§ 5. ГАЗООБРАЗНЫЕ АГЕНТЫ И АЭРИРОВАННЫЕ БУРОВЫЕ
РАСТВОРЫ
Газообразные агенты
Бурение скважин газообразными агентами позволяет повысить
производительность, технико-экономические показатели бурения и снизить
стоимость буровых работ.
Газообразные агенты (воздух, природный газ, азот, инертные газы,
выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания и т. д.) подаются в
скважину под давлением компрессорами через бурильные трубы и затем,
захватив разрушенную породу с забоя, выбрасывают ее на дневную
поверхность. Для продувки скважин чаще всего применяют сжатый воздух как
наиболее дешевый газообразный агент. Однако при вскрытии пласта с
использованием сжатого воздуха могут образоваться взрывоопасные смеси
углеводородов и воздуха, которые приводят к забойным взрывам и пожарам.
В этих случаях рекомендуется в качестве газообразного агента применять
природный пластовый газ или же азот и инертные газы.
При применении газообразных агентов необходимо герметизировать устье
скважины, обвязать его, установить шламоуловители, устройства для осушки
и очистки воздуха в случае его повторного использования в процессе
бурения.
Применение сжатого воздуха или заменяющего его другого газообразного
агента более эффективно по сравнению с промывкой скважины глинистыми
буровыми растворами.
Преимуществами газообразных агентов являются: повышение механических
скоростей бурения, стойкости породоразрушающего инструмента (долот);
сохранение породы на стенках скважины с естественными прочностью,
пористостью и проницаемостью; улучшение условий отбора керна с
естественными физическими и механическими характеристиками; повышение
качества очистки забоя скважины от выбуренной породы и улучшение
буримости горных пород; улучшение условий и повышение надежности
гидрогеологических и газонефгединамических исследований в скважинах;
сохранение сравнительно равномерного температурного поля на стенках
скважины, улучшение теплового режима циркулирующего воздуха в стволе
скважины; представляется возможным бурить скважины на равновесном
давлении, регулированием давления сжатого газа на устье, а также
проходить без осложнений зоны поглощений и пласты с аномально низким
пластовым давлением; исключение расходов и затрат рабочей силы на
приготовление и обработку бурового раствора, экономия десятков тонн
глиноматериалов, утяжелителей, химических реагентов и т. д.; повышение
качества вскрытия и освоения нефтегазовых залежей.
Несмотря на значительные преимущества использования сжатого воздуха по
сравнению с промывкой водными буровыми растворами, его применение
ограничено гидрогеологическими и геолого-физическими условиями проводки
скважин.
Известно, что применение метода бурения с продувкой воздухом
осложняется, а иногда становится невозможным при интенсивных
водогазопроявлениях. В зависимости от количества поступающей воды из
пластов возможно образование и накопление на забое и стенках скважины
шламовой массы различной консистенции. При поступлении в скважину воды
(10% к весу шлама) на забое возникает агрегация частиц, ухудшающая его
очистку. Для восстановления состояния очистки ствола и забоя скважины в
этом случае требуется увеличить расход воздуха, что не всегда возможно
из-за невысокой подачи компрессоров.
При водопритоках до 35% к весу шлама на забое происходят его смачивание
и налипание на стенки скважины и бурильный инструмент, что вызывает
образование глинистых сальников, вызывающих посадки, затяжки и прихваты
инструмента. Предупреждение сальников в этих случаях осуществляется
добавкой в поток сжатого воздуха поверхностно-активных веществ. Если в
скважину поступает свыше 35% воды от веса шлама, выбуриваемого в единицу
времени, сальники на буровом инструменте практически не образуются, но
на забое накапливается вода. В зависимости от величины накопившейся воды
в скважине возникает гидростатическое давление на забой, а в затрубном и
трубном пространствах устанавливается определенный уровень воды, и в
дальнейшем эффективность бурения зависит от соотношения
гидростатического давления в скважине и рабочего давления компрессора.
Если рабочее давление компрессора становится меньше гидростатического,
то процесс бурения с продувкой воздухом прекращают, при этом необходима
откачка воды из ствола скважины или же ее псевдоожижение аэрированием и
удалением из скважины.
Сжатый воздух наряду с водой часто содержит капельки компрессорного
масла, смазки, которые следует удалять в специальных очистных
устройствах. Желательно в скважину закачивать предварительно охлажденный
воздух, так как чем выше температура воздуха, тем хуже охлаждается
долото и тем быстрее оно
изнашивается, снижаются
технические показатели бурения. Этот фактор важен при бурении в районах
с жарким климатом и в многолетнемерзлых породах, где баланс температуры
особенно важен.
Бурение с продувкой
воздухом весьма перспективно при бурении в мощных толщах солей, однако
опыт бурения в солях с продувкой воздухом невелик.
Весьма эффективен этот
метод бурения при вскрытии и освоении нефтегазовых залежей. Вскрытие
продуктивных коллекторов на сжатом воздухе дает высокий коэффициент
удельной продуктивности скважин. Дебиты скважин при этом в 7—10 раз
превышают соответствующие дебиты, полученные вскрытием на глинистых
растворах [49, 51 ].
Однако метод продувки
скважин газообразными агентами имеет и специфические недостатки:
зависимость способа продувки скважины от гидрогеологических и
геологофизических условий и строения месторождения; необходимость
усиленного герметизирования устья скважины, закрытой циркуляционной
системы и т. д.; повышается металлоемкость необходимого бурового и
устьевого оборудования, компрессоров, усложняется их обвязка
(дополнительно устанавливаются холодильники, очистные устройства);
повышается расход мощности на привод компрессоров по сравнению с
приводом буровых насосов; повышается окислительнокоррозионный износ
бурильных и обсадных колонн, а также абразивный износ бурильных и
обсадных труб шламом, выносимым с забоя; пульсация давления сжатого
воздуха, подаваемого компрессорами, вызывает знакопеременные давления
на стенки скважины, приводящие к усталостному разупрочнению стенок
скважин и их хрупкому осыпанию; высокие скорости выноса выбуренных
пород вызывают искрообразование при контакте с бурильным инструментом и
обсадной колонной, являющиеся источником взрывоопасности.
Продувка скважин сжатым
воздухом — это перспективный метод бурения, который будет успешно
развиваться как в геологоразведочном, так и в промысловом бурении.
Осложнения, возникающие вследствие водопритоков при продувке сжатым
воздухом, успешно предупреждаются добавками ПАВ. В зарубежной практике
для этих целей используют аромистр-1, афрокс, соляр, тритон-Х-100,
синфам-1,2, OK.L
и другие, которые представляют собой
комбинации или смеси анионактивных и неионогенных ПАВ. В отечественном
бурении для этих целей применяют ОП-7, ОП-Ю, азолят-А и Б, УФЭ8)
сульфонол ПП-1,2,5, детергент РАС и многие другие поверхностно-активные
вещества.
Основными требованиями к
ПАВ, используемым для снижения влияния водопритоков при продувке
воздухом, являются: растворимость в хлоркальциевых и сульфатных водах;
пенообразующая способность ПАВ должна быть не менее 250 мл пены на 50 мл
0,5%-ного водного раствора поверхностно-активного вещества;
поверхностно-активные вещества должны снижать коррозионную
активность воздуха; способствовать снижению
адгезии, трения и налипания породы на бурильный инструмент и стенки
скважины, снижать набухание глинистых пород; положительно влиять на
нефте- и газоотдачу продуктивных коллекторов; обладать низкой
токсичностью.
В настоящее время объем бурения с продувкой сжатым воздухом из года в
год увеличивается, повышаются технико-экономические показатели бурения.
Опыт бурения с продувкой сжатым воздухом показывает, что экономический
эффект при этом составляет в среднем 10—12 руб. на 1 м проходки, а
вскрытие продуктивных горизонтов способствует повышению удельной
продуктивности в 3—5 раз [48—51 J.
В последние годы этому вопросу уделяется большое внимание, и следует
ожидать, что газообразные агенты займут ведущее место при вскрытии и
освоении скважин на нефть и газ. Этот метод бурения успешно применяется
и для интенсификации добычи нефти на старых, уже сильно дренированных и
истощенных месторождениях, где низкие пластовые давления не позволяют
вскрывать пласты, содержащие нефть и газ на глинистых растворах,
проникновение которых в продуктивные коллекторы значительно снижает
нефтеотдачу. Успех бурения с продувкой сжатым воздухом во многом зависит
от степени совершенства техники и технологии проводки скважин.