аэрации α, представляющей собой отношение расходов газа У_г и жидкости У_ж при атмосферном давлении.А=У/У.

Дисперсионная система при α ≤ 50 представляет аэрированную жидкость, а при α = 50–350 – пену.

Существуют различные способы получения пены. Наибольшее распространение получил способ, при котором пена получается при помощи компрессора низкого давления и дожимного устройства, смонтированного на буровом насосе.

Бурение с очисткой забоя пеной сочетает преимущества бурения с продувкой воздухом и с промывкой эмульсиями.

Пены применяют при бурении скважин на твердые, жидкие и газообразные полезные ископаемые. Они широко используются при бурении геологоразведочных скважин в многолетнемерзлых, трещиноватых, перемежающихся по твердости породах; породах, подверженных эрозийному износу при высоких скоростях восходящего потока жидкости или воздуха; в мореных отложениях; в интервалах поглощения очистного агента; в дренированных зонах разреза; в высокогорных, пустынных, арктических районах с затрудненными условиями обеспечения буровых установок технической водой.

Пену не следует применять при бурении по несцементированным рыхлым породам, в сильно обводненных породах и в высоконапорных пластах, где давление превышает давление столба пены. В Красноярском крае в Норильской комплексной геологоразведочной экспедиции пены нашли широкое распространение в 1987 г. За это время накоплен определенный опыт, позволяющий судить о достоинствах и недостатках данного метода очистки забоя скважин.

К достоинствам, наряду с перечисленными выше, можно отнести следующие:

высокую смазывающую способность;

более высокую, чем при промывке скважин механическую скорость бурения;

высокую удерживающую способность;

значительное снижение расходов материалов на приготовление очистного агента и, следовательно, снижение общих затрат по скважине;

возможность бурения многолетнемерзлых и трещиноватых пород;

сокращение затрат времени на предупреждение и ликвидацию поглощений промывочного агента в скважине;

Недостатком является невозможность обеспечения устойчивости стенок скважины при бурении осадочных пород, склонных к обрушению.

Верхняя часть разреза скважин, бурящихся в Норильском районе, в основном представлена устойчивыми породами эффузивной толщи, изобилующими зонами поглощений промывочной жидкости, поэтому весьма целесообразно развивать и расширять область применения бурения скважин с очисткой забоя пеной.

Начиная с момента внедрения способа бурения с очисткой забоя пеной и до 1987 г. в Норильской КГРЭ наблюдался неуклонный рост механической скорости бурения этим способом.

В последние годы в связи с перестройкой и кризисом в стране зтот эффективный высокопроизводительный способ, как и везде в России не применяют, хотя многие исседователи продолжают работать по его совершенствованию.