Бурение скважин с продувкой сжатым воздухом

Продувка скважин воздухом является эффективным технологическим средством, позволяющим существенно повысить производительность и снизить стоимость буровых работ.

Воздух по сравнению с жидкостями обладает ничтожной вязкостью и малой плотностью. Благодаря этому легко обеспечивается высокая скорость восходящего потока при сильной его турбулентности, происходит мнгновенная и полная очистка забоя от шлама, устраняется вторичное его измельчение, которое наблюдается при промывке скважины. На улучшение условий разрушения горной породы забоя оказывает влияние отсутствие гидростатического давления столба жидкости на забой.

Улучшение условий для работы бурового инструмента позволяет увеличивать механическую скорость бурения и проходку на коронку, снижает себестоимость бурения в несколько раз.

Воздух не загрязняет продуктивных пластов при их вскрытии, как, например, глинистый раствор, повышает качество опробования.

При использовании продувки скважин воздухом существенно облегчается проблема водоснабжения (одна из наиболее сложных в организации буровых работ, особенно при полном поглощении промывочной жидкости в необводненных горизонтах, не возникает осложнений (как это наблюдается при промывке), связанных с отрицательными температурами в мерзлых породах.

Быстрый вынос шлама позволяет вести непрерывный контроль за перебуриваемыми породами и четко регулировать режимы бурения. Легко осуществляемый отбор шлама может заменить керновое опробование и позволит перейти на более производительный бескерновый способ бурения.

Препятствием для широкого использования бурения с продувкой является обводненность горных пород, способствующая при бурении к образованию сальников. Применение продувки скажин затруднено в раздельнозернистых и связных (пластичных и липких) горных породах. Выход керна при продувке снижается, увеличивается износ бурового снаряда.

С увеличением мощности компрессоров, их производительности и развиваемого ими давления область применения продувки воздухом расширится.

Во всех случаях, когда это возможно, при бурении в сухих скважинах, в мерзлоте, в пустынных и горных районах, в трещинноватых породах следует применять бурение с продувкой как наиболее производительный и дешевый вид бурения.

Бурение с воздухом целесообразно использовать в следующих условиях:

· при бурении по трещинноватым и закарстованным породам в условиях потерь циркуляции промывочной жидкости с целью снижения затрат на борьбу с поглощением;

· в безводных, пустынных и высокогорных районах, где затруднено водоснабжение;

· в районах с многолетнемерзлыми породами с целью снижения осложнений, связанных с замерзанием промывочной жидкости;

· в породах, взаимодействующих с водой и теряющих свою устойчивость;

· при бурении скважин на воду с целью лучшей отбивки продуктивного горизонта и его освоения.

Бурение воздухом имеет и ряд недостатков:

· ограничена глубина бурения из-за тезнических возможностей компрессора;

· затруднено бурение в обводненных породах, в несвязанных, сыпучих, а также липких пластичных породах;

· требуются дополнительные затраты для установки пылеулавливающих устройств;

· снижается выход керна в трещинноватых породах.

Успех бурения с продувкой воздухом зависит от рабочих параметров компрессора (давления и расхода воздуха), компоновки бурового снаряда и схемы обвязки поверхностного оборудования.

При бурении скважин на нефть и газ в качестве газообразных агентов используют воздух, поступающий от компрессорных установок, природный газ из магистральных газопроводов или из близрасположенных газовых скважин, выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания.

При выборе конкретного вида газообразного агента необходимо учитывать не только повышение технико-экономических показателей, но и безопасность ведения буровых работ.

Необходимо учитывать то обстоятельство, что при использовании сжатого воздуха для вскрытия газосодержащих колекторов могут образовываться взрывоопасные смеси за счет наличия кислорода в закачиваемом воздухе. Поэтому для вскрытия продуктивных газоносных и нефтегазоносных коллекторов часто используют природный газ от действующей скважины или магистрального газопровода. В этом случае на нагнетательной линии устанавливают спускные краны и влагоотделители. Газ, выходящий из скважины, сжигается с помощью факела на конце выкидной линии (длина не менее 80-100 м). Если газ используется вторично (при замкнутой системе циркуляции), то его предварительно очищают от шлама и влаги в сепараторах, трапах и фильтрах, а затем подают в компрессор. Такая схема хотя и громоздка, но более экономична, так как способствует снижению суммарного расхода газа на бурение.

Для бурения скважин с продувкой сжатым воздухом используют серийное буровое оборудование: станки и установки, породоразрушающий инструмент. Принципиальное отличие от способов бурения с применением жидких очистных агентов заключается в устройстве выходной линии на поверхности и герметизации устья скважин. Схема обвязки оборудования при разведочном бурении с продувкой воздухом приведена на рис. 6.2.

Рис. 6.2. Схема расположения оборудования при бурении скважин с продувкой

Основное оборудование включает буровой станок 14, компрессор 1 с ресивером 2 и буровой насос 15 с зумпфом 16. Насос можно использовать в случае осложнений или при встрече сильно обводненных пород. В систему обвязки оборудования включают влагоотделитель 4 для сбора конденсата, холодильник 5 для поддержания постоянной температуры воздуха, герметизатор устья скважины 11, шламоотводную линию 12 с циклоном 13 для очистки воздуха. в систему обвязки входят соединительные шланги 3, вентили 7 и выкидная линия 6. В качестве контрольно-измерительной аппаратуры используют манометр 9 для контроля давления воздуха, расходомер 8, термометр 10. Температура сжатого воздуха не должна превышать 90 ⁰С, так как это может вызвать разрушение резиновых шлангов. Выкидная линия 12 обычно устанавливается в сторону господствующих ветров на расстоянии не менее 10 м. Для уменьшения попадания пыли на буровую иногда на конце выкидной линии устанавливают вытяжной венилятор. Трубопроводы поверхностной обвязки не должны иметь резких сужений и поворотов.

При бурении с продувкой следует использовать бурильные трубы муфтово-замкового соединения с широкими проходными каналами и коническими резьбами. Такие соединения обеспечивают минимальные пото\ери давления и утечки воздуха.

Породоразрушающий инструмент должен обеспечивать свободный проход воздуха на забой, поэтому предпочтительно использовать твердосплавные коронки с повышенным выходом резцов и с увеличенной площадью промывочных каналов.

Переход с промывки на продувку не вызывает существенных изменений параметров режима бурения. Особое внимание уделяется расходу воздуха и его давлению в нагнетательной линии. Скорость бурения с продувкой в несколько раз выше, чем при бурении с промывкой, поэтому на забое образуется много бурового шлама и его нужно своевременно удалять. Скорость бурения зависит от того, насколько своевременно и эффективно осуществляется очистка скважины.

Таблица 6.1