Способы очистки забоя скважины

Лекция 3. Очистка забоя скважины от продуктов разрушения и их транспортировки на поверхность

Следующая основная рабочая операция при бурении скважин это очистка забоя скважины от продуктов разрешения (шлама0 и их транспортировки на поверхность.

Если не очищать забой скважины от продуктов разрушения, то скалившийся шлам будет препятствовать дальнейшей углубке, а чрезмерное скопление шлама может привести к прихвату бурового снаряда с вытекающими отсюда последствиями, т.е. к авариям.

В настоящее время очистка забоя скважины от шлама и его транспортировка осуществляется различными способами, основными из которых являются гидравлический, пневматический, механический и комбинированный способы.

При гидравлическом способе (промывке скважин) в качестве промывочных жидкостей при бурении применяются: техническая вода и специальные растворы (глинистые или безглинистые, солевые, аэрированные и эмульсии), а также естественные растворы, образующиеся в процессе бурения скважин.

При вращательном бурении скважин на воду в породах слабоустойчивых чаще всего используют глинистые растворы, применение которых обеспечивает:

— закрепление пород в стенках скважин за счет их глинизации и создания повышенного гидростатического давления;

— временную изоляцию водоносных пластов;

— удержание частиц выбуренных пород во взвешенном состоянии при прекращении циркуляции жидкости;

— уменьшение потерь жидкости при пересечении водопоглощающих горизонтов;

— улучшение условий очистки забоя и транспортировки продуктов разрушения на дневную поверхность.

Аэрированные жидкости применяются при необходимости для снижения гидростатического давления столба жидкости в скважине и проникновения её в пласты. При этом снижаются потери жидкости и уменьшается засорение водоносных пластов.

В практике бурения скважин используются три основные схемы промывки: прямая, обратная и комбинированная.

Система прямой промывки скважин характеризуется простотой (рисунок 5,а), но имеет ряд недостатков. К их числу можно отнести повышенный расход жидкости, особенно при бурении скважин большого диаметра, в связи с необходимостью получать достаточно большую скорость восходящего потока, обеспечивающего вынос продуктов разрушения на поверхность и увеличение возможности возникновения аварий за счет обвалов стенок скважин, сложенных неустойчивыми породами, и прихватов бурового снаряда шламом, оседающим на забой в момент прекращения циркуляции жидкости.

Обратная схема (рисунок 5,б) может осуществляться путем нагнетания жидкости или отсасывания её с помощью насосов (поршневых, центробежных, вакуумных, водоструйных или эрлифтов). При обратной промывке циркуляция жидкости может быть полной или неполной, местной или внутрискважинной – со сбором шлама в специальные призабойные шламоулавливающие устройства. Схема обратной промывки характеризуется целым рядом преимуществ, основными из которых являются:

— возможность получать большие скорости восходящего потока при небольшом расходе промывочной жидкости и меньшей потере напора;

— улучшение условий формирования керна и возможность его транспортировки на поверхность без подъема бурового снаряда;

— уменьшение потерь промывочной жидкости, в особенности при работе с двойной колонной бурильных труб и т.д.

Схема комбинированной циркуляции (рисунок 5,в) чаще всего используется для повышения выхода керна за счет предотвращения размыва керна прямым потоком.

а) прямая б) обратная в) комбинированная

Рисунок 5. Схемы промывки скважин

При пневматическом способе очистки в качестве очистного агента вместо жидкости используется газ или воздух. Газ используется при бурении скважин на нефть или газ, так как использование воздуха может привести к воспламенению нефти или газа. В данном случае могут быть использованы отработанные газы двигателей внутреннего сгорания. Самое широкое распространение получила продувка скважин воздухом.

Использование воздуха в качестве очистного агента имеет ряд преимуществ по сравнению с промывкой скважин, к которым относятся:

— нет необходимости в приготовлении бурового раствора;

— отсутствие специальной очистной системы и оборудования для очистки промывочной жидкости;

— возможность бурения в безводных районах;

— повышенная механическая скорость бурения;

— улучшение санитарно-гигиенических условий работы буровой бригады, особенно в зимний период;

-возможность бурения скважин в районах вечной мерзлоты и т.п.

Тем не менее, существует ряд недостатков, которые сдерживают более широкое его применение. Основным недостатком является то, что при притонах в скважину воды появляются осложнения, которые могут впоследствии привести к тяжелым авариям. Так, например при малых водопритоках смачивание частиц выбуренной породы, размеры которых колеблются от размера пыли до нескольких миллиметров, что приводит к образованию тестообразной массы, наматыванию сальников и затяжке бурового снаряда.

При средних и обильных водопротоках резко снижается глубина бурения и глубина бурения зависит от рабочего давления компрессора. Так, например, если компрессор имеет рабочие давление 0,7 МПа, то с учетом гидравлических сопротивлений глубина бурения составит не более 70 метров.

Механический способ очистки забоя получил распространение при ударном и шнековом способах бурения скважин.

Сущность шнекового способа очистки и транспортировки продуктов разрушения заключается в том, что при помощи шнекового транспортера, представляющего собой полую трубу с приваренной на нее спиральной лентой (ребордой), за чет сил трения между стенками скважины и выбуренной горной породой, находящейся на реборде, происходит ее движение к поверхности.

При ударном способе после разрушения пород буровой снаряд извлекается на поверхность и в скважину опускается специальный инструмент, предназначенный для очистки и транспортировки шлама на поверхность. Такой инструмент называется желонкой.

Желонка многократно при поднимается и сбрасывается над забоем и продукты разрушения, находящиеся во взвешенном состоянии, для чего в скважину доливается вода, наполняют желонку и затем ее извлекают на поверхность. Конструкции желонок разнообразны и их конструкции будут рассмотрены позже.

Сущность комбинированной способа очитки заключается, как правило, в комбинации гидравлического или пневматического способов с механическим. Этот способ применяется для более лучшей очистки скважины, особенно при бурении скважин увеличенного диаметра или при бурении скважин колонковым способом.

На рис.6 представлена схема комбинированного способа очистки скважин.

Рис 6. Схема комбинированного способа очистки скважин 1-породоразрушающий инструмент, 2-колонковая труба, 3-переходник, 4- шламовая труба, 5-бурильные трубы.

В состав бурового снаряда, стоящего из породоразрушающего инструмента -1, колонковой трубы -2, переходника -3 и бурильных труб-5, включают шламовую трубы-4, который и является шламосборником. Находящий поток по колонне бурильных труб через переходник и колонковую трубу поступает к забою, омывает его и восходящий поток вместе с частицами выбуренной породы поднимается по кольцевому зазору между стенками скважины и колонковой трубой (сечение А-А). В связи с тем, что в этом сечении зазор мал, скорость восходящего потока будет большим, и он обладает высокой несущей способностью, что обеспечивает вынос всех частиц. В сечение Б-Б происходит увеличение площади сечения, по которому поднимается промывочная жидкость и, естественно снижается скорость восходящего потока, что приводит к снижению несущей способности потока. При отсутствии шламовой трубе на этом участке происходит накопление шлама из

более крупных частиц, образуя при этом так называемые шламовые пробки, в последствии приводящие и затяжке бурового снаряда и к авариям. Для устранения этого в компоновку бурового снаряда включает шламовые трубы, изготовленного из колонковой трубы того же диаметра, что и колонковая. Зависшие частицы шлама оседают во внутрь колонковой трубы и по окончании рейса извлекается на поверхность. В этом случае получается комбинация гидравлического или пневматического способов очистки и транспортировки продуктов разрушения с механическим (шламовая трубы).

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Забой скважины: конструкция и очистка

Чтобы понимать, что такое забой скважины, нужно иметь общее представление о процессе, компонентах конструкции, их функциях.

Подобную технологию очень часто применяют, поскольку скважины используются в различных областях. Это геологическая выработка, у которой длина больше, чем диаметр. Часто такая система искусственного типа, включающая несколько составных компонентов, создается для добычи воды.

Особенности конструкции

Прежде чем разобраться с забоем, нужно выяснить, где он располагается. Скважина представляет собой геологическую выработку. Ее составляющие:

• устье – самое начало;
• стенка – поверхность внутри, имеет форму цилиндра;
• ствол – все пространство внутри;
• забой – дно скважины.

В целом скважина включает такие элементы:

1. Направление. Это первая часть устья, которая включает рыхлые породы, они легко размываются. Чтобы укрепить, делают широкую скважину до того слоя, где находятся более твердые породы. Обычно это примерно от 4 до 8 м. В отверстие ставят трубу, а промежуток заливают бетоном.
2. Кондуктор. Это часть, которая идет следом за направлением. Кондуктор укрепляют обсадной трубкой, которая состоит из множества более мелких. Пространство между ним и цементом тоже заливают цементом.
3. Промежуточная колонна. Участок, который проходит через направление, и кондуктор, чтобы перекрыть собой слабые либо трудные слои, а также те, которые не планируется в дальнейшем разрабатывать. Если скважина очень глубокая, то промежуточных колонн может быть несколько.
4. Эксплуатационная колона. Это участок от дна до устья. Именно по нему и транспортируют материал.
5. Забой. Это самая последняя зона скважины. Она предназначается для извлечения продукта из слоев. Сам пласт имеет верхнюю и нижнюю границу (кровля и подошва).

Это главные компоненты, без которых не бывает ни одной скважины.

Функции забоя

Конструкция забоев скважин является одной из главных составляющих бурения. Она выполняет такие функции:

• Поддерживает механическую прочность продуктивного слоя, за счет чего можно погружать требуемое оборудование забоев скважин.
• Поддерживает достаточную гидравлическую проницаемость механизма перед забоем.
• Дает возможность доступа к остальным пластам продуктивного типа, которые изначально не планировалось использовать.
• Возможность воздействовать на различные рядом расположенные прослойки либо отдельные участки продуктивного слоя.
• Поддерживание дренажа всего используемого пласта.

Так как условия разработки могут быть разными, то и конструкция забоя скважины бывает нескольких типов: открытая, с фильтром, перфорированная, перекрытая.

Открытый забой

Забой открытого типа обустраивают так, чтобы эксплуатационная колонна доходила до начала используемого слоя. В таком состоянии она фиксируется цементом. После этого пласт разделывают уже оборудованием с меньшим диаметром. Ствол будет оставаться открытым.

Такую конструкцию можно использовать в следующих случаях:

• выяснены точные границы используемого слоя;
• толщина пласта небольшая;
• прослойка включает породы, которые не обрушатся;
• пласт является однородным и не включает глинистую массу, которая может обрушиваться из-за набухания;
• нет необходимости воздействовать на отельные подпрослойки.

У открытого забоя наиболее высокий показатель эффективности гидродинамического типа по сравнению с другими видами конструкций. Вот почему коэффициенты гидродинамического бурения у других типов измеряют относительно забоя открытого типа, который берется за единицу.

Минусом является то, что нет возможности разрабатывать отдельные зоны пласта либо раздельно влиять на них. Кроме того, есть вероятность обвала слоя во время откачки, из-за того, что уменьшается давление внутри него. Поэтому скважины с забоем открытого типа применяют редко – примерно в 5 % случаев.

Забой, перекрытый перфорированным хвостовиком эксплуатационной колонны

Если планируется использовать такой тип забоя, то скважину углубляют до подошвы выбранного слоя и фиксируют эксплуатационной колонной с перфорацией просверленного типа, которая находится на уровне продуктивного пласта. После этого ее цементируют до того места, где начинается используемый слой.

Перфорированная зона будет оставаться открытой. Этот вариант не имеет таких недостатков, как уменьшение рабочего диаметра, риск обрушения пород. Такой способ забоя скважин применяют в тех же случаях, что и открытый тип.

Забой с фильтром

Если выбран забой с фильтром, то обсадная колонна ставится до верхнего края используемой прослойки и заливается цементом. По ней в пласт помещают фильтр, который имеет отверстия в виде круга либо щели. Участки между фильтром и трубой закрывают сальником.

Подходят барьеры различных конструкций. К примеру, используют такие:

1. Кольцевой фильтр. Он включает кольца, надетые на перфорированную трубку. Между ними есть ленты такой толщины, чтобы формировался требуемый зазор, который и необходим для фильтрации.
2. Гравийный фильтр. Это 2 перфорированные трубки концентрического типа. Между ними располагается гравий размером в 0,5-0,6 см. Именно он и является фильтрующим элементом.
3. Металлокерамический фильтр. Это кольца из керамической дроби, которая запекается под высоким давлением. Изделие надевают на перфорированную трубку.

Последняя разновидность фильтров является наиболее эффективной, так как гидродинамическое сопротивление низкое, обладает хорошей очистительной способностью.

В целом забои с фильтром применяют для защиты добываемого продукта от примесей песка во время разработки слоев, где могут быть подобные образования.

Перфорированный забой

Такой вариант конструкции считается наиболее распространенным. Он обладает такими плюсами:

1. Простота монтажа.
2. Высокое качество изоляции.
3. Есть возможность дальнейшей разработки других слоев.
4. Есть возможность влиять на рядом расположенные пласты.
5. Сечение скважины остается неизменным в течение продолжительного времени.

Чтобы сделать перформированный забой, требуется пробурить отверстие от выбранной отметки. До места установки обсадной трубы все исследуется посредством специального оборудования. В итоге, можно сделать отметки водоносного слоя, причем результат будет максимально точным.

Когда опускается труба, ее цементируют от забоя и до определенных отметок, а также перфорируют в области используемого пласта.

Очистка: гидравлический метод

Важной рабочей операцией является очистка забоя скважины во время ее бурения. При этом требуется удалять шлак, транспортируя его наверх. Если не делать это, то накопленные массы будут мешать дальнейшему углублению. А если их будет слишком много, то могут спровоцировать прихват бурового снаряда, что приведет к аварии и разрушению забоя скважины.

Важно учитывать и способы очистки. Она осуществляется разными методами. Одним из них является гидравлический. То есть промывка забоя скважины. Это самый распространенных вариант.

Он предполагает использование жидкости на забое скважины. Обычно используют техническую воду, специальные средства – солевые, глинистые и безглинистые, эарированные. Кроме того, задействуют растворы естественного происхождения. Они образуются непосредственно в процессе забоя скважины во время ее бурения.

Если породы являются слабоустойчивыми, то во время вращения бура применяют глинистые растворы. Они выполняют следующие функции:

• Фиксируют породу в стенках скважины за счет глинизации и формирования повышенного гидростатического давления на забое скважины.
• Временно изолируют водоносный пласт.
• Удерживают частицы освобожденной породы во взвешенном состоянии, когда прекращает циркулировать жидкость.
• Уменьшают потерю жидкости, когда полагается проходить через водопоглощающие слои.
• Значительно улучшают условия чистки забоя и транспортировки шлама.

Жидкости аэрированного типа применяют. Это нужно, чтобы уменьшить гидростатическое давление на забое скважины и проникновения жидкости в слои. При этом меньше засоряются водоносные пласты, уменьшается потеря жидкости.

Прямая схема промывки

Прямая промывка очень проста, но имеет ряд минусов. Сюда относится повышение затрат жидкости, особенно если диаметр скважины большой.

Связано с тем, что нужно иметь значительную скорость восходящей струи, которая обеспечивает выведение шлама. Кроме того, влияет повышение вероятности появления аварии из-за обвалов стенок, которые выполнены из неустойчивой породы.

Обратная схема промывки

Обратное промывание осуществляется за счет того, что нагнетается жидкость либо она откачивается специальным насосом. Используется оборудование вакуумного, центробежного, поршневого, водоструйного типа либо эрлифты. При таком методе промывания циркулирование раствора бывает локальным либо внутрискваженным, полным либо нет.

Подобная схема обладает следующими преимуществами:

• повышается скорость восходящей струи и при этом расход жидкости небольшой;
• можно транспортироваться массы без бурового снаряда.

Эти нюансы обязательно нужно учитывать.

Очистка: пневматический метод

При этом методе очистки вместо раствора применяют воздух либо газ. Последний используют во время бурения скважин с нефтью. В газоносных регионах тоже его применяют. Это связано с тем, что воздух использовать там запрещено, так как это может привести к пожару. Например, можно использовать газы отработанного типа от двигателей внутреннего сгорания.

А вот продувание воздухом является более распространенным методом. Его применяют даже чаще, чем промывание. К плюсам относится следующее:

• не требуется готовить раствор;
• не понадобится специальное оборудование для чистки жидкости;
• можно бурить в районах неводоносного типа, а также в местах с вечной мерзлотой;
• скорость бурения становится выше;
• санитарно-гигиенические условия для бригады лучше, особенно зимой.

Но у такого метода есть и недостатки. Главным является то, что при попадании в скважину воды могут быть спровоцированы аварии. К примеру, небольшой водоприток приводит к тому, что шлам превращается в массу наподобие теста, которая облепляет оборудование. В более сложных случаях уменьшается глубина бурения.

Очистка: механический способ

Такой метод предполагает шнековый и ударный способы. Причем так называются типы и бурения, и одновременно очистки. Оба метода одинаково популярны.

В первом случае применяется специальный шнековый транспортер, который представляет собой полую трубку со спиральной лентой. При ее трении разрушается порода и поднимается наверх из-за движения аппарата.

При ударном методе после разрушения породы буровой установкой применяют специальные механизмы, которые опускается в скважину и транспортируют из нее шлам. Такое оборудование называют желонкой. Она большое количество раз поднимается на поверхность и сбрасывает собранный материал, который имеет взвешенное состояние. Для этого и подливают в скважину немного раствора.

Очистка: комбинированный метод

Комбинированный метод очистки предполагает сочетание гидравлического либо пневматического способа с механическим. Такой вариант считается более эффективным. Часто его применяют, когда скважины имеют форму колонок, либо у них большой диаметр.

Источник