Интервал гидроизоляции обычно равен высоте от манжеты или верхнего уровня гра­вийного слоя до, статического (откачных скважин) или динамическо­го (для нагнетательных скважин) уровня подземных вод. Остальная часть скважины обычно заполняется инертным (очень часто песча­ным) материалом, а устье скважин на глубину 2 – 3 м цементиру­ется, что предотвращает попадание растворов с поверхности в затрубное пространство.

Гидроизоляция с помощью манжет выполняется с небольшими затратами средств и обеспечивает при качественной посадке манже­ты достаточно высокую надежность перекрытия зон движения рас­творов.

Однако следует отметить и значительные недостатки гидроизо­ляции с использованием манжет, главным из которых является про­никновение цементных растворов или других гидроизоляционных ма­териалов под манжету, что приводит иногда к цементированию фильтров. В большинстве случаев это обусловливается отсутствием достаточного уступа при переходе на меньший диаметр скважины и его размывом при промывке скважин через фильтр.

При заливе гидроизоляционного материала поверх гравийного слоя также не всегда обеспечивается надежная изоляция, так как возможны перетоки растворов вверх по стволу скважины и проник­новение материала гидроизоляции в слой гравия. Перетоки раство­ров по стволу скважины могут быть обусловлены двумя обстоятель­ствами:

а)  недостаточным сцеплением цементных и других растворов, ис­пользуемых в качестве гидроизоляционного материала с поверхно­стью полиэтиленовых труб и стенками скважины;

б) разрушением материала гидроизоляции в результате длитель­ного воздействия агрессивных выщелачивающих растворов и образо­ванием в гидроизоляционном материале каналов, пор, по которым
могут циркулировать выщелачивающие растворы.

Важным недостатком существующих способов сооружения технологических скважин с гравийными фильтрами, формируемыми на за­бое, является невозможность осуществления гравийной обсыпки фильтров при наличии пакерных гидроизоляционных устройств.

При применении одноколонных конструкций скважин, в том числе и с гравийной обсыпкой, гидроизоляцию затрубного пространства можно производить с помощью гидравлических паке­ров, которые позволяют разобщить зону продук­тивного пласта от вышележащих пород (рис.15). Привод пакера в рабочее состояние производит­ся путем закачки воды в его полость через об­ратный клапан по бурильным трубам, опускае­мым в эксплуатационную колонну.

После разобщения зафильтрового простран­ства затрубное пространство поверх пакера за­полняют гидроизоляционным материалом. Та­кая схема гидроизоляции позволяет применять одноколонные конструкции скважин и оборудо­вать их фильтрами с гравийной обсыпкой, что позволяет повысить производительность и срок службы технологических скважин. Материал гидроизоляции в этом случае заливают в зону выше пакера после засыпки гравия в прифильтровую зону скважины.

Рис. 15. Гидроизоля­ция растворов с по­мощью     гидравличе­ских пакеров:

1 – цементное кольцо; 2 – тампонажный слой глины; 3 – глиноизвестковый раствор; 4 – по­лиэтиленовая колонна; 5 – гидравлический пакер; 6 – клапан; 7 – фильтр; 8 – отстойник; 9 – направляющий фо­нарь

Можно выделить некоторые особенности сооружения таких сква­жин. Бурение их обычно осуществляется долотами уменьшенных диа­метров – 151 – 243 мм. При применении фильтров с гравийной об­сыпкой производится при необходимости расширение призабойной зоны скважин с целью получения уширенного контура гравийной об­сыпки.

Данный способ оборудования технологических скважин и создание гидроизоляции имеет следующие преимущества: 1) умень­шается диаметр скважин; 2) сокращается время на их сооружение; 3) не требуется производить дорогостоящие и трудоемкие работы по цементированию скважин; 4) уменьшается стоимость оборудования скважин.

В качестве гидроизоляционного материала при сооружении технологических скважин ПВ применяются растворы сульфастойких и кислостойких цементов, а также раз­личные пасты и специальные растворы.

При создании гидроизоляционных оболочек важным условием яв­ляется также доставка гидроизоляционных материалов в зону сква­жины. Доставка этих материалов в скважину, оборудованную неме­таллическими колоннами, осуществляется заливкой материала по трубам или шлангам, опущенным в зазор между стенками скважины и эксплуатационной (обсадной) колонной или опущенными внутрь колонны, по аналогии с технологией цементирования скважин. В по­следнем случае потребуется применение специальных цементировоч­ных устройств.

7. Технология вскрытия продуктивных горизонтов

Вскрытие продуктивных горизонтов при сооружении технологи­ческих скважин ПВ металлов является од­ним из мероприятий повышения производительности и срока службы скважин, снижения эксплуатационных затрат. При вскрытии продук­тивных пластов, сложенных мелкозернистыми песками, практически всегда происходит нарушение их естественных фильтрационных свойств, что выражается прежде всего в уменьшении проницаемости пород приствольной зоны в результате образования зоны кольматации – участка скважины, в поры которого проникли частицы дисперсной фазы промывочной жидкости. Выделяют две зоны кольматации: зону, примыкающую к приствольной части скважины, обус­ловленную проникновением частиц бурового шлама и ПЖ, а также зону фильтрата ПЖ, чаще всего глинистого раствора, в породы продуктивного горизонта.

Возникновение зоны кольматации является неизбежным, если в ПЖ присутствуют твердые частицы и бурение осу­ществляется с депрессией на пласт.

Величина зоны кольматации зависит от перепада давления в про­цессе бурения, продолжительности бурения и от соотношения раз­меров твердой фазы ПЖ и размеров пор и тре­щин. При попадании твердых частиц в поры и трещины продуктив­ного пласта площадь сечения их уменьшается, что приводит к резко­му снижению проницаемости.

Глубина проникновения глинистого раствора в поры продуктив­ного горизонта зависит от свойств пород и глинистого раствора.

При увеличении зоны интенсивной кольматации возрастает и сложность ее разрушения. Снятие корки со стенок скважины с по­мощью механических расширителей и гидроразмыва большой слож­ности не представляет, но удаление глинистых частиц полностью из пласта представляет собой значительные трудности.

Воздействие фильтрата ПЖ на пласт вызыва­ет следующие изменения в породах продуктивных горизонтов:

·       наличие химических веществ, содержащихся в фильтрате жидко­сти, приводит к уменьшению эффективных сечений пор и каналов продуктивных пластов, а также их проницаемости за счет увеличе­ния гидрофильности пород и толщины гидратных оболочек;

·       глинистые минералы, содержащиеся в продуктивных пластах, гидратируют под влиянием водного фильтрата и увеличиваются в объеме, что также способствует снижению проницаемости;

·       наличие в фильтрате ПЖ растворенных хими­ческих элементов способствует при взаимодействии с веществами продуктивного пласта образованию нерастворимых осадков.

Таким образом, при воздействии фильтрата проницаемость пла­ста также снижается.

Но это снижение обычно меньше, чем при коль­матации, воздействие фильтрата на пласт следует уменьшать, так как глубина проникновения фильтра в пласт во много раз больше толщины зоны кольматации.

Вращательное бурение с прямой промывкой является наиболее распространенным способом при вскрытии продуктивных горизонтов.

В качестве очистных агентов для вскрытия продуктивных гори­зонтов при вращательном бурении могут применяться:

Техническая вода. Является самым дешевым очистным агентом, ее применение предотвращает загрязнение пород продуктивных гори­зонтов, способствует резкому уменьшению их кольматации.

Применение воды способствует также повышению скоростей буре­ния и снижению стоимости сооружения скважин. Однако вода явля­ется по отношению к породам приствольной зоны скважин самой агрессивной промывочной жидкостью и приводит к размыву песчано-глинистых пород, набуханию и обвалам скважин. Применение воды для вскрытия продуктивных горизонтов возможно только в том слу­чае, когда обеспечивается устойчивость разбуриваемых пород, их высокая сопротивляемость размывающему действию потока промы­вочной жидкости.

Высокие технико-экономические показатели вскрытия продуктив­ных горизонтов, сложенных песками различной зернистости, могут быть получены при вращательном бурении с прямой промывкой скважин технической водой путем поддержания на пласт постоянного противодавления. Этот метод вскрытия водоносных пластов требует постоянного подлива воды в скважину и поддержания уровня жидкости на устье скважины [7].

Из недостатков этого способа вскрытия следует также отметить большой расход воды.

Глинистые растворы обеспечивают высокую устойчивость стенок скважин, сложенных неустойчивыми породами. Однако содержащие­ся в глинистом растворе твердые частицы, а зачастую и химические реагенты способствуют кольматации пород продуктивных горизон­тов и резкому снижению их проницаемости. Глинистые растворы це­лесообразно применять для вскрытия напорных водоносных пластов.

Глинистые растворы, применяемые для вскрытия продуктивных пластов при ПВ, должны удовлетворять следующим основным тре­бованиям:

1)    обеспечивать минимальное проникновение раствора в породы продуктивного пласта;

2)    предотвращать образование осадков (механических, химиче­ских), закупоривающих поры пласта и отверстия в рабочей части фильтра;

3)    способствовать быстрому удалению продуктов кольматации в зоне пласта;

4)    обеспечивать необходимую стабильность при изменении тем­пературы и давления.

Меловые растворы. Применение меловых растворов для вскрытия продуктивных пластов приводит к образованию корки толщиной 3 – 5 мм, которая легко удаляется при воздействии растворами сер­ной или соляной кислот. Содержащиеся в кольматирующем слое глинистые частицы дезинтегрируют и легко удаляются при откачках.

Основной недостаток меловых растворов – трудоемкость приго­товления и низкая технологичность в процессе их использования. Поэтому меловые растворы в качестве ПЖ находят ограниченное применение.

Ингибированные растворы. Для вскрытия продуктивных горизон­тов при сооружении скважин ПВ могут найти применение известко­вые, кальциевые и гипсовые растворы. Получают ингибированные растворы путем добавления к малоглинистым растворам соответст­вующих ингибирующих компонентов: СаС12, КС1 и др. Зона кольма­тации продуктивных пластов при применении ингибированных рас­творов легко разрушается под действием кислоты в процессе освое­ния скважин и подготовки их к эксплуатации.

Однако образование труднорастворимых осадков при обработке продуктивных пластов кислотными растворами может привести к закупориванию пор и трещин и снижению проницаемости пластов. Поэтому для определения эффективности применения ингибирован­ных растворов для вскрытия продуктивных горизонтов потребуется проведение исследований.

Буровые растворы с низким содержанием твердой фазы. К числу таких растворов можно отнести растворы с добавками гидролизованных продуктов акрилатного типа К-4, К-6, К-9, а также гипан.

Их применение способствует резкому уменьшению поглощения ПЖ и повышению устойчивости прифильтровой зоны скважин. Зона кольматации в виде корки толщиной 5 – 7 мм легко разрушается в процессе освоения скважин. При этом время освоения скважин сокращается.

Основным недостатком реагентов К-4, К-9, К-6 является их пло­хое растворение в воде в холодное время года. Кроме того, все они имеют высокую стоимость.

Приготовление растворов с реагентами в виде гидролизованного полиакриламида К-4, К-9, К-6 осуществляется в зумпфе путем тща­тельного перемешивания определенного количества воды и реагента с помощью гидросмесителя или бурового насоса.

Водогипановые растворы обладают повышенной вязкостью, что способствует улучшению условий выноса шлама при бурении сква­жин большого диметра с использованием буровых насосов с неболь­шой подачей, т.е. при малых скоростях восходящего потока ПЖ.

Кроме того, их применение позволяет предотвратить аварии и ос­ложнения при бурении в поглощающих и неустойчивых, склонных к обрушениям пластах.

Водогипановые растворы обладают кольматирующими свойства­ми, что объясняется их способностью коагулировать при контакте с электролитами, содержащими ионы железа, кальция и магния и с выделением нерастворимого осадка.

Наличие слоя кольматации в виде корки небольшой толщины способствует при сооружении технологических скважин ПВ повыше­нию устойчивости пород продуктивных пластов, обычно сложенных мелкозернистыми песками, что является положительным фактором. В процессе освоения скважин слой кольматации легко разрушается, а проницаемость продуктивных пластов и приемистость нагнетатель­ных скважин восстанавливаются.

Водогипановые растворы приготовляются перемешиванием с по­мощью гидросмесителя или непрерывным подливанием тонкой струй­кой на храпок всасывающего шланга.

Аэрированные растворы. К ним относятся все типы глинистых, безглинистых и других буровых растворов, аэрированных воздухом или другим газообразным агентом. Аэрация – это процесс насыще­ния бурового раствора пузырьками воздуха или газом.

Аэрированные воздухом буровые растворы обладают пониженной плотностью (800 – 900 кг/м3), повышенной текучестью и подвижно­стью.

Аэрированные ПЖ способствуют уменьшению гидростатического давления на продуктивный пласт, улучшению ус­ловий очистки забоя скважины от шлама, повышению скорости бу­рения и проходки на ПРИ.

Применение аэрированных растворов обеспечивает высокие пока­затели вскрытия продуктивных пластов за счет сохранения естест­венного состояния призабойной зоны скважин, исключения проникно­вения в пласт воды и твердой фазы.

Сжатый воздух. Использование сжатого воздуха позволяет во. многих случаях повысить скорость бурения и проходку на долото, а также снизить стоимость бурения. За счет низкого гидростатиче­ского давления сжатого воздуха на продуктивный пласт при его вскрытии обеспечивается сохранение естественной проницаемости пластов и снижение затрат на освоение скважин и поддержание их в работоспособном состоянии в период эксплуатации.

Однако применение сжатого воздуха для бурения скважин раз­личного целевого назначения ограничено устойчивыми породами, в которых водопритоки отсутствуют или незначительны. Важным усло­вием применения сжатого воздуха является герметизация устья сква­жин.

Вскрытие продуктивных горизонтов с помощью обратной промыв­ки. Применение обратной промывки при сооружении технологических скважин для ПВ металлов является важным: фактором повышения эффективности вскрытия пластов и производи­тельности скважин. При этом способе бурения в качестве ПЖ может быть использована вода, которая поступает на забой по зазору между стенками скважины и бурильными трубами, а образовавшаяся в процессе бурения пульпа поднимается на по­верхность по БТ с помощью вакуумных насосов, эр­лифтов и гидроэлеваторов. Наличие столба жидкости в скважине обеспечивает необходимую устойчивость стенок скважины.

В процессе вскрытия продуктивных пластов вследствие всасы­вания пульпы с забоя скважины сохраняются их естественные усло­вия пористости и проницаемости.

Применение обратной промывки наиболее эффективно при соору­жении скважин диаметром 500 мм и более, пробуренных в однород­ных по составу породах.

Однако при сооружении технологических скважин ПВ способ вскрытия продуктивных пластов с обратной промывкой пока не на­шел широкого применения по следующим причинам:

·       отсутствие серийно выпускаемых бурового оборудования и ин­струмента;

·       небольшие диаметры технологических скважин;

·       значительная глубина и наличие зон поглощения ПЖ;

·       требуется значительное количество воды.

8. Забойное и устьевой оборудование

8.1. Основные требования к фильтрам

Фильтры технологических скважин предназначены для свобод­ного пропуска в продуктивный пласт выщелачивающих растворов и свободного, без механических примесей, извлечения из пласта про­дуктивных растворов.

К фильтрам технологических скважин ПВ предъявляются сле­дующие основные требования: 1) высокая стойкость материалов, из которых изготовлен фильтр, к химически агрессивным средам; 2) по­вышенная механическая прочность в условиях горного давления и гидродинамических нагрузок; 3) высокая удерживающая способ­ность, – фильтр должен обеспечивать прохождение в скважину рас­твора, не содержащего песка. Это условие имеет большое значение на последующих стадиях переработки промышленных растворов; 4.) сохранение работоспособности в течение всего срока эксплуата­ции скважины; 5) должна обеспечиваться необходимая площадь фильтрующей поверхности для пропуска требуемого количества рас­твора при допустимых входных скоростях и сопротивлениях; 6) воз­можность обеспечения быстрой замены или ремонта; 7) небольшая стоимость фильтров и невысокая трудоемкость их изготовления.

8.2. Типы фильтров

При сооружении технологических скважин ПВ находят примене­ние трубчатые с круглой и щелевой перфорацией, сетчатые, прово­лочные, дисковые и гравийно-обсыпные фильтры. Наиболее широкое применение находят трубчатые со щелевой перфорацией, дисковые и гравийно-обсыпные фильтры, иног­да с уширенным контуром гравийной обсыпки.

В качестве каркасов при изготовлении фильтров используются полиэтиленовые, полипропиленовые, полихлорвиниловые, фанерные, нержавстальные и эмалированные трубы, а также стальные трубы с антикоррозионным покрытием. Стеклопластиковые трубы в качестве фильтров широкого применения не нашли из-за нарушения сплош­ности волокна навивки при сверлении отверстий или образовании щелей, что снижает прочность каркаса фильтра и увеличивает его кольматацию. Возможно применение в качестве каркаса фильтров бипластмассовых труб. При этом диаметр отверстий или размер ще­лей в полиэтиленовой оболочке должен быть меньше, чем в наруж­ной, стеклопластиковой оболочке.

Трубчатые фильтры с круглой и щелевой перфорацией. Трубчатые фильтры с круглой перфорацией находят ограниченное применение из-за трудностей изготовления отверстий с размерами в соответствии с гранулометрическим составом рудовмещающих пород. Чаще всего они используются при сооружении технологических скважин в скаль­ных месторождениях, при отработке пластовых месторождений они применяются при оборудовании прифильтровой зоны с гравийной об­сыпкой.

Скважность таких фильтров зависит от материала труб и ко­леблется в широких пределах (5 – 25 %). Размеры отверстий и рас­стояния между ними выбираются в зависимости от диаметра и мате­риала каркаса, назначения скважин и гранулометрического состава скважины можно производить свабирование путем опускания и подъ­ема бурильных труб с пакером, что повышает эффективность освое­ния.

Щелевые фильтры являются самыми распро­страненными при сооружении технологических скважин ПВ. Щеле­вые фильтры изготавливают в основном их полиэтиленовых труб, реже из фанерных и труб из нержавеющей стали с различной величиной щели. Общий вид ще­левого фильтра из нержавеющей стали дан на рис. 16.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10