Тема 9. Освоение водоносных горизонтов.
Под освоением водоносного пласта следует понимать технологические операции, обеспечивающие оборудование водоприемной части скважины и восстановление естественной водоотдачи пласта или искусственное увеличение ее объема для достижения максимального дебита скважины.
При освоении зачастую требуется «раскольматировать пласт».
Копъматация (кольматаж) - Процесс естественного и искусственного вмывания мелких (главным образом глинистых и коллоидных) частиц в поры и трещины горных пород. Кольматация приводит к ухудшению фильтрационных свойств пород. Различают кольматацию механическую, химическую, термическую и биологическую.
В скважинах на воду кольматации в основном способствуют следующие факторы:
шлам бурового раствора;
частички глины пропластков разреза;
соли Mg, Си, Fe, образовавшиеся в результате реакции нагнетаемой поды с водами пласт.
Глинистый раствор является сильнейшим кольматантом в связи с тем, что частички глины, проникая в поры и трещины пласта, набухают и вызывают снижение проницаемости пласта и соответственно добито скважины.
После оборудования приемной части скважины фильтровой колонной (и в некоторых случаях водоносный пласт оставляют, в скальных породах, без фильтра) приступают к освоению скважины. Операции освоения скважины сводятся к восстановлению естественных свойств пласта, то есть к различным способам и приемам очистки коллекторов водоносных пластов от твердых частиц, связанных с процессом бурения.
Операции по восстановлению проницаемости прифильтровой ЗОНЫ заключаются в удалении глинистого раствора, бурового шлама и закольматированой породы пласта, - это достигается путем создания в прифильтровой зоне давления, ниже пластового, для чего используются различные методы откачки.
Откачка воды является обязательной операцией при освоении скважин. При откачке воды на фильтр и прилегающий водоносный пласт воздействует поток воды, поступающий через водоприемную поверхность внутрь скважины при создании в ней пониженного давления с помощью эрлифта, водоструйного насоса, скважинного центробежного насоса или другого водоподъемного средства.
Откачка является наиболее эффективным методом раскольматации после обработки скважины другими методами, вызывающими нарушение структуры связей в закольматированой породе, разрушение и диспергирование глинистой корки.
Очистка коллекторов, пор пласта должна начинаться немедленно после установки фильтра.
Обязательная промывка скважины осуществляется через фильтр водой. Продолжительность промывки зависит от глубины и диаметра скважины и составляет от 2 до 24 часов. Затем необходимо обязательное откачивание при помощи эрлифта или погружного центробежного насоса. Продолжительность и тип откачки зависит от состава водоносного пласта, динамического уровня. Возможно также чередование циклов откачки и промывки.
После сооружения скважины обычно производится строительная откачка воздушным водоподъемником (эрлифтом) для удаления бурового шлама, глины, мелких фракций песка из прифильтровой зоны. Работа эрлифта основана на использовании сжатого воздуха, вырабатываемого компрессором. В скважину помещается водоподъемная труба, на нижнем конце которой устанавливается смеситель - перфорированная труба, плотно опоясанная кожухом. К смесителю присоединяется воздухопровод от компрессора. Сжатый воздух по воздухопроводу подводится к смесителю, помещенному под динамический уровень на глубину, и, проходя через отверстия в нижнюю часть водоподъемной трубы, перемешивается с водой, образуя водоподъемную смесь. Плотность смеси меньше плотности воды, поэтому столб воды высотой вне водоподъемной трубы уравновешивается столбом воздушно-водяной смеси, имеющим большую высоту. При непрерывной подаче воздуха воздушно-водяная смесь выходит на поверхность земли.
При строительной откачке вода содержит большое количество взвешенных примесей, которые выносятся, и вода постепенно осветляется. Минимальный расход воды при строительной откачке должен быть не менее 75% расчетного эксплуатационного дебита скважины.
При строительной откачке водоподъемные трубы эрлифтной установки опускают в скважину до нижней части отстойника, а смеситель устанавливают выше — на глубине, соответствующей рабочему давлению компрессора. В этом случае проникшая в скважину порода и шлам будут вынесены водой на поверхность земли. Полное освобождение водоносной породы от шлама имеет особо важное значение при последующем оборудовании скважин центробежными насосами. При недостаточной откачке шлам проникает в насос, что может вызвать его быстрый износ.
Продолжительность строительной откачки зависит от свойств водоносной породы, интенсивности и способа откачки и не может быть заранее точно установлена. Признаками окончания строительной откачки являются полное осветление воды, прекращение выноса из скважины породы и шлама, установившийся режим с производительностью не менее 75% расчетной. Во время строительной откачки измеряют динамический уровень и дебит скважины. Обычно по мере осветления воды динамический уровень понижается, а удельный дебит возрастает.
Недостаток разглинизации скважин эрлифгной откачкой заключается в невозможности создания больших перепадов давления в системе водоносный пласт — скважина. Максимальное понижение уровня воды при откачке эрлифтом не может превышать 30—50% высоты столба воды в скважине. Гак, при глубине скважины 100 м перепад давления будет не более 0,3—0,5 МПа. Столь низкий перепад давления не может обеспечить достаточного разрушения продуктов глинизации даже при продолжительной откачке.
Для увеличения эффективности откачки рекомендуется выключать компрессор с одновременным выпуском воздуха из ресивера. При этом за счет перепада давлений в трубах и затрубном пространстве вода с большой скоростью движется вниз, проходит через водоприемную поверхность фильтра и ударяет в стенки скважины. Это способствует лучшей очистке фильтра и обрушению стенок скважины.
Расчет эрлифта
Расчет эрлифта заключается в определении глубины погружения
смесителя, расхода и давления воздуха, а также размеров иоздухопроиодящих и водоподъемных труб. Исходные данные для расчета : глубина скважииы z в м; высота уровня излива воды над поверхностью земли а в м; глубина статического уровня от уровня излива her м; глубина динамического уровня воды от уровня излива h в м; расчетный дебит скважины Q в м3/ч.
Освоение скважин при помощи водоструйных насосов.
В последние годы стали широко применяться в производстве водоструйные насосы, позволяющие силами буровой бригады производить откачки из скважин сразу после установки фильтра с использованием бурового станка и насоса без дополнительного оборудования.
Водоструйные насосы просты, надежны в эксплуатации и имеют небольшую массу. Эти обстоятельства их выгодно отличают от эрлифтов.
Из физических метолов восстановления проницаемости используют взрыв детонирующего шнура в фильтре. В результате происходит деформация пород призабойной зоны , а при последующей откачке удаляют продукты кольматажа.
Аналогичным образом эту задачу решают при использовании пневмоизлучателей установкой АСП –Т, которые от компрессора периодически передают на пласт и фильтр гидродинамические импульсы.
Желонирование или свабурование.
Этот метод освоения применяют в слабо нагорных горизонтах путем периодического применения вверх и вниз поршня-сваба внутри эксплуатационной колонны. Засчёт колебания давления при перемещении сваба происходит обрушение со стенок скважины глинистой корки. Последнюю немедленно удаляют при помощи откачки.
Кислотная обработка.
Способ основан на способности соляной кислоты растворять карбонатные породы. В трещиноватых коллекторах кислота очищает поверхность трещин и расширяет их.
Если кольматание содержит глинистые частицы , то его разрушение производят с помощью глинокислоты: смесь соляной и плавиковой кислоты.
Химический способ обработки скважин может применяться как при освоении скважин сразу после бурения, так и после их длительной эксплуатации. В последнем случае, как показала практика работ , данный метод увеличивает продолжительность межремонтного периода в среднем на 2-4 года и более.
Разрушение и удаление продуктов кольматации производится различными механическими устройствами , к которым относятся:
-Долота расширители;
-Гидрорасширители;
-Механические скребки и проволочные ерши.
После усвоения лекционного материала студент должен владеть навыками правильного выбора метода освоения водоносного пласта.
Трудоемкость темы 4 часа.
Литература
Н.В. Соловьев и др. Бурение разведочных скважин. Учебник для Вузов. М : ВЫсш. Шк. 2007 г. ,904 с.
И.Д . Бронников Бурение скважин на воду. Учебное пособие. Электронный вариант. М : МГРИ-РГГРУ . 124 с ., 2014г
И.Д. Бронников, В.В. Куликов Проектирование скважин на воду. Учебное пособие. Электронный вариант. М : МГРИ –РГГРУ , 96 с ., 2014г.