Глава 7. Технология твердосплавного бурения

7.1. Выбор промывочных жидкостей

При бурении скважин выделяют два основных процесса: процесс разрушения горных пород и процесс очистки скважины от разрушенной горной породы - процесс промывки. Каждый из технологических процессов (и процесс разрушения породы, и процесс промывки скважины) характеризуется сочетание параметров. В первом случае это осевая нагрузка и скорость вращения породоразрушающего инструмента, во втором - скорость циркуляции промывочной жидкости, ее расход и давление.

Совокупность параметров технологических процессов носит название технологических режимов бурения: режим бурения (разрушение горной породы), режим промывки.

Разработку технологии бурения начинают с анализа геолого-технических условий, описания физико-механических свойств, в первую очередь, неустойчивых пород (название пород, входящих в пачки, буримость, абразивность, трещиноватость).

При описании неустойчивых участков отмечают возможные осложнения (каверны, прихваты, потери промывочной жидкости) и причины, способные вызвать осложнения: естественную под воздействием горного давления дестабилизацию стенок скважин: раздельнозернистые дробленые породы, плывуны; искусственную дестабилизацию под воздействием промывочной жидкости: расщепление, растворение, размокание, размывание насыщение горных пород водой.

При наличии подземных вод рассматривают их состав, агрессивность, скорость циркуляции и пластовое давление, а также возможное влияние их на качество промывочной жидкости (коагуляцию, вязкость, СНС, водоотдачу).

Исходя из геолого-технических условий, намечают пути устранения возможной дестабилизации или разгерметизации сте­нок скважины и выбирают очистной агент, тип промывочной жидкости (крепящие, ингибирующие, вязкие, утяжеленные или облегченные растворы, растворы с наполнителями) или тампонажного раствора (табл. 7.1). Свой выбор необходимо тщательно обосновать.

Выбор очистных агентов является важнейшим элементом проектирования буровых работ, от которого зависит успешное сооружение скважин, производительность, себестоимость и каче­ство бурения.

При бурении устойчивых непроницаемых пород с большим успехом используют воздух, пену, воду, эмульсии, малоглинис­тые растворы.

Воздух является наиболее эффективным очистным аген­том, позволяющим резко (в 2-3 раза) повысить производитель­ность бурения. Его применяют в "сухих" скважинах, т.е. при отсут­ствии водопритоков при бурении как скальных, так и мерзлых пород. Преимущество воздуха как очистного агента заключается в том, что малое аэростатическое давление и мгновенный вынос шлама с забоя способствуют резкому повышению механической скорости и производительности бурения (в 2-3 раза); отсутствие промы­вочной жидкости позволяет сокращать трудовые, материальные и денежные затраты на ее приготовление и обработку.

Пены (газожидкостные смеси) весьма эффективны при бу­рении устойчивых как монолитных, так и трещиноватых горных пород. Хорошие результаты они показывают и при бурении мерзлых пород. Достоинствами пены как чистого агента являют­ся низкое статическое давление, низкая теплопроводность, высо­кая закупоривающая способность; высокая несущая способность (в 7-8 раз выше способности воды).

Эмульсии обычно используют при алмазном бурении, но их с успехом можно использовать и при твердосплавном бурении глубоких скважин в устойчивых монолитных породах. Преиму­щества их состоит в том, что они снижают вибрацию бурового снаряда, трение, износ бурильных труб и энергозатраты на их вращение, повышают механическую скорость бурения и качество опробо­вания.

Наиболее широкое применение при бурении устойчивых непроницаемых пород находит вода. Это самая дешевая промы­вочная жидкость, не требующая затрат на приготовление и обра­ботку, поскольку она имеется в изобилии на всей территории России.

При бурении неустойчивых осложненных интервалов гео­логического разреза применяют более сложные промывочные жидкости (табл. 7.1). В таких условиях промывочные жидкости используют не только для выноса шлама и охлаждения коронки, но и для стабилизации и герметизации стенок скважин.

Эти промывочные жидкости обладают повышенной плот­ностью, вязкостью и статическим напряжением сдвигу, что зна­чительно снижает механическую скорость бурения, повышает расход энергии на бурение, затрудняет очистку раствора от шла­ма, повышает износ бурового снаряда и себестоимость погонного метра бурения, ухудшает условия труда рабочих.

Все это вынуждает (в зависимости от вида осложнений) подбирать не только эффективную и дешевую промывочную жидкость, но и действенные реагенты для улучшения качества бурового раствора (понизители вязкости, понизители водоотда­чи, флокулянты, наполнители и др.)

При выборе промывочных жидкостей нужно по возможно­сти избегать применения вязких, тяжелых, сложных и дорогих растворов, способных резко снизить механическую скорость бу­рения, а в то же время выбирать очистные агенты, способствую­щие повышению механической скорости. По устойчивым поро­дам это воздух, пены, эмульсии, по трещиноватым породам - пе­ны, полимерные, малоглинистые и аэрированные растворы.

При бурении неглубоких скважин сложные и дорогие рас­творы не применяют.

Выбор промывочной жидкости заканчивают составлением рецептуры и описанием технологических свойств.

Очистной агент желательно подбирать для бурения всей скважины или, по возможности, использовать не более 2-3 видов.

Смену промывочной жидкости можно проводить только после закрепления неустойчивых стенок скважин обсадными трубами или тампонажными смесями.