7
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О БУРЕНИИ СКВАЖИН
1.1. Основные технические понятия, целевое назначение скважин
1.2. Производственные операции бурения
1.3. Основные технологические понятия и показатели бурения
2.ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ПРОЦЕСС БУРЕНИЯ
2.1. Классификация горных пород по степени связности
2.2. Буримость и классификация горных пород по буримости
3.ТАМПОНИРОВАНИЕ СКВАЖИН
3.1. Производство работ по цементированию скважины при помощи двух пробок
3.2. Расчет цементирования скважин способом двух пробок
3.3. Ликвидационный тампонаж скважины
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время бурение скважин, многоцелевое производство и современная промышленность предлагает большой выбор технических средств и технологий, в которых требуется разбираться, чтобы принять правильное решение. В условиях рыночной экономики и жесткой конкуренции между недропользователями к специалистам геологам предъявляются соответствующие требования, так как от его квалификации и знаний, порой на уровне интуиции, может зависеть успех всего предприятия.
1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О БУРЕНИИ СКВАЖИН
Буровая скважина проходит сквозь толщу горных пород, для того чтобы добраться до желаемого объекта - залежи рудного тела, нефти, газа, водоносного горизонта и т.д. Таким образом, скважина это искусственная выемка в горном массиве пород. В то же время, имеются близкие по назначению, но иной формы выемки - горные выработки (шахты, штольни, карьеры), от которых скважина существенно отличается наименьшим объемом выемки на глубину проходки. В этом смысле она наиболее экономичная и самая быстрая по достижению объекта вскрытия. В поперечном сечении скважина имеет форму круга, так как бурение осуществляется обычно способом вращения, при этом диаметр круга очень мал по сравнению с длиной скважины это первые сантиметры, реже десятки сантиметров при глубине бурения в сотни метров и даже несколько километров.
Бурение, особенно глубокое - достаточно сложное производство, требующее применения специальных технических средств, которые в комплексе именуют буровой установкой. В нее входят следующие главные узлы: буровая вышка (или мачта), энергетическое оборудование или силовой привод - двигатель, буровой станок и буровой насос. В зависимости от способа бурения и конструкции установки подразделяются на вращательные, ударные, вибрационные, турбинные и др. По способу транспортировки они также подразделяются на стационарные, передвижные, самоходные и переносные.
1.1.Основные технические понятия, целевое назначение скважин
Диаметр скважины определяется диаметром породоразрушающего инструмента и изменяется в пределах от 16 до 1500 мм.
Длина ствола скважины - это расстояние от устья до забоя скважины, измеренное по ее осевой линии. Глубина скважины это разница между отметками устья и забоя по шкале глубин (ось z). Достигает 12500 м.
Элементы скважины:
Устье скважины - начало скважины, то есть место пересечения ее с земной поверхностью или с поверхностью горной выработки.
Забой скважины - дно скважины
Стенки скважины - боковые поверхности скважины.
Ствол скважины - пространство в недрах, занимаемое скважиной.
По способу разработки забоя бурение разделяется на бескерновое и колонковое (рис. 1.1.).
Бескерновое бурение - бурение, при котором горная порода разрушается на всей площади забоя. Колонковое бурение - бурение, при котором горная порода разрушается по кольцевому забою с сохранением керна. Керн - колонка горной породы, образующаяся в результате кольцевого разрушения забоя скважины.
Основные размеры скважины - диаметры интервалов бурения в мм; диаметры наружные и внутренние колонн обсадных труб в мм; глубина интервалов скважины от устья до забоя в м; общая глубина и длина скважины от устья до забоя в м.
Пространственное расположение буровой скважины определяется: 1) координатами устья x, y, z; 2) направлением скважины; 3) углом наклона скважины; 4) азимутом скважины; 5) глубиной (рис. 1.2.).
По направлению бурения скважины, форме ствола и их количеству скважины делятся на следующие группы: 1- вертикальные; 2- наклонные; 3- горизонтальные; 4- восстающие; 5- искривленные; 6- многоствольны
Буровой установкой называется комплекс, состоящий из буро-вой вышки (или мачты), бурового и энергетического оборудования, необходимых при бурении скважин. В зависимости от способа бурения буровые установки подразделяются на вращательные, ударные, вибрационные и др. В зависимости от транспортных средств подразделяются на стационарные, передвижные, само-ходные и переносные:
По целевому назначению буровые скважины делятся на три основные группы: геологоразведочные, эксплуатационные и технические.
1 - Геологоразведочные скважины :
· Картировочные
· Поисковые
· Разведочные
· Гидрогеологические
· Инженерно-геологические
· Сейсмические
· Структурные
· Опорные
· Параметрические
2 - Эксплуатационные скважины :
· Водозаборные
· Нефтяные и газовые
· Скважины подземной газификации углей
· Скважины для добычи рассолов
· Геотехнологические скважины
3 - Технические скважины:
· Взрывные скважины
· Стволы шурфов и шахт
· Другие
1.2.Производственные операции бурения
Бурение как производственный процесс состоит из ряда последовательных операций,
1. Транспортирование буровой установки на точку бурения;
2. монтаж буровой установки;
3. Собственно бурение (проходка ствола скважины), которое включает в себя:
а) чистое бурение, т. е. непосредственное разрушение горной породы породоразрушающим инструментом на забое скважины;
б) очистка забоя от разрушенной породы и транспортирование ее от забоя до устья скважины. При бурении с промывкой или продувкой, а также при бурении шнеками эта операция совмещается с основной -- чистым бурением;
в) спуско-подъемные операции осуществляются для замены износившегося породоразрушающего инструмента и для подъема керна (образцов пород).
4. Крепление стенок скважины в неустойчивых породах, т. е. способных к обрушения (трещиноватые, слабосвязанные, рыхлые, сыпучие и плывуны), что может производиться двумя способами:
а) крепление спуском в скважину обсадных колонн труб, что требует остановки бурения;
б) крепление промывочными жидкостями, закрепляющими стенки скважины, производимое одновременно с бурением
5. Испытания и исследования в скважине (измерение искривления, каротаж и др.
6. Тампонирование скважин с целью разобщения и изоляции водоносных пластов с разным химическим составом вод или с целью изоляции водоносного пласта от нефтегазоносного.
7. Установки фильтра и водоподъемника в гидрогеологической скважине и производство гидрогеологических исследований (замеры уровня воды в скважине, отборы проб воды, определение дебита скважины с помощью пробных откачек).
8. Предупреждение и ликвидация аварий в скважине.
9. Извлечение обсадных труб и ликвидация скважины после выполнения задачи (ликвидационный тампонаж).
10. Демонтаж буровой установки и перемещение на новую точку бурения
Перечисленные рабочие операции бурения являются последовательными, т. е. могут выполняться последовательно одной и той же бригадой.
При необходимости бурения нескольких скважин и при наличии резервных буровых установок с целью ускорения разведоч-ных ·работ некоторые рабочие операции могут быть параллельными, т. е. выполняться двумя или несколькими специализированными бригадами. Так, например, буровая бригада выполняет собственно бурения и крепление скважины; монтажные бригады занимаются только транспортированием, монтажом, демонтажем буровых установок, ликвидационным тампонажем скважин; каротажная бригада занимается только каротажем и т. п.
1.3. Основные технологические понятия и показатели бурения
Показателями бурения называются параметры, характеризующие количество и качество результатов проходки скважин. Главнейшими из них являются: скорость, стоимость 1 м пробуренной скважины, процент выхода керна, направление ствола скважины и др.
Режимом бурения называется сочетание параметров, которые могут изменяться бурильщиком.
Так, например, при вращательном бурении основными параметрами режима бурения являются: 1) осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент; 2) частота вращения бурового снаряда;
3) качество очистного агента (воды, бурового раствора или сжа-того воздуха); 4) объемный расход, т. е. объем в единицу времени очистного агента.
Различают следующие разновидности режимов бурения: оптимальный и специальный.
Оптимальным режимом бурения называется сочетание параметров режима бурения, обеспечивающих максимальную ско-рость бурения в данных геолого-технических условиях при данном типоразмере породоразрушающего инструмента и при обеспе-чении требуемых качественных показателей: надлежащего на-правления ствола скважины и высокого выхода керна.
Специальным режимом бурения называется сочетание специальных технологических задач. Например, взятие керна полезного ископаемого с помощью специальных технических средств, вы-прямление ствола скважины, искусственное искривление сква-жины в заданном направлении и др. В этом случае величина ско-рости бурения имеет подчиненное значение.
Рейсом бурения называется комплекс работ, затраченных на выполнение следующих рабочих операций: 1) спуск бурового снаряда в скважину; 2) чистое бурение, т. е. углубление сква-жины (основная операция); 3) подъем бурового снаряда из сква-жины.
2.ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД
И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ПРОЦЕСС БУРЕНИЯ
Горные породы классифицируются по разным признакам. По происхождению они делятся на: магматиче-ские или изверженные; (глубинные и излившиеся); осадочные (механические или обломочные, хемогенные, органогенные); метаморфические, образовавшиеся из магматических и осадочных пород на больших глубинах под действием высоких давлений и температур.. Для бурения важны физико-механические свойства горных пород, которые определяют сопротивляемость породы разрушению, а, следовательно, производительность и затраты. Физические свойства горных пород характеризуют их физическое состояние. Из всего разнообразия физических свойств пород прямо или косвенно влияют на процесс бурения следующие: минеральный состав, степень связности, пористость, плотность, удельный вес, структура, текстура, зернистость.
Механические свойства горных пород являются внешним проявлением физических и выражаются в способности оказывать сопротивление деформированию и разрушению. К ним относятся: прочность, крепость, динамическая прочность, твердость, упругость, хрупкость, пластичность, абразивность и др. В целом, изверженные породы наиболее прочные, за ними следуют метаморфические, потом осадочные, хотя и здесь не без исключений. На прочность пород оказывает существенное влияние степень их выветривания. Есть гранит, а есть выветренный гранит, прочность второго намного ниже.
Изучение физико-механических свойств горных пород необходимо 1) для выбора способа бурения и наиболее производительных типов породоразрушающих инструментов; 2) для разработки рациональной технологии бурения и крепления стенок скважины; 3) для расширения геологической изученности района работ. Особое внимание уделяют исследованию физико-механических свойств керна из опорных скважин, так как результаты этого изучения используются при составлении проектов бурения новых скважин..
2.1.Классификация горных пород по степени связности
По степени связности горные породы разделяются на четыре основные группы: скальные, связные, рыхлые (сыпучие) и плывучие. Скальные породы характеризуются различной, обычно высокой твердостью, обусловленной наличием между минеральными зернами молекулярных сил сцепления, которые после разрушения породы не восстанавливаются. Скальные породы по содержанию кварца разделяются на кварцсодержащие и бескварцевые. Первые характеризуются большей твердостью и абразивностью. Связные породы отличаются от скальных меньшей прочностью. Обычно это некоторые типы осадочных пород, в которых обломочный материал связан цементирующей массой иного состава или структуры. К ним, например, относятся различные песчаники. Рыхлые породы (сыпучие) представляют собой механическую смесь частиц минералов или пород, не связанных между собой. Плывучие породы обладают способностью к течению, это обычно разжиженные водой пески (плывуны), но к течению способны породы и в твердом состоянии, например лед.
2.2.Буримость и классификация горных пород по буримости
Буримостью называется сопротивление горной породы проникновению в нее породоразрушающего инструмента. Буримость является комплексной функцией, зависящей, во-первых, от механических и абразивных свойств горных пород, во-вторых, от применяемой техники и технологии бурения, а именно: способа, типа и площади разрушения. Буримость является одним из основных факторов, определяющих производительность труда в процессе бурения скважин.
Для вращательного колонкового бурения все горные породы разделены на двенадцать категорий по возрастающей трудности бурения. Критерием отнесения к той или иной категории является механическая скорость бурения при стандартных условиях. Определить точно только визуально категорию породы по величине механической скорости бурения в производственных условиях не всегда представляется возможным. Тем не менее, это обычно и практикуется при документации керна. При таком визуальном и субъективном способе не исключаются неточности в отнесении породы к той или иной категории, и здесь важен опыт геолога. Буримость зависит от способа бурения. Поэтому для разных способов бурения разработаны свои классификации горных пород по буримости, в которых горные породы сгруппированы в категории в зависимости от показателя буримости. Ниже приводиться классификация пород по их буримости при колонковом способе. За критерий отнесения породы к соответствующей категории принята углубка скважины за 1 час чистого времени бурения. Скорость проходки пород I категории составляет 20-30 м/час; XII категории - 5-10 см/час.
Таблица 2.1
Классификация горных пород по буримости для вращательного механического бурения скважин
|
Катего-рия
породы
|
Горные породы, типичные для каждой категории
|
|
|
I
|
Торф и растительный слой без корней; рыхлые: лесс, пес-ки (не плывуны), супеси без гальки и щебня; ил влажный и иловатые грунты; суглинки лессовидные; трепел: мел слабый
|
|
|
II
|
Торф и растительный слой с корнями или с небольшой при-месью мелкой (до 3 см) гальки и щебня; супеси и суглин-ки с примесью до 20% мелкой (до 3 см) гальки или щебня; пески плотные; суглинок плотный; лесс; мергель рыхлый; плывун без напора; лед; глины средней плотности (лен-точные к пластичные); мел; диатомит; сажи; каменная соль (галит); нацело каолинизированные продукты вывет-ривания изверженных и метаморфизованных лород; железная руда охристая
|
|
|
III
|
Суглинки и супеси с примесью свыше 20% мелкой (до 3 см) гальки или щебня; лесс плотный; дресва; плывун напор-ный; глины с частыми прослоями (до 5 см) слабосцементированных песчаников и мергелей, плотные, мергелистые, загипсованные, песчанистые; алевролиты глинистые слабо-сцементированные; песчаники, слабосцементированные гли-нистым и известковистым цементом; мергель; известняк-ракушечник; мел плотный; магнезит; гипс тонкокристаллический, выветренный; каменный уголь слабый; бурый уголь; сланцы тальковые, разрушенные всех разновидно-стей; марганцевая руда; железная руда окисленная, рых-лая; бокситы глинистые
|
|
|
IV
|
Галечник, состоящий из мелких галек осадочных пород; мерзлые водоносные пески, ил, торф; алевролиты плотные глинистые; песчаники глинистые; мергель плотный; не-1гтот1ыч известняки и доломиты; магнезит плотный; пористые известняки, туфы; опоки глинистые; гипс кристаллический; ангидрит; калийные соли; каменный уголь; бурый уголь крепкий; каолин (первичный); сланцы глинистые, песчано-глинистые, горючие, углистые, алевролитовые; серпентиниты (змеевики) сильно выветренные и оталькованные; неплотные скарны хлоритового и ам-фибол-слюдистого состава; апатит кристаллический; силь-но выветренные дуниты, перидотиты; кимберлиты, затрону-тые выветриванием; мартитовые и им подобные руды, силь-но выветренныеые; железная руда мягкая вязкая; бокситы
|
|
|
V
|
Галечно-щебенистые грунты; галечник мерзлый, связанный глинистым или песчано-глинистым материалом с ледяными прослойками; мерзлые; песок крупнозернистый и дресва, ил плотный,, глины песчанистые, песчаники на известковистом и железистом цементе; алевролиты; аргиллите; глины аргиллитоподобные, весьма плотные, плотные сильно пес-чанистые; конгломерат осадочных пород на песчано-глинистом или другом пористом цементе; известняки; мрамор; доломиты мергелистые; ангидрит весьма плотный; опоки пористые выветренные; каменный уголь твердый; антрацит, фосфориты желваковые; сланцы глпнисто-слюдяные, слюдя-ные, тальково-хлоритовые, хлоритовые, хлорито-глинистые, серицитовые; серпентиниты (змеевики); выветренные алъбитофиры, кератофиры; туры серпентинизированные вулкани-ческие; дуниты, затронутые выветриванием; кимберлиты брекчиеведные; мартитовые и юл подобные руды, неплотные
|
|
|
VI
|
Ангидриты плотные, загрязненные туфогенным материалом; глины плотные мерзлые: глины плотные с прослоями доло-мита и сидеритов; конгломерат осадочных пород на известковистом цементе; песчаники полевошпатовые, кварцево-известковистые; алевролиты с включениями кварца; извест-няки плотные доломитизированные, скарнированные; доло-миты плотные; опоки; сланцы глинистые, кварцево-серицитовые, кварцево-слюдяные, кварцево-хлоритовые, кварцево-хлорито-серицитовые, кровельные; хлоритизированные и рассланцованные альбитофиры, кератофиры, порфириты; габбро; аргиллиты слабо окремнелые; дуниты, не затро-нутые выветриванием; перидотиты, затронутые выветрива-нием; амфиболиты; пирокоениты крупнокристаллические; тальково-карбонатные породы; апатиты, скарны эпидото- кальцитовые; колчедан сыпучий; бурые железняки ноздреватые; гематито-мартитовые руды; сидериты
|
|
|
VII
|
Аргиллиты окремненные; галечник изверженных и метаморфи-ческих пород (речник); щебень мелкий без валунов; конгломераты о галькой (до 50%) изверженных пород на песчано-глиниотом цементе; конгломераты осадочных пород на кремнистом цементе; песчаники кварцевые; доломиты весьма плотные; окварцованные полевошпатовые песчаники, извест-няки; опоки крепкие плотные; фосфоритовая плита; сланцы слабо окремненные; амфибол-магнетитовые, куммингтонитовые, роговообманковые, хлорито-роговообманковые; слабо рассланцованные альбитофиры, кератофиры, диабазовые туфы; затронутые выветриванием: порфиры, порфириты; крупно- и среднезернистые, затронутые выветриванием граниты, сиениты, диориты, габбро и другие изверженные породы; пироксениты, пироксениты рудные; кимберлиты базальтовидные; скарны кальцитосодержащие авгито-гранатовые; кварцы пористые (трещиноватые, ноздреватые, охристые); бурые железняки ноздреватые пористые; хромиты; сульфидные руды; мартито-сидеритовне и гематитовые руды; амфибол-магнетитовая руда
|
|
|
VIII
|
Аргиллиты кремнистые; конгломераты изверженных пород на известковистом цементе; доломиты окварцованные; окремнен-ные известняки и доломиты; фосфориты плотные пластовые; сланцы окремненные: кварцево-хлоритовые, кварцево-оерицитовые, кварцево-хлорито-эпидотовые, слюдяные; гнейсы; среднезернистые альбитофиры и кератофиры; базальты выветренные; диабазы; андезиты} диориты, не затронутые выветриванием; лабрадориты; перидотиты; мелкозернистые, затронутые выветриванием граниты, сиениты, габбро; затронутые выветриванием гранито-гнейоы, пегматиты, кварцево-турмалиновые породы; скарны крупно- и среднезернистые кристаллические авгито-гранатовые, авгито-эпидотовые; эпидозиты; кварцево-карбонаткые и кварцево-баритовые породы; бурые железняки пористые; гидро-гематитовые руды плотные; кварциты гематитовые, магнетитовые; колчедан плотный; бокситы диаспоровые
|
|
|
IX
|
Базальты, не затронутые выветриванием; конгломераты изверженных пород на кремнистом цементе; известняки карстовые; кремнистые песчаники, известняки; доломиты кремнистые; фосфориты плаcтовые окремненные; сланцы кремнистые; кварциты магнетитовые и гематитовые тонкополоcчатые, плотные мартито-магнетитовые; роговики амфибол-магнетитовые и серицитизированные; альбитофиры и кератофиры; трахиты; порфиры окварцованные; диабазы тонкокристалличе-ские; туфы окремненные; ороговикованные; затронутые выветриванием липариты, микрограниты; крупно- и cреднезернистые граниты, гранито-гнейcы, гранодиориты; сиениты; габбро-нориты; пегматиты; березиты; скарны мелкокристал-лические авгито-эпидото-гранатовые; датолито-гранато-геденбергитовые; скарны крупнозернистые, гранатовые; окварцоваяные амфиболит, колчедан; кварцево-турмалиновые породы, не затронутые выветриванием; бурые железняки плотные; кварцы со значительным количеством колчедана; бариты плотные
|
|
|
X
|
Валунно-галечные отложения изверженных и метаморфизованных пород; песчаники кварцевые сливные; джеспилиты; за-тронутые выветриванием, фосфатно-кремнистые породы; кварциты неравномернозерниотые; роговики с вкрапленностью сульфидов; кварцевые альбитофиры и кератофиры; липариты; мелкозернистые граниты, гранито-гнейоы и гранодиориты; микрограниты; пегматиты плотные, сильно кварцевые; скарны мелкозернистые гранатовые, датолито-гранатовые; магне-титовые и мартитовые руда, плотные, с прослойками роговиков; бурые железняки окремненные; кварц жильный; порфириты сильно окварцованные и ороговикованные
|
|
|
XI
|
Альбитофиры тонкозернистые, ороговикованные; джеспилиты, не затронутые выветриванием; сланцы яшмовидные кремнистые; кварциты; роговики железистые, очень твердые; кварц плотный; корундовые породы; джеспилиты гематито-мартитовыв и гематито-магнетитовые
|
|
|
XII
|
Совершенно не затронутые выветриванием монолито-сливные джеспилиты, кремень, яшмы, роговики, кварциты, эгириновые и корундовые породы
|
|
|
Как видно из таблицы, для отнесения породы к той или иной категории по буримости к ее названию дополнительно даются несколько определений, уточняющих свойства и состояние пород.
3. ТАМПОНИРОВАНИЕ СКВАЖИН
Тампонированием скважины называется комплекс работ по изоляции отдельных ее интервалов. Тампонирование осущест-вляется с целью предотвращения обвалов скважины и размыва-ния пород в пространстве за обсадными трубами, разделения водоносных или других горизонтов для их исследования, пере-крытия трещин, пустот, каверн, для ликвидации водопроявлений, поглощения промывочной жидкости при бурении.
Рис. 3.1. Общая схема тампонажа:
1 - колонна обсадных труб; 2 - тампонажный материал; 3, 4, 5 - изолируемый, водонепроницаемый и водоносный пласты соответственно.
При бурении на жидкие и газообразные полезные ископае-мые, а также на минеральные соли необходимо изолировать пласт полезного ископаемого от вышележащих пластов. Изоля-ция отдельных горизонтов в скважине необходима для предот-вращения проникновения грунтовых и пластовых вод в пласт полезного ископаемого. При подходе к продуктивному пласту про-ходка скважины прекращается в водонепроницаемом вышерас-положенном пласте. Затем в скважину спускают колонну об-садных труб, а кольцевое пространство между низом колонны и стенами скважины заполняют водонепроницаемым материа-лом. Тампонированием затрубного пространства обсадная ко-лонна предохраняется от сжатия давлением и корродирующего воздействия минерализованных подземных вод.
Применяют постоянное и временное тампонирование. Посто-янное тампонирование проводят на длительное время. При по-стоянном тампонировании околоствольное пространство изоли-руется от ствола скважины. Временное тампонирование предна-значается для изоляции отдельных горизонтов и проводится на срок испытания скважины.
Тампонирование производят для разобщения и изоляции водо-носных пластов с разным химическим составом. Например, для изоляции горько-соленой воды от питьевой, изоляции водоносных пластов от нефтегазоносных, для производства опытных нагнетаний воды в пористый пласт, для защиты обсадных труб от коррозии минеральными водами, для устранения циркуляции подземных вод по стволу скважины при извлечении обсадных труб и ликвидации скважины.
В качестве тампонажных материалов используют глину, це-мент, глиноцементные смеси с наполнителями, быстросхватывающиеся смеси (БСС), битумы и смолы.
Тампонирование глиной применяют при бурении неглубоких разведочных или гидрогеологических скважин. Если в месте намечаемого тампонирования залегает пласт глины мощностью 2--3 м, то тампонирование осуществляют задавливанием башмака обсадной колонны в глину, предварительно пробурив этот лласт на 0,5--0,6 м.
При отсутствии на забое глины или при недостаточной мощ-ности ее пласта нижнюю часть скважины заполняют вязкой глиной, в башмак обсадной колонны вставляют конусную проб-ку, которой выдавливают глину в затрубное пространство. По окончании тампонирования пробки разбуривают.
Тампонирование с помощью цемента называется цементиро-ванием скважин. Цементирование используют при бурении скважины на воду, нефть, газ и в случаях, когда необходимо получить прочный и плотный тампон на весьма продолжитель-ное время.
Для цементирования скважин используют тампонажный це-мент на основе портландцемента.
После смешивания с водой тампонажный цемент должен да-вать подвижный раствор, перекачиваемый насосами, который с течением времени загустевает и затем превращается в водо-непроницаемый цементный камень. Цементный раствор надо изготовлять как можно быстрее, чтобы предупредить его схва-тывание во время нагнетания в скважину. Готовят цементный раствор в цементомешалках или в специальных цементировоч-ных агрегатах, смонтированных на автомобиле.
Наиболее широко применяемый способ цементирования при разведочном бурении -- погружение башмака обсадной колонны в цементный раствор, залитый на забой скважины. Забойное цементирование проводят для изоляции нижней призабойной части колонны обсадных труб. Цементный раствор заливают в скважину через заливочные трубы на высоту 2--3 м.
После извлечения из скважины заливочных труб на забой спускают колонну обсадных труб. После затвердения цементно-го раствора разбуривают пробку в обсадных трубах и продол-жают проходку скважины.
Временное тампонирование скважин производится на непро-должительный период проведения раздельного исследования во-доносных (нефте- и газоносных) горизонтов.
Для разобщения отдельных участков скважины, подвергае-мых исследованиям (откачки, нагнетания), используют специ-альные тампоны, называемые пакерами. По принципу действия различают пакеры простого и двойного действия. Пакеры про-стого действия разделяют скважину на два изолированных друг от друга участка, а двойного действия -- на три.
Принцип действия пакера основан на том, что при расшире-нии резиновой манжеты или подушки надежно уплотняется за-зор между стенками скважины и колонной труб, на которой опускается тампон. Резиновая манжета (подушка) в скважине может уплотняться механически, с помощью воды или сжатого воздуха.
Гидравлический пакер (рис. 8.2.) с двумя резиновыми каме-рами 3 (двойного действия) спускают в скважину на колонне труб 1. Вода, подаваемая под давлением через трубки 2 в ка-меры 3, прижимает их к стенкам скважины. Таким образом скважина разделяется на три участка. Через фильтровую трубу 4 после установки пакера производят опытные откачки или наливы.
Тампонирование без обсадных труб. Для борьбы с погло-щением промывочной жидкости без уменьшения диаметра сква-жины применяют БСС различного состава. Дозировка смеси, содержащей портландцемент, глинистый раствор, жидкое стек-ло, каустическую соду и воду, зависит от качества цемента и глины. Изменением количества жидкого стекла и каустической соды регулируют свойства смеси и сроки ее схватывания. Че-рез 20--35 мин после приготовления БСС теряет подвижность, а через 1--1,5 ч заканчивается ее схватывание. Используют также тампонажные смеси на основе синтетических смол путем смешивания их с наполнителем и последующим введением в смесь отвердителя.
Тампонажные смеси должны быть доставлены к месту по-глощения промывочной жидкости до потери подвижности. Смесь, доставляют одним из следующих способов: 1) заливкой через устье неглубокой скважины; 2) закачиванием через бурильную колонну, 3) в колонковом наборе, закрытом снизу глиняной пробкой, с последующим выдавливанием промывочной жид-костью; 4) с использованием специальных тампонажных уст-ройств.
Доставленную в зону поглощения тампонажную смесь после выдержки в течение времени, необходимого для ее затвердева-ния, разбуривают.
3.1.Производство работ по цементированию скважины при помощи двух пробок
Если необходима большая высота подъема цемента в затрубном пространстве (на любое расстояние от забоя, вплоть до устья скважины), применяется цементирование под давлением с разделяющими пробками. При этом используют две разделяющие пробки и цементировочную головку. Разделяющие пробки снабжены уплотняющими резиновыми манжетами. Верх-няя пробка сплошная, а в нижней выполнен осевой канал, пе-рекрытый стеклянным диском или резиновой перепонкой.
Промывка затрубного пространства. Через отвод 1 (рис. 8.1, а) цементировочной головки нагнетают промывочную жидкость для промывки скважины. При этом колонна обсадных труб подвешена в устье скважины с помощью лафетного хомута и не касается забоя.
Введение в обсадные трубы нижней пробки. Для этого цементировочную головку отвинчивают от колонны и в устье обсадной ко-лонны вводят нижнюю пробку. После этого навинчивают цементировочную головку с закрепленной в ней верхней пробкой
Нагнетание цементного раствора в колонну обсадных труб. Освобождение верхней пробки и ее продавливание вдоль колонны. Вывинчивают выдвижные стопоры 6 цементировоч-ной головки, освобождая этим верхнюю пробку и через отвод нагнетают промывочную жидкость (глинистый раствор или воду) для продавливания пробок. Тогда система, состоящая из двух пробок и цементного раствора между ними, будет перемещаться вниз.
Продавливание цементного раствора в затрубное пространство. Когда нижняя пробка упрется в упорное (стопорное) кольцо, закрепленное между трубами и башмаком, тогда возросшим давлением насоса раздавливается стеклянная пластинка, перекрывающая отверстие в нижней пробке, и цементный раствор через это отверстие продавливается в кольцевое затрубное пространство (рис. 8.1, в). Окончание нагнетания цементного раствора в затрубное про-странство соответствует моменту схождения пробок (рис. 8.1, г), определяемому по резкому повышению давления на манометре.
Снятие колонны обсадных труб с лафетного хомута и спуск колонны до забоя.
Для этого колонну с помощью элеватора, крюка, талевой системы и лебедки бурового станка приподнимают, вынимают из корпуса лафетного хомута и спускают колонну до забоя.
Выдерживание колонны обсадных труб под давлением (при за-крытых отводах 1 и 2) в течение 12-24 ч до конца схватывания и затвердевания цемента.
Снятие цементировочной головки, разбуривание пробок и упорного кольца, очистка забоя.
Проверка результата тампонирования. Для этого понижают откачкой уровень жидкости в скважине ниже (не менее чем на 10 м) статического уровня тампонируемого водоносного горизонта. Если в течение суток уровень воды в скважине не поднялся (не учитывая поднятия уровня до 1м за счет стенания капель по стенкам труб), то считают, что тампонирование водоносного пласта произведено и об этом составляется акт.
Рис. 3.3. Схема тампонажа скважины цементом по способу «с двумя пробками»:
а - начало закачивания цемента; б - конец закачки цемента; в - начало подъема цемента в затрубное пространство; г - конец цементации
1 - запорный кран; 2 - манометр; 3 - головка для цементации; 4 - верхняя часть пробки; 5 - резиновые манжеты; 6 - нижняя часть пробки; 7 - обсадная труба; 8 - верхняя пробка; 9 - нижняя пробка
3.2.Ликвидационный тампонаж скважины
Пробурив скважину, производят контрольный замер ее глубины, измерение зенитных углов и азимутов через установленные интервалы (обычно 20 м) и геофизические исследования (каротаж). Затем приступают к извлечению обсадных колонн и ликвидационному тампонированию скважины.
Цель ликвидационного тампонирования состоит в том, чтобы изолировать все водоносные пласты и пласты полезного ископаемого, подлежащего разработке, от поступления в них воды по скважине и трещинам из изо-лируемого водоносного пласта и устранить возможность циркуляции подземных вод по стволу скважины при извлечении обсадных труб и ее ликвидации.
Для ликвидационного тампонирования скважины, пройденной в скальных и полускальных породах, применяют цемент, в породах глинистых -- пластичную жирную глину. Скважина, пробуренная с применением глинистого раствора и тампонируемая цементом, перед тампонированием промывается водой для разглинизации. Цементный раствор нагнетают насосом через бурильные трубы, опущенные до забоя. По мере заполнения скважины цементным раствором бурильные трубы приподнимают. После подъема насос и бурильные трубы должны быть промыты водой для очистки от остатков цементного раствора.
При тампонировании глиной ее замачивают, приготовляют густое глиняное тесто, затем с помощью глинопресса или вручную готовят цилиндры из глины. Глиняные цилиндры опускают на забой скважины в длинной колонковой трубе и, приподняв колонковую трубу на 1,0--1,5 м над забоем, выпрессовывают с помощью насоса давлением воды обычно при 1,0--1,5 МПа. Для надежности каждую порцию тампонажной глины трамбуют металлической трамбовкой.
Для ликвидационного тампонирования глубоких скважин хорошо зарекомендовали себя:
1. Глинисто-цементный раствор, изготовляемый на базе глинистого раствора повышенной вязкости (Т = 50--80 с, и = 500-- 1500 Н/см2).
На 1 м3 глинистого раствора добавляют 120--130 кг тампонажного цемента и 12 кг жидкого стекла.
2. Для тампонирования законченных скважин применяют отверждаемый глинистый раствор (ОГР) следующего со-става: нормальный глинистый раствор -- 64%; формалин -- 11%; ТС-10 --25%. ТС-10 представляет собой темно-коричневую жидкость, изго-товленную из смеси (в надлежащих пропорциях) сланцевых фено-лов, этиленгликоля и раствора едкого натра.
В ряде разведочных районов к тампонажным растворам добав-ляют песок.
При наличии полного поглощения промывочной жидкости на интервале скважины выше зоны поглощения устанавливают деревянные пробки. В устье ликвидированной скважины оставляют обсадную трубу с цементной пробкой. На трубе отмечают номер и глубину скважины.
При выполнении работ по ликвидационному тампонированию следует руководствоваться утвержденными инструкциями или правилами выполнения этого вида работ, действующими в данном регионе. О выполнении ликвидационного тампонирования состав-ляется акт по форме, предусмотренной инструкцией или правилами.
ЛИТЕРАТУРА
1. Воздвиженский Б.И. Разведочное бурение / Б.И. Воздвиженский, О.Н. Голубинцев, А.А. Новожилов. - М.: Недра, 1979. - 510 с.
2. Советов Г.А. Основы бурения и горного дела / Г.А. Советов, Н.И. Жабин. - М.: Недра, 1991. - 368 с.
|
