24.1. Виды осложнений

Наибольшее влияний на эффективность бурения устойчи­вых трещиноватых пород оказывают два основных вида осложнений: самозаклинивание керна и потеря промывочной жидкости.

Самозаклинивание керна - один из главных факторов, оп­ределяющих не только качество и количество получаемого кернового материала, но и себестоимость, производительность бурения, так как является причиной прекращения рейса и преждевременного подъема бурового снаряда.

К основным причинам самозаклинивания керна можно отнести: 1) наличие отдельных кусков породы клиновидной формы, способных под давлением собственного веса и промывочной жидкости расклини­ваться в колонковой трубе; 2) наличие крупного шлама и дробленной породы в колонковой трубе; 3) наличие прямой циркуляции промывоч­ной жидкости, создающей давление сверху на керн, уплотняющей и расклинивающей мелкие частицы породы в зазоре между керном и стенками колонковой трубы; 4) трение кусков породы о колонковую трубу, препятствующее перемещению их в процессе бурения.

С увеличением длины керна в результате увеличения силы тре­ния, расклинивания керна дробленной породой и повышения гидравли­ческого сопротивления, создающего повышение давление промывочной жидкости, самозаклинивание керна возрастает.

Вторым серьезным осложнением при бурении трещиноватых по­род является поглощение промывочной жидкости, оно возникает при наличии сквозных каналов утечки жидкости и создании давления промывочной жидкости, превышающего давление пластовой воды и давление гидроразрыва пласта.

В зависимости от величины раскрытия трещин, давления и вязко­сти промывочной жидкости возможны поглощения различной интен­сивности.

Б.Б. Кудряшов [4] составил классификацию поглощений промы­вочной жидкости (табл. 24.2).

Предотвращение осложнений самозаклинивания керня осуществ­ляют путем выбора соответствующей конструкции скважины, способа бурения и бурового снаряда, а предотвращение потери промывочной жидкости - путем специальной ее обработки с целью кольматации трещин.

Таблица 24.2

Интенсивность погло­щения промывочной жидкости	Процент от производи­тельности насоса	Удельные потери промывочной жид­кости, м^3/м
Частичное	До 30	0,1-0,2
Среднее	30-60	0,2-0,3
Полное	60-100	0,3-0,4
Катастрофическое	Более 100	>0,4

24.2. Выбор конструкции скважины и способа бурения

При бурении трещиноватых пород особенно важно пра­вильно выбрать конструкцию (диаметр) скважины и способ бурения.

Диаметр скважины следует выбирать в зависимости от степени трещиноватости пород. С увеличением степени трещиноватости куско-ватость породы увеличивается, величина кусков уменьшается и при на­личии скважин больших диаметров возможность выпадения их в сква­жину увеличивается. Поэтому с увеличением степени трещиноватости диаметр скважины должен уменьшаться.

Способ бурения принимают в соответствии с геологическими ус­ловиями, глубиной скважин, геологической задачей и наличием в экс­педиции бурового оборудования.

При хорошо изученном геологическом разрезе (детальная развед­ка) при любой глубине скважины - наиболее эффективным является бес-керновое бурение шарошечными долотами.

При необходимости получения керна применяют колонковые снаряды.

В настоящее время бурение трещиноватых клинящихся пород ве­дут одинарными колонковыми снарядами с прямой (ОКС) и обратной циркуляцией промывочной жидкости (ОЭС), снарядами гидроударного бурения, снарядами с гидротранспортом керна, снарядами со съемными керноприемниками и т.д.

Наиболее простым и дешевым способом бурения трещиноватых пород является бурение одинарными колонковыми снарядами (ОКС) с промывкой скважин буровыми растворами. Их широко применяют в неклинящихся или слабоклинящихся породах.

При бурении трещиноватых клинящихся пород одинарными ко­лонковыми снарядами для предупреждения самозаклинивания керна предусматривают следующие мероприятия:

1) для увеличения зазора между колонковой трубой и керном, снижения таким образом гидравлических сопротивлений, желательно использовать коронки со значительным выходом за наружную поверх­ность (например, ребристые коронки);

2) с целью снижения трения керна о колонковую трубу ее следует хорошо отшлифовать и смазать антифрикционной смазкой;

3) для снижения давления промывочной жидкости на керн реко­мендуется использовать конусные или овальные колпачки.

В клинящихся породах с целью устранения давления промывоч­ной жидкости на керн часто применяют одинарный колонковый снаряд с обратной циркуляцией, создаваемой при помощи эжекторного устрой­ства (ОЭС) или погружного насоса (винтового, поршневого и др.).

В этом случае полностью устраняется давление потока жидкости на керн, мелкодробленая порода, способная расклинить керн, вымыва­ется в шламовую трубу, крупные клиновидные куски под давлением жидкости снизу переходят во взвешенное состояние и расклиниваться не могут.

Однако одинарные колонковые снаряды при бурении трещинова­тых клинящихся пород обладают низкой производительностью и низ­ким качеством керна. Их применяют при невозможности использования других способов бурения.

При бурении снарядами типа ОКС наблюдаются частые под­клинки керна, снижающие выход керна и вынуждающие производить преждевременные подъемы снаряда. В снарядах типа ОЭС вследствие увеличения длины керна и повышения гидравлического сопротивления при циркуляции жидкости между керном и колонковой трубой ее рас­ход резко понижается, что приводит к прижогу коронки. Такие снаряды эффективно работают при длине рейса не более 1,0-1,2 м. Несмотря на повышение качества опробования производительность бурения остается низкой. Создание динамических нагрузок и вибраций снаряда снижает трение керна о стенки колонковой трубы, повышает длину рейса, по­этому совместно со снарядом ОЭС желательно использовать погружной вибратор. Наиболее эффективным способом бурения неглубоких сква­жин (до 300 м) по трещиноватости неустойчивым породам невысокой прочности (II-IV категории по буримости с пропластками пород до VII категории) является бурение с гидротранспортом керна.

Применение «внутренней» промывки (промывки без выхода жидкости в затрубное пространство) позволяет в значительной степени сократить ее потери в трещиноватых породах и осуществить вынос кер­на (даже в породах с полным поглощением промывочной жидкости, на­блюдаемым при бурении с прямой промывкой). Скорость бурения скважин комплексами КГК достигает 18 тыс. м/ст.-мес и более.

Для бурения горных пород VII-X категории с гидротранспортом керна разработан кольцевой гидроударник (ГК с полым корпусом), ко­торый позволяет увеличивать диапазон перебуриваемых пород и длину _ рейса при бурении трещиноватых пород.

При бурении скважин глубиной более 300-400 м рекомендуется применять так называемые прогрессивные способы бурения: алмазное высокочастотное бурение с помощью легкосплавной колонны буриль­ных труб, бурение

снарядами со съемными керноприемниками, вращательно-ударное и ударно-вращательное бурение.

Алмазное высокочастотное бурение легкосплавными бурильны­ми трубами и бурение ССК наиболее эффективны по устойчивым поро­дам со слабой и средней трещиноватостью VIII-IX категории с горизон­тальным или пологим залеганием при отсутствии интенсивного погло­щения промывочной жидкости (позволяющее использовать эмульсион­ные промывочные жидкости). Диаметр скважин принимается не более 46-59 мм.

Ударно-вращательный способ гидроударниками наиболее эффек­тивно применять по трещиноватым породам с частой перемежаемостью, VI-IX категории по буримости и породам, вызывающим при вращатель­ном бурении интенсивное искривление ствола скважин при наличии большого объема и воды, обеспечивающей беспрерывный процесс бу­рения. Этот способ можно совмещать с бескерновым и вращательным твердосплавным способами.

Для повышения выхода керна в зонах дробления применяют эжекторные и двойные колонковые снаряды ударно-вращательного бу­рения без снижения технических показателей.

Вращательно-ударный способ позволяет получать наиболее вы­сокие технико-экономические показатели при бурении глубоких сква­жин с трещиноватыми и кавернозными очень крепкими породами (до XII категории) трещиноватых интервалов большой мощности. Его мож­но использовать в комбинации с бескерновым способом.

Глубина бурения высокочастотными гидроударниками при рабо­те на воде составляет до 2 200 м, на глинистом растворе - 800-1 000 м.

В последнее время с целью дальнейшего повышения эффектив­ности бурения используют комбинированные снаряды прогрессивных способов бурения: кольцевые снаряды с гидротранспортом керна, с включенными забойную часть снаряда гидроударниками; снаряды со съемными керноприемниками, с гидроударниками, эжекторными уст­ройствами или вибраторами.