Получить консультацию
Горячая линия: +7 (812) 922-12-43

4. БУРЕНИЕ С СКВАЖИН ДОБАВЛЕНИЕМ ПЕНЫ

4.           БУРЕНИЕ С СКВАЖИН ДОБАВЛЕНИЕМ ПЕНЫ

4.1.        Высокоскоростное распыление пенно-воздушной смеси

Разбуривание консолидированных пород с продувкой сжатым воздухом может сопровождаться выбросом пыли из скважины. Эффективным способом пылеподавления является ввод воды в линию подачи воздуха, что защищает оборудование и здоровье оператора. Добавление мыльного раствора (0,5 - 1,5%) способствует очистке стенок скважины и предотвращает закупоривание мелких водонаполненных трещин и налипание бурового шлама на став в процессе бурения. Как правило, используемые мыльные растворы представляют собой био- разлагающиеся ПАВ; это могут быть специальные буровые добавки или, что удобней и дешевле, жидкие посудомоющие средства обычного качества или стиральный порошок для смешивания с холодной водой. Благодаря пене можно успешно бурить при меньшей скорости восходящего потока, поскольку она лучше очищает скважину, а пузыри способствуют подъему выбуренного материала с более низкой скоростью.

4.2.        Низкоскоростной ввод пены - устойчивый пенный столб

Ввод смеси полимерного бурового раствора (вязкость по вискозиметру Марша - 35-40 секунд) и пены (0,5-1,5%) в регулируемый поток воздуха с постоянной интенсивностью позволяет создать медленно поднимающийся столб устойчивой пены, выносящий выбуренный материал из скважины на поверхность. Он не размывает пласт и требует лишь небольшого объема воздуха, что позволяет бурить скважины большого диаметра в мягких пластах с использованием компрессоров невысокой производительности. В скважине возникает непрерывно смешиваемый столб поднимающихся пенных пузырей, по консистенции схожий с аэрозольной пеной для бритья. Такие формации лучше разбуривать с использованием промывочной жидкости, гидростатический напор которой препятствует обрушению стенок.

Отбор адекватного набора репрезентативных образцов выносимого пеной бурового шлама очень затруднен, хотя и возможен. Выбуренные фрагменты скрыты в расширяющемся по площадке слое пены. В случае непринятия соответствующих мер пена распространится по всему буровому участку, покрыв отмостки и все инструменты и шланги на земле. Для отвода пены от бурового станка можно изготовить каналы из фанеры или схожего материала, а солнечные лучи и время эффективно разрушат пузыри. Сильный ветер разносит пену на значительное расстояние, открывая слой шлама, свидетельствующий о ее способности выносить и удерживать выбуренный материал. Этот метод не является приемлемым для использования на экологически чувствительных площадках.

Эта пена будет ритмично выходить из скважины в виде «шапок», вынося с собой буровой шлам от долота. При смешивании слишком большого объема воздуха со слишком малым количеством вспенивающего материала получится недостаточно пены, и столб будет разделен воздушными карманами. Хорошая, устойчивая пена обладает достаточной плотностью и образовывает массу из мыльных пузырей определенной формы. Ее текстура изменяется после ввода воды - пузырьковая структура обычно увеличивается.

Это очень полезный метод строительства скважины с использованием небольшого объема сжатого воздуха и малого количества воды, но для его освоения неопытными буровыми бригадами требуется время.

4.3.        Неустойчивость стенок скважины и очень грязная работа

К сожалению, данный метод с «медленно поднимающейся пеной» не обеспечивает какую-либо «гидростатическую» поддержку во избежание обрушения стенок скважины, пробуренной в мягких породах, в частности, в случаях присутствия подземных вод.

4.4.        Переходник с обратным клапаном

При бурении ниже уровня подземных вод с «медленно поднимающимся столбом пены» над долотом должен быть установлен переходник с обратным клапаном, пропускающим пенную смесь через долото, но исключающим ее возврат обратно в буровой снаряд. Этот клапан предотвращает проникновение воды и обломков с забоя скважины в долото и став при прекращении подачи пенно-воздушной смеси, например, при наращивании буровой штанги. Попавший в став буровой шлам с большой долей вероятности заблокирует нисходящий поток при возобновлении подачи.

4.5.        Область применения

Преимущество рассматриваемого метода заключается в возможности бурения скважин большого диаметра с компрессором меньшей производительности, например, под спуск и крепление кондуктора.

Он также может применяться для полного бурения скважины в мягких породах с обеспечением устойчивости ее стенок, поскольку на них действует лишь небольшое давление со стороны жидкости, и она практически не просачивается в проницаемый водоносный слой. В некоторых случаях целесообразней сначала пробурить скважину малого диаметра до целевой глубины с продувкой или промывкой водой с целью отбора образцов и определения характеристик пласта, а затем расширить ее до окончательного диаметра с добавлением пены.

4.6.        Скважинные измерители уровня

Скважинные измерители уровня снабжены датчиками для определения уровня пены в стволе, а также высоты водяного столба под слоем пены. При отсутствии таких датчиков измеритель будет показывать уровень пены вместо уровня воды.

4.7.        Типы насосов для подачи пены

Для ввода пены подходят многие типы насосов. Основным требованием к ним является способность перекачивать немного вязкую, но чистую среду под давлением до развиваемого компрессором (номинально - свыше 6 бар (100 фунт/кв. дюйм)) при относительно низкой подаче (1-20 л/мин (0,24-4 галл/мин)). Эти характеристики отвечают большинству требований для перекачки пены. Для этого могут использоваться насосы следующих типов:

4.7.1.    Ручной насос

Полуоборотный или поршневой «опрессовочный» насос (рис. 4.2).

4.7.2.    Двухкорпусный насос

Типовой перекачивающий пневмо- или электронасос, работающий со стандартной 200-литровой бочкой.

4.7.3.    Поршневые насосы

Дуплексные или триплексные насосы высокого давления - как правило, предназначенные для высоконапорной мойки, с приводом от электрического, бензинового или дизельного двигателя.

Наиболее важной характеристикой любого насоса для подачи пены является возможность поддержания расхода на минимальном требуемом уровне; чрезмерная подача чаще не вызывает больших проблеем, но приводит к ненужному расходу воды и более существенному загрязнению поверхности пеной. На удаленных площадках доставка воды занимает много времени, и использование правильно выбранного насоса с поддержанием минимальной подачи способствует ее экономии.

 4.8.       Впускная трубная обвязка

Для нагнетания пены требуется простая трубная обвязка со стандартными водопроводными фитингами (рис. 4.3). Насос и компрессор должны быть защищены от взаимного обратного заполнения средой посредством установки обратных клапанов. Для ввода пены с низкой скоростью в линии подачи воздуха устанавливается подходящая задвижка, регулирующая воздушный поток для получения правильной пенно-воздушной смеси.

Рис. 4.3. Типичная трубная обвязка для нагнетания пены

4.9.        Метод смешивания

Для надлежащего смешивания в обоих методах бурения с вводом пены используются две или три открытых 200-литровых (45 галлонов) бочки. В каждой бочке создается пенная смесь по требуемой формуле: сначала добавляется полимер (только для вязкой пены) в подходящем количестве для достижения необходимой вязкости по вискозиметру Марша 35¬40 секунд (т.е., 1-литровая банка полимерного порошка на 200 литров воды для достижения вязкости 40 секунд). Подождать, пока смесь не достигнет нужной вязкости. В последнюю минуту добавить в бочку вспениватель в пропорции 0,5-15%, т.е., 1-3 литра мыльной или буровой пены, сделав лишь несколько размешивающих движений чистой лопаткой. Для приготовления смеси необходимо использовать очень чистую воду во избежание повреждения или забивания приемных фильтров и небольших дета-

4.10.      Достаточный запас пены

Полностью использовав первую бочку, переключить прием насоса на вторую. Используя ее, пополнить запас смеси в первой бочке. Это позволит обеспечить постоянную подачу пены для бурения. Ее высокий расход может обусловить необходимость в третьей бочке, чтобы в наличии всегда имелся достаточный запас подготовленного полимера.

 

БУРЕНИЕ СКВАЖИН НА ВОДУ Автор: Питер Болл