§ 3. Технология бурения скважин с продувкой воздухом в нормальных условиях

При бурении скважины с продувкой воздухом в достаточно устойчивых породах без водопритоков (нормальные условия) параметры режимов бурения подбираются в соответствии с буримостью пород и конструкцией ПРИ по рассмотренным ранее принципам (методикам) при вращательном и ударно-вращательном бурении. Специальным при этом будет только определение режима продувки или расхода воздуха.

Расход воздуха вычисляют исходя из требуемой для выноса продуктов разрушения скорости восходящего потока v_{B п}. Последняя, по данным разных авторов, может иметь значения от 8—10 до 15—25 м/с в зависимости от плотности породы, крупности частиц шлама, глубины скважины и других факторов.

Для определения расхода воздуха может быть использована формула Н. С. Макурина

(?_B = 47,lAXD_c²-D_CT>,_n, (14.1)

где D_c — диаметр скважины, м; D_BT — наружный диаметр бурильных труб, м; v_Bn — скорость восходящего потока, м/с; К— коэффициент, учитывающий давление воздуха в кольцевом пространстве у забоя, значения которого для скважин глубиной более 200 м приводятся в табл. 14.1.

Таблица 14.1. Значения коэффициента К при v_B.n = 10 м/с (числитель) и ' в.п =15 м/с (знаменатель)

Глубина скважины, м	Диаметр скважины Dc, мм
	94	114	134	154
200	1,04/1,06	1,03/1,05	1,03/1,04	1,02/1,0
400	1,08/1,12	1,06/1,10	1,05/1,08	1,04/1,0
600	1,11/1,17	1,09/1,14	1,08/1,11	1,06/1,09
800	1,15/1,22	1,12/1,18	1,10/1,14	1,09/1,12
1000	1,18/1,27	1,15/1,22	1,12/1,17	1,11/1,14

При меньшей глубине К = 1. Практически расход воздуха при бурении геологоразведочных скважин составляет 3—14 м³/мин. При бурении более глубоких скважин или скважин значительного диаметра он достигает 25—30 м³/мин и более.

§ 4. Бурение скважин с продувкой воздухом в осложненных условиях

Определенные трудности (осложнения) возникают при бурении скважин с продувкой воздухом по увлажненным породам, в сухих или обводненных песках, по вязким и липким глинам, галечникам, сильно трещиноватым и многолетнемерзлым породам, а также в разрезах с водопроявлением.

Бурение по сухим пескам осуществляют при соблюдении определенных условий. Устье скважин должно быть надежно закреплено направляющей трубой, а затрубное пространство — хорошо изолировано цементным раствором на глубину не менее 0,5 м. Для бурения используют буровой снаряд (БС) с ребристой коронкой типа СМ2, колонковой трубой длиной 0,5 м и шламовой трубой длиной 3—4 м. Бурение ведут с небольшой осевой 'нагрузкой при пониженной частоте вращения. В очень рыхлых песках БС погружается только под собственным весом по мере выдувания шлама.

Интенсивность продувки строго регламентируется в зависимости от количества образующегося шлама. Оптимальный режим продувки устанавливают по манометру. Повышенное давление свидетельствует об образовании в скважине песчаной пробки при интенсивном разрушении стенок скважины. Бурение при этом прекращают и пробку ликвидируют, о чем будет свидетельствовать нормальное давление в циркуляционной системе. Прихват снаряда ликвидируют расхаживанием при увеличенной частоте вращения. После проходки слоя песков стенки скважины закрепляют колонной обсадных труб.

При пересечении мощных пластов, сложенных сухими песками (более 20 м), бурение ведут с одновременным спуском обсадных труб с небольшим выходом бурового снаряда из-под башмака обсадных труб. Колонну наращивают короткими отрезками труб в зависимости от расстояния между устьем скважины и вращателем. При необходимости наращивания более длинными трубами посадку колонны выполняют без вращения БС, но с интенсивной продувкой и небольшими усилиями подачи колонны. При таком способе принимают специальные меры по улавливанию зашламованного воздуха.

Бурение в сильно обводненных песках является наиболее сложным процессом и возможно только при определенных условиях: экономической целесообразности, при вскрытии водоносных песков мощностью не более 5—7 м и наличии в подошве пласта слоя глин. Бурение ведут ребристыми коронками или долотом режу- ще-скалывающего действия с короткой колонковой трубой (0,5 м) и шламовой трубой длиной 3—4 м при минимальной частоте вращения, оптимальной осевой нагрузке и максимальном расходе воздуха с одновременным спуском колонны обсадных труб. Пересечение водоносного пласта необходимо осуществлять без перерыва.

Бурение по вязким липким глинам сопровождается осложнениями из-за образования сальников-пробок при налипании частиц глины на бурильные трубы и стенки скважины, вследствие чего перекрывается циркуляционный канал, о чем свидетельствует возрастающее давление на компрессоре. Бурение в таких условиях рекомендуется вести ребристыми коронками с получением зазора между колонковой трубой и стенками скважины не менее 20 мм на сторону и 5 мм между коронкой и керном. Буровой снаряд должен иметь колонковую трубу нормальной длины (2—3 м) и открытую шламовую трубу —стакан (с режущим торцом) длиной 1,5—2 м. Бурение веДут с повышенной частотой вращения (200 об/мин и более) и осевой нагрузкой, создаваемой весом бурового снаряда и расходом воздуха 5—7 м³/мин. Через каждые 40—60 см углубки снаряд следует расхаживать, добиваясь его свободного перемещения.

Для того, чтобы устранить или уменьшить образование сальников рекомендуется периодически подавать в скважину через нагнетательную линию соляровое масло в количестве 2—3 л на 1 м углубки с целью снижения липкости частиц шлама. При увеличении влажности глин вместо солярового масла в скважину подают воду в количестве 3—5 л на 1 м углубки. Аэрированная смесь разрушает сальники, снижая липкость частиц.

В особо сложных условиях необходимо переходить на бурение с местной циркуляцией жидкости специальными буровыми снарядами для безнасосного бурения буровыми снарядами.

Бурение при наличии в скважине влаги или при водопритоках сопровождается образованием сальников на стенках скважины в интервале от 3—10 до 15—25 м от забоя и на бурильных трубах (замках), что вызывает известные осложнения. В таких условиях для устранения осложнений рекомендуется вести бурение только коронками с разрушением породы в забое кольцевой формы, при котором образуется небольшое количество шлама. При этом в компоновку снаряда включают ребристую коронку, колонковую трубу длиной 2—3 м и шламосборник, — стакан длиной 1,5 — 2 м. Бурение ведут с повышенной частотой вращения и рациональной осевой нагрузкой с расходом воздуха 5—7 м³/мин, с ограниченной углубкой за рейс (1,5 — 2 м) и периодическим расхаживанием (подъемом) БС. В случае скопления на забое крупных частиц шлама необходимо между рейсами периодически проводить чистку скважины снарядом с короткой колонковой и длинной шламовой трубами.

Бурение в условиях интенсивного водопритока в скважину осложняется еще и образованием столба жидкости, создающего существенное сопротивление движению потока воздуха.

Интенсивное налипание шлама и образование пробок происходит при незначительных водопритоках (до 0,2 л/с). При этом в призабойной части образуется шламовая масса высокой плотности вследствие чего увеличивается давление компрессора, а шлам из скважины не удаляется. Для устранения этого осложнения в поток воздуха добавляют воду с ПАВ. Образующаяся в скважине пульпа при перемешивании пены со шламом имеет существенно меньшую плотность, вследствие чего она удаляется потоком воздуха.

В качестве добавок, устраняющих налипание выбуренных частиц, рекомендуется применять нейоногенные ПАВ ОП-7 и ОП-Ю, которые активно действуют даже в сильно минерализованных водах (с содержанием до 10% NaCl или СаС1₂). При отсутствии частиц пород, адсорбирующих ПАВ, концентрация последних составляет всего 0,2%. В противном случае она увеличивается.

В случае притока вод, содержащих NaCl не более 4%, рекомендуется добавлять анионактивные ПАВ типа «Прогресс* в количестве до 0,6%, при содержании в нем активного продукта около 20%.

Если образование сальников не прекращается, бурение рекомендуется вести укороченными рейсами с обязательным применением шламосборника — стакана (см. рис. 14.2,а). В некоторых случаях сальники и накапливающийся шлам удаляют промывкой или прибегают к комбинированному способу —чередованию бурения с продувкой и промывкой. При этом буровую установку комплектуют не только компрессором, но и насосом. Кроме того, в таких условиях успешно используют эрлифтную систему призабойной промывки скважины или промывку аэрированной жидкостью.

Наконец, в таких сложных условиях прибегают к бурению с двойной колонной бурильных труб, по зазору между которыми к забою подается сжатый воздух, а по внутренней колонне потоком воздуха удаляются продукты разрушения. В этом случае повышается скорость восходящего потока воздуха при пониженном его расходе; шлам, поднимающийся по трубам, не контактируя со стенками скважины, не загрязняется и не теряется в трещиноватых породах, за счет чего повышается достоверность геологической документации и опробования и, кроме того, устраняется целый ряд осложнений, связанных с бурением в условиях водопритока.