Лекция 2. Поглощение промывочной и тампонажной жидкости при бурении и креплении

Поглощение может возникнуть в двух случаях:

а) если в горной породе имеются более или менее крупные раскрытые трещины, каверны или другого рода полости, а давление, создаваемое на стенки скважины в процессе бурения или цементирования ее, больше пластового в данной породе, т. е.

где р_ст — статическое давление столба жидкости в скважине на данную породу, Па; р_гд — гидродинамическое давление на ту же породу при спуске колонны труб, восстановлении циркуляции, промывке или цементировании, Па; р_пл — пластовое давление в породе, Па;

б) если под влиянием давления, создаваемого на стенки скважины, раскрываются естественные микротрещины, которые в нормальных условиях сомкнуты, либо происходит гидроразрыв породы, и в ней образуются новые крупные трещины, т. е.

где р_р — давление разрыва породы (или раскрытия микротрещин), Па.

В случае поглощения многократно возрастает объем жидкости, расходуемый на бурение скважины; замедляется темп углубления, так как буровая бригада вынуждена расходовать много времени на приготовление и обработку дополнительного объема промывочной жидкости; возрастает стоимость бурения скважины.

При поглощении статический уровень жидкости устанавливается на несколько десятков, а иногда даже сотен метров ниже устья скважины. Вследствие этого снижается противодавление на ее стенки и из пород с более высоким коэффициентом аномальности может начаться приток пластовых жидкостей. Если при снижении уровня жидкости обнажаются неустойчивые горные породы, то колебания давления и периодическое осушение и увлажнение таких пород, вызванное изменением положения уровня, могут стать причиной их осыпания или обваливания. Таким образом, одно осложнение — поглощение — может способствовать возникновению других.

Причинами возникновения высоких гидродинамических давлений могут служить большая скорость восходящего потока в кольцевом пространстве скважины, высокие реологические показатели промывочной жидкости, большие скорость или ускорение спуска колонны труб, попытки быстрого восстановления циркуляции промывочной жидкости, поршневой эффект в случае образования сальника на долоте и т. д.

Поглощение не возникнет при соблюдении условия

где p_п — давление поглощения, Па; в первом из названных выше случаев ρ_п = ρ_пл, во втором Р_п — Р_р; k_б— 1,14÷1,3 — коэффициент безопасности.

Если в (3) подставить статическое давление и все члены уравнения разделить на давление столба пресной воды, то получим

где ρ_оэ — эквивалентная относительная плотность промывочной жидкости; r₀ — плотность пресной воды, кг/м³; z_п — глубина зоны поглощения, м; k_n — индекс давления поглощения на этой глубине.

Если известны пластовое давление и давление разрыва пород, поглощение во многих случаях можно предотвратить, соблюдая соотношения между плотностью промывочной жидкости и скоростями проведения технологических операций (промывка, спуск колонны труб), которые нетрудно получить, решив уравнение (3). Скорости, при которых левая часть уравнения равна правой, условимся называть предельными.

Статическое давление в скважине снижают уменьшением содержания твердой фазы, заменой части твердой фазы газонаполненными микробаллонами и аэрацией. Снизить гидродинамическое давление можно уменьшением скоростей и ускорений технологических операций ниже предельных значений, динамического напряжения сдвига и пластической вязкости. Перед началом восстановления циркуляции в скважине целесообразно разрушить образовавшуюся в промывочной жидкости тиксотропную структуру вращением колонны труб; восстанавливать циркуляцию следует, постепенно увеличивая подачу насосов до заданной величины.

Если поглощение возникло при вскрытии трещиноватой или кавернозной породы, целесообразно регулированием свойств промывочной жидкости снизить интенсивность поглощения до возможного минимума и повысить сопротивление растеканию жидкости по трещинам, быстрее разбурить всю зону осложнения и затем изолировать ее с помощью того или иного тампонирующего материала либо, если это экономически более выгодно, потайной обсадной колонны.

Если в процессе бурения может быть вскрыто несколько зон поглощений, то вопрос о том, изолировать ли каждую зону индивидуально или проводить изоляционные работы после вскрытия всех или нескольких зон, решают с учетом расстояний между такими зонами, интенсивности поглощения, опасности возникновения других осложнений, возможности обеспечения бурения необходимым объемом промывочной жидкости и влияния поглощения на технико-экономические показатели бурения.

Интенсивность поглощения может колебаться в широких пределах — от сотых долей до нескольких десятков литров в секунду. Поглощение называют полным, или катастрофическим, если вся промывочная жидкость, закачиваемая буровыми насосами в скважину, растекается по трещинам и полостям породы, а на устье скважины не возвращается. Если же часть жидкости вытекает на устье, поглощение называют частичным.

Для изоляции зоны надо знать ее местоположение, размеры сечения каналов и интенсивность поглощения. Положение зоны наиболее точно можно определить глубинными аппаратами — индикаторами скорости потока, а размеры каналов поглощения — глубинными скважинными фотоаппаратами (если скважина заполнена прозрачной жидкостью, например, водой), акустическими скважинными телевизорами, специальными печатями и надувными резиновыми пакерами, иногда — визуальным осмотром кернов. Используют также косвенные методы, основанные на данных кратковременных гидродинамических исследований или на результатах нагнетания в зону поглощения порций жидкости, содержащих некоторое количество твердых частиц с известными размерами. Последний метод основан на том, что в трещины с потоком жидкости уносятся частицы, размер которых в 2,5—3 раза меньше раскрытия поглощающих каналов.

Под интенсивностью поглощения обычно понимают объем поглощенной жидкости за единицу времени. Если поглощение частичное, интенсивность его можно оценить приближенно по скорости снижения уровня в металлической приемной емкости буровых насосов, если емкость оснастить уровнемером с самописцем. При полном же поглощении интенсивность приходится определять путем специальных исследований, тем более что она часто нелинейно зависит от избыточного давления в скважине против зоны осложнения.

Для устранения поглощений, помимо названных выше уменьшения плотности промывочной жидкости и снижения скорости технологических операций в скважине, применяют следующие способы: а) добавляют к промывочной жидкости небольшое количество специальных волокнистых или гранулярных материалов, которые способны закупоривать трещины шириной менее 1—2 мм; б) кольматируют каналы поглощения задавливанием в них некоторого объема промывочной жидкости с высоким предельным статическим напряжением сдвига, или быстросхватывающегося тампонажного раствора, или малорасгекающейся тампонажной пасты, или соляробентонитовой пасты; в) уменьшают размеры каналов поглощения намывом в них грубозернистых инертных материалов (песок, гравий, керамзит и т. п.), а затем изолируют их с помощью тампонажных растворов или паст с короткими сроками загустевания или с высокой водоотдачей; г) перекрывают зоны обсадными трубами.

Способ изоляции зоны поглощения или комбинацию способов выбирают в зависимости от размеров каналов в ней и интенсивности поглощения и с учетом их технико-экономической эффективности. Если в скважине вскрыты несколько зон поглощения значительной интенсивности, лучший результат, как правило, достигается, когда каждую зону изолируют индивидуально, предварительно разобщив ее от других проницаемых пород пакером. После изоляции зон поглощения целесообразно проверить качество работ опрессовкой их гидравлическим давлением, примерно равным наибольшему давлению, которое будет действовать на них при цементировании очередной обсадной колонны, и убедиться в том, что поглощение не возобновляется.

1. В каких случаях возникают поглощения промывочной тампонажной жидкости при бурении и креплении?

2. К каким негативным последствиям приводят поглощения?

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: