Технология получения и применения газожидкостных систем при бурении разведочных скважин

Широкое применение в качестве очистного агента особенно при бурении скважин в сложных горно-геологических условиях находят газожидкостные смеси (аэрированные жидкости, пены, туманы), обеспечивающие повышение производительности пневмоударного бурения, стойкости породоразрушающего инструмента и экономии материальных средств.

Опубликовано большое количество научных статей, монографий, инструкций и других работ, посвященных изучению и определению свойств газожидкостных систем [4-12].

Рис. 1.1 Схема подачи пены через смеситель

1 – компрессор; 2 – дозировочный насос; 3 – смеситель; 4 – герметизатор устья скважины; 5 – датчик давления; 6 – нагнетательные трубопроводы.

Аэрированные жидкости представляют собой дисперсные многофазные системы, в которых жидкость является дисперсионной средой, а воздух (газ) – дисперсной фазой. Пузырьки и пачки газа не связаны между собой. Туманы – многофазные дисперсные системы, в которых капельки жидкости (водного раствора поверхностно-активных веществ) радиусом 3-10 мм являются дисперсной фазой, а воздух – дисперсионной средой. Туман по своим структурно-механическим свойствам приближается к газам, так как в агрегатном состоянии его частицы весьма связаны силами притяжения и движутся почти свободно и равномерно, заполняя весь представленный объем.

Пены – ячеистопленочные многофазные дисперсные системы образованные множеством пузырьков газа, разделенных тонкими пленками жидкости. Пузырьки газа могут иметь форму многоугольников. Непрерывной дисперсной средой в пене служит жидкость, а дисперсной фазой – воздух (газ). Основную часть объема пены до 99 % составляет газообразная фаза.

Для определения состояния фаз в ГЖС используется показатель степени аэрации жидкости А, представляющий собой отношение объемных расходов газа Q_г и жидкости Q_ж при атмосферном давлении, т.е. А= Q_г/ Q_ж. При А = 60 дисперсная система газ-жидкость представляет собой аэрированную жидкость, а при А = 60-300 – пену [4].

Приняты две схемы осуществления процесса очистки забоя скважин ГЖС: прямая схема смесителем и схема с использованием дожимных камер. Прямая схема подачи пены (рис. 1.1) применяется при забуривании скважин и бурении пневмоударниками, шарошечными долотами и коронками до глубины 150 м, без значительных водопритоков в скважину. Применение пневмоударников требует использования компрессоров производительностью 7-10 м³/мин., что обуславливает высокую степень аэрации (более 300 единиц).

При твердосплавной и алмазном бурении используются компрессоры производительностью 0,7-1,5 м³/мин, степень аэрации пен при этом колеблется от 60 до 200.

Подача пены с использованием камер дожатия (рис.1.2) используется, как правило, при бурении скважин глубиной более 150 м и в случаях, когда противодавление в скважине превышает рабочее давление компрессора.

Камеры дожатия смонтированы на серийных насосах (НБ-3, НБ-4, НВ-32) и позволяют перекачивать ГЖС с высокими значениями давления на выходе. Использование камер дожатия с компрессорами низкого давления дает возможность получать пену с заданной степенью аэрации, путем поддержания расчетного давления возду­ха в полостяхдожимного устройства. Из уравнения

определяем

где Q_в – необходимое количество воздуха;

Q_H – теоретическая производительность насоса;

Р_к – давление воздуха в дожимной камере, создаваемое компрессором;

Q_P – расход раствора, ПАВ;

K – коэффициент, учитывавший температурную разницу.

Давление воздуха в дожимной камере, создаваемое компрессором поддерживается путем сбрасывания лишнего количества воздуха через эжекторное устройство отсоса шлама.

Рис. 1.2 Схема подачи пены через дожимное устройство

1 – дозировочный насос; 2 – дожимной насос; 3 – компрессор; 4 – камера дожатия; 5 – компенсатор с манометром; 6 – линия сброса; 7 – отводная линия; 8 – герметизатор устья скважины; 9 – зумпф.

Рецептура и характеристики пенообразующих растворов для бурения с прямой подачей и использованием камер дожатия отличаются незначительно. При бурении с прямой подачей ГЖС наблюдаются более высокие коэффициенты аэрации и составляют 150-500 единиц, отмечается переход ГЖС из состояния пены в состояние тумана. При подаче пены с использованием камер дожатия степень аэрации находится в пределах 50-200 единиц.

Рецептуры пенообразующих растворов составляются в зависимости от геологических условий.

При бурении в устойчивых горных породах применяется водный раствор сульфонола с концентрацией 0,2-0,5 % по активному веществу. Расход раствора 2-6 л/мин, при бурении коронками степень аэрации 100-250 единиц, при бурении пневмоударником 200-500 единиц. Бурение в неустойчивых породах, склонных к обвалам и повышенному шламообразованию, производится с водным раствором сульфонола 0,2-0,5% с добавками глины 5-6%, жидкого стекла 1%, КМЦ-500 – 0,1%.

При бурении скважин с водопритоками хорошо зарекомендовала себя смесь раствора сульфонола (1-1,5%) и неионогенных ПАВ (ОП-7, ОП-10) с концентрацией по активному веществу соответствующей снижению поверхностного натяжения воды до 35-40 дин/с.

Опытом использования пенной промывки скважин рядом экспедиций ПГО "Якутскгеология" (Россия) доказана целесообразность применения технологии бурения с очисткой забоя ГЖС в следующих условиях:

Ø при бурении пневмоударным и вращательным способами, когда очистка забоя сжатым воздухом затруднена водопроявлениями в скважине;

Ø при бурении по слабосцементированным, трещиноватым породам;

Ø при проходке зон поглощения;

Ø при вскрытии водоносных горизонтов с низким пластовым давлением;

Ø при проведении буровых работ в труднодоступных местностях для водоснабжения.

Исходя из опыта применения ГЖС пневмоударного бурения, можно предположить, что ударно-вращательное бурение с применением забойных пневмоударников в сочетании с очисткой забоя газо-жидкостными смесями, может стать одной из основных составлявших комплекса технических и технологических средств для разработки прогрессивной технологии бурения на россыпных месторождениях.

Date: 2016-05-23; view: 1454; Нарушение авторских прав