Подготовка ствола скважины

До того, как начать обустраивать скважину, ствол скважины должен быть проверен и прочищен изнутри.

Осмотр ствола скважины

По различным причинам ствол скважины редко бывает круглым (по диаметру бура), прямым и вертикальным, с неповрежденными стенками и без инфильтрации водоноса. Эти «слабые места» часто становятся проблемой при вытаскивании бура и имеют различные причины и следствия при разных видах бурения.

Поэтому в дальнейшем следует понять, каким методом производится бурение – «сухим» или «мокрым».

Наряду со многими проблемами, которые возникают со стволом скважины, пробуренной непрофессионально, также надо ясно понимать, что всякая неточность в настройке буровой техники или оборудования плохо воздействует на ствол скважины. Любая авария или стояние воды грозит стволу скважины, по меньшей мере, инфильтрацией при прокачке скважины или попаданием скважинным жидкостей водоносный горизонт. Любое бурение «на месте» ведет к расширению скважины за счет блокировки обсадной колонны при «сухом» бурении или засорения фильтра при промывке по причине недостаточной скорости подъема при «мокром» бурении и т.д.

Ствол скважины по диаметру бурения

В стволе скважины можно увидеть сужения и расширения (обрушения стенок + образование вымоин).

23

Сужения ствола возникают за счет разбухающих слоев глины, которые могут за счет водо-поглощения так сильно сужать ствол, что достать назад инструмент становиться не возможным (при «мокром» бурении) или колонна труб застревает (при «сухом» бурении). При «мокром» бурении могут быть приняты превентивные меры в виде применения растворов КМЦ, которые создают на стенках скважины небольшой налет, но также помогают выходу продуктов бурения и предотвращают засорение глиняными частицами при промывке.

Обрушения стенок возникают при «сухом» бурении из-за противодавления в забое, так как зеркало воды в скважине (вертикальное давление воды) было не достаточно высоко или оператор пытался протащить туго-идущую или застрявшую обсадную колонну.

При «мокром» бурении причиной расширения ствола может быть недостаточное давление. Но также к расширению ствола скважины приводит промывка «на месте», как это требуется при выходе бурового шлама во время смены штанг или перерыва в работе. Это при обустройстве скважины не создает больших проблем, но может при прямой промывке привести к закупорке затрубного пространства буровым шламом (см. Рис. 2.2).

Рис. 2.2 Воздействие расширения стенок скважины на скорость подъема при прямом бурении

При обрушении ствола всего на 6,5 см образуется отверстие диаметром 450 мм. При бурении 320 диаметром скорость восходящего потока сокращается вдвое, поэтому получается скорость - 0,25 м/с. Такой скорости не достаточно для вывода бурильного шлама. Он скапливается в этом месте и опускается на инструмент или в забой скважины при каждом прекращении подачи промывки. Как следствие, происходит расслоение бурового шлама, обвал в забой скважины или даже возможно авария.

На этих примерах обозначены только некоторые проблемы при бурении скважины. Осмотр геометрии ствола с помощью кавернограммы при «мокром» бурении помогает решить проблемы.

Отклонение от оси скважины

При каждом бурении ствол скважины имеет отклонение по вертикали. Причины этого очень разные:

Отклонения, связанные с пластами, могут возникать по причине:

• •    косо обвалившегося слоя

• •    столкновения твердых пород

• •    столкновений во время сложностей бурения (камни, и т.д.)

Отклонения, связанные с бурением, могут возникать по причине:

• •    косо поставленной бурильной штанги или направляющей трубы

• •    косо установленной мачты бурового станка/буровой вышки

• •    отсутствия централизатора/бурового расширителя

• •    тупого бурового инструмента

• •    слишком высокого давления.

Когда очевидно, что бурение начинается не строго вертикально и этого можно просто избежать, так как косой и кривой ствол скважины можно обнаружить только с помощью замера кривизны скважины, сразу откажитесь от косого ствола скважины, при котором установка

• •    вертикальной направляющей трубы

• •    буровой колонны

• •    циркуляционного насоса

затрудняется или не возможна вовсе.

По сути, такие явные отклонения/блокировки ствола скважины требуют бурения новой скважины, так как в этом месте можно сделать только некачественную скважину.

Собственно, какая разница между кривым и косым стволом? Косой ствол скважины может быть абсолютно ровным по всей длине, он просто отклоняется от вертикальной прямой в своем направлении. Таким образом, отклонение на 2° в скважине глубиной 30 метров будет составлять смещение примерно на 1 метр.

Можно себе легко представить, что желаемое концентрическое устройство скважины с равноудаленным затрубным пространством едва ли возможно. Вероятно, можно центрировать колонну с помощью установленного центратора в обсаженной скважине, но при бурении с промывкой нет никаких средств удерживать необсаженные стенки скважины.

Кривой ствол скважины встречается главным образом при бурении с промывкой с использованием тупого инструмента, что чаще всего обуславливается усилием нажима и отсутствием централизатора. Также, в большинстве скважин это ведет к удлинению сооружения, которое можно изобразить только в сильно искаженном масштабе (например, скважина глубиной 120 м и диаметром 500 в масштабе высоты 1:500, в масштабе ширины 1:20).

В действительности скважина в 25 раз длиннее, как заставляет нас поверить изображение. Штанга 125 диаметра была бы в 100 раз длиннее представленной скважины, что соответствовало бы толщине штриха в 0,25 мм. Легко представить, что буровая колонка такой длины под давлением выше требуемого уклоняется в сторону при проходке. Из-за того, что инструмент под этим нажатием вращается дальше, чаще всего это приводит к спиральному ходу бурения. Это обуславливает постоянно самоизменяющееся затрубное пространство.

Последствия для правильной засыпки материалов заставляют задуматься. Прямое и строго вертикальное бурение – это важнейшее условие для правильно пробуренной скважины по всем правилам. Измерение кривизны скважины в данном случае поможет объяснить многое.

Повреждение водоносного горизонта

Чаще всего при бурении с промывкой происходит инфильтрация в стенки ствола по причине сверхвысокого давления подачи раствора в буровую колонну. При перепаде уровня раствора и уровня грунтовых вод в 10 метров создается напор фильтрата по всей буровой колонне при промывке технической водой, что составляет

например, при глубине 50 м:

 50 м × 1,0 = 50 м.в.ст

-40 м × 1,0 = 40 м.в.ст.

                   = 10 м.в.ст. ~ 1 бар

При более высокой плотности раствора, например, = 1,2 напор фильтрата увеличивается с увеличением глубины скважины. Таким образом, на глубине 50 м он составляет:

50 м × 1,2 = 60 м.в.ст

• -    40 м × 1,0 = 40 м.в.ст.

= 20 м.в.ст. ~ 2 бар

На глубине 100 м напор составлял бы:

100 м × 1,2 = 120 м.в.ст

• -    90 м × 1,0 = 90 м.в.ст.

= 30 м.в.ст. ~ 3 бар

Таким образом, большая разница между уровнем бурового раствора и* грунтовых вод с зеркалом воды означает с одной стороны устойчивость скважины, а с другой стороны ведет к увеличению давления инфильтрации, что может иметь последствием углубление инфильтрации.

* С одной стороны обеспечивает устойчивость скважины, но с другой стороны приводит к высокому инфильтрационному давлению, что может привести к глубокому просачиванию бурового раствора.

Бурильщик должен противодействовать этому,

• •    засыпая фильтровальный гравий с дозированным добавлением КМЦ-продуктов и, в случае необходимости, бентонита

• •    сохраняя раствор как можно более прозрачным, таким образом, помогая выведению раствора и, главным образом, достаточному отложению осадка в отстойнике при промывке

• •    осуществляя бурение и обсаживание скважины как можно быстрее, и избегая ненужных открытых участков в стволе скважины.

С увеличением глубины скважины повышенный напор подачи раствора с помощью добавления утяжелителей служит исключительно удержанием артезианского напорного водного горизонта.

Состоящий из добавок и мельчайших частиц в процессе бурения инфильтрат, избежать которого в полной мере не возможно, в дальнейшем при интенсивном освобождении от песка (см. гл. 9) может быть абсолютно удален.

При сухом бурении проблем с инфильтрацией намного меньше, так как

• •    буровая колонна примерно соответствует уровню воды

• •    стенки буровой колонны защищены обсадной колонной и, следовательно

• •    инфильтрация может появиться только над забоем скважины.

Тем не менее, здесь дополнительное тампонирование может привести к уплотнению стенок скважины и перемещению мельчайших частиц/глины в нижележащие водоносные горизонты. А при дальнейшем удалении песка это дополнительное уплотнение должно быть устранено.

Прочистка скважины

Прежде обустройства скважины (см. гл. 4) ствол скважины следует основательно прочистить, а забой скважины освободить от обломочных материалов. Следует удостовериться, что скважина может быть обустроена до необходимой глубины. Здесь в каждом случае нужно различать бурится ли скважина с обсадкой при «сухом» бурении или без нее при «мокром».

Прочистка скважины при «сухом» бурении

При «сухом» бурении ствол скважины, как правило, прочищается с помощью буровой желонки, которая в определенное время заставляет взвешенные частицы опускаться на дно скважины. Возможно, эту процедуру нужно будет провести несколько раз, так как мельчайшие частицы постоянно поднимаются.

Однако решающим является то, что с помощью достаточной водяной нагрузки в скважине возврат частиц из забоя не возможен, так как в противном случае ствол никогда нельзя будет прочистить до конца.

К слову сказать, такая тщательная прочистка под давлением необходима перед каждым добавлением следующей буровой колонны (телескопирование), потому что в противном случае из-за противления между буровыми штангами может произойти зажимание (замятие) буровой колонны.

Рис. 2.5 Занесенный в скважину буровой шлам по причине слишком низкого уровня воды; здесь при телескопировании.

Таким образом, перед добавлением следующей буровой колонны следует прочистить забой скважины достаточным напором воды до глубины первой колонны, возможно с подачей воды в затрубное пространство между первой и второй колоннами. Поэтому отдельные обсадные колонны должны устанавливаться в связанных слоях.

На самом деле, подобные зажимания при проходке скважины могут привести к нежелательным обрушениям стенок, или даже к досрочному окончанию процесса бурения. И это создаст проблемы еще до обустройства скважины и удаления буровой колонны. Таким образом, достаточный напор воды должен быть обеспечен во время всего процесса бурения и прочистки скважины.

Прочистка скважины при «мокром» бурении

При «мокром» бурении способы очистки и связанные с ними проблемы не похожи на приемы прочистки при «сухом» бурении.

Буровой раствор в ходе бурения всегда переполняется буровым шламом в большей или меньшей степени. Это происходит, так как мелкие частицы такие, как пылеватые пески и глины, не оседают в отстойнике. В частности при промывке чистой водой, заполнение глиняными частицами при проходке глиняного слоя может быть существенным. Это ведет к повышенной вязкости раствора, вследствие чего также затрудняется оседание пылеватых частиц и т.д.

Бурильщик может этого избежать, своевременно добавив КМЦ-продукты, которые образуют тонкий фильтрационный кек для изоляции водоносного горизонта, а также, чтобы избежать вспучивания пористых глиняных пород. И в то же время он мешает набуханию глиняных отходов. Вследствие чего, они быстро выносятся в отстойник и хорошо там оседают.

И потому проходка глиняного слоя без КМЦ добавок нецелесообразна. Добавление должно производиться дозировано, проверка раствора должна проводиться постоянно с помощью воронки Марша, кольцевого прибора и рычажных весов.

По достижении забоя процесс промывки должен продолжаться так долго, пока не выйдет весь буровой шлам. Дальнейшая промывка приведет только к образованию ненужных вымоин в конце бурения, при этом уровень раствора должен сохраниться.

Смена раствора или разбавка целесообразны и не угрожают устойчивости ствола скважины.

Заключительная тщательная прочистка скважины может быть проведена после обсадки с помощью интенсивного удаления песка (см. гл.9).