Применение аэрированных жидкостей для вскрытия пластов

Этот метод вскрытия продуктивных пластов имеет более широкую область применения в отличие от всех описанных разновидностей бурения с использованием газообразных агентов вследствие меньших ограничений, налагаемых геологическими и гидрогеологическими условиями месторождений. Бурят с промывкой аэрированной жидкостью главным образом при борьбе с поглощениями бурового раствора или для их предупреждения, для улучшения технико-экономических показателей бурения и при вскрытии продуктивных пластов. Поскольку эффективность выполнения каждой из указанных задач в значительной степени зависит от величины создаваемого затрубного давления, рассчитывают расходы жидкости и воздуха, потребные для поддержания необходимого давления на забое. Одновременно с этим определяют потери давлений в остальных элементах циркуляционной системы с целью выбора компрессорных установок.

Несущей средой в восходящем потоке газожидкостной смеси является жидкость, воздух же вводится для улучшения очистки забоя и снижения аэрогидродинамического давления на забой. Поэтому расход жидкой фазы смеси должен быть достаточным для обеспечения эффективного выноса выбуренной породы, а расход газовой фазы – необходимым для создания требуемого забойного давления применительно к конкретным условиям бурения.

Практикой установлено, что оптимальным расходом жидкой фазы смеси является такой, при котором в скважине не остается осадка выбуренной породы в виде шламовых стаканов. При снижении расхода жидкой фазы смеси ниже оптимального выносная способность восходящего потока аэрированной жидкости значительно падает. Это, очевидно, объясняется тем, что при низких расходах жидкости и высоких расходах воздуха большая часть жидкой фазы смеси поднимается в затрубном пространстве вдоль стенок скважины в виде тонкого слоя, вследствие чего снижается, скорость восходящего потока жидкой фазы смеси.

Чтобы установить влияние расхода жидкой фазы на выносную способность восходящего потока аэрированной жидкости и определить давление на забое, создаваемое при различных степенях аэрации промывочной жидкости, проведены исследования в промысловых условиях, поскольку выведенные для этого уравнения дают большие погрешности.

Режимы бурения с промывкой аэрированной жидкостью проектируют с учетом способа и глубины бурения, характера проходимых пород и возможных осложнений. Выбор расходов жидкости и воздуха обусловливается конкретными геолого-техническими условиями бурения, в частности наличием в разрезе скважины зон поглощенийи водопроявлений, неустойчивых пород и газонефтяных пластов.

Аэрация промывочной жидкости позволяет сравнительно быстро и в широких пределах регулировать ее удельный вес (в соответствующих условиях от 0,1 до 1,0 гс/см^з и более) и тем самым снижать или увеличивать аэрогидродинамическое давление на забой, в результате чего создается возможность бурить в условиях гидродинамического равновесия системы скважина – пласт. Это обеспечивает высокую эффективность прохождения зон поглощений, а также вскрытия продуктивных пластов. Обычно режим циркуляции аэрированной жидкости подбирается в зависимости от интенсивности поглощения или водо- проявления проходимых пластов, что определяют по изменению уровня жидкости в приемных емкостях буровых насосов. При поглощении промывочной жидкости

Равновесие системы скважина – пласт регулируется увеличением или уменьшением расхода жидкости (10 – 48 л/с) и воздуха (10 – 36 м³/мин), либо изменением обоих параметров.

Давление аэрированной жидкости в стояке в зависимости от способа и глубины бурения, гидрогеологических условий разреза скважины, соотношения диаметров скважины и бурильной колонны и создаваемых режимов циркуляции газожидкостной смеси колеблется в пределах от 20 до 100 –: 110 кгс/см'.

В зависимости от указанных выше условий бурение с промывкой аэрированной жидкостью осуществляется при осевых нагрузках на долото от 5 до 25 тс. Установлено, что при одних и тех же значениях осевой нагрузки в случае проходки скважин с промывкой аэрированной жидкостью по сравнению с бурением

Если в качестве жидкого компонента аэрированной жидкости используется вода, то эффективным средством предотвращения коррозии бурильной колонны, обсадных труб и устьевого оборудования является добавление 2% извести с доведением и поддержанием рН = 10,5 –: 12,5. При бурении с промывкой аэрированным глинистым раствором для предупреждения коррозии бурильной колонны и остальных элементов циркуляционной системы вводят специальные ингибиторы, например, каустическую соду, четыреххлористый кремний и др.

В случае применения аэрированного глинистого раствора выходящий на поверхность газожидкостный поток направляется в деаэратор с целью отделения воздуха от жидкости для обеспечения нормальных условий работы буровых насосов. Если в глинистом растворе содержится более 10% воздуха, условия всасывания насосом аэрированного глинистого раствора резко ухудшаются, подача насоса падает и даже прекращается.

С использованием аэрированной жидкости в отличие от других газообразных агентов можно бурить турбинным способом, причем серийными турбобурами. Более того, как показали исследования [9] в этом случае мощность турбобура увеличивается, вследствие возрастания перепада давления, срабатываемого в турбине, и использования работы расширения в ней воздуха, а также роста числа оборотов турбины.

На практике установлено, что применение аэрированной жидкости при турбинном бурении, особенно в верхних интервалах скважин, обеспечивает эффективную работу турбобуров различных типоразмеров с небольшими расходами жидкой фазы, при которых в обычных условиях они не принимают осевую нагрузку.' Это создает возможность эффективного прохождения зон поглощений.

Для получения большей эффективности турбинного бурения после восстановления циркуляции аэрированной жидкости первоначально определяют осевую нагрузку на долото, вызывающую остановку турбобура, а затем бурят при осевой нагрузке, близкой по величине к установленной указанным способом. Это следует делать каждый раз после смены долота, турбобура, режимов циркуляции аэрированной жидкости, изменения характера проходимых пород и гидрогеологических условий бурения.

Практика показывает, что независимо от способа бурения при использовании аэрированных жидкостей технические показатели оказываются выше, чем при использовании воды, глинистых растворов или использование химически аэрированных растворов дает эффект при бурении в зонах поглощений, представленных пористыми и мелко-трещиноватыми породами, характеризующимися невысокой интенсивностью поглощения промывочной жидкости, при неглубоких статических уровнях в скважине. При прохождении же зон сильных и катастрофических поглощений применение химически аэрированных растворов нецелесообразно.

Сущность бескомпрессорного метода аэрации заключается в том, что промывочная жидкость и ПАВ активно перемешиваются не в глиномешалке и приемной емкости бурового насоса, а в смесителе эжекционного типа, засасывающем воздух из атмосферы; устанавливают его в нагнетательной линии бурового насоса. Метод применяется при разведочном колонковом бурении в ограниченных масштабах.

При бурении же глубоких скважин наиболее перспективным является применение аэрированных жидкостей, полученных механическим способом с помощью компрессорных установок. Аэрированная жидкость может быть использована для борьбы с поглощением промывочной жидкости не только как средство, обеспечивающее эффективное прохождение зон поглощений в условиях аэрогидродинамического равновесия в системе скважина – пласт, но и в качестве тампонирующего материала. А. О. Асан-Нури, А. О. Межлумовым и другими предложен способ, сущность которого состоит в нагнетании в зону поглощения аэрированной жидкости или воздуха для резкого снижения проницаемости водонасыщенного поглощающего пласта путем создания в ней своеобразной водо-воздушной блокады с последующим цементированием этой зоны или без него, и над долотом 28, Назначение этих клапанов такое же, как и при бурении с продувкой воздухом или газом.

Из скважины аэрированная жидкость поступает через систему противодавления 26 в выкидную линию 27 и далее в деаэратор 28, в котором происходит отделение воздуха от жидкости и шлама. Отделенный воздух по линии 29 выходит в атмосферу, а промывочная жидкость со шламом по линии 80 направляется на вибросито 81 (или сито-конвейер) и далее в желобную систему, где при необходимости пропускается через дегазатор ДВС-2 82 конструкции УкрНИИгаза. По желобной системе жидкость направляется в приемные емкости буровых насосов 88.

Рисунок!!!!

Система противодавления 26 состоит из нескольких задвижек со штуцерами определенного размера и предназначена для создания противодавления на стенки скважины как в пусковой период, так и в процессе бурения с промывкой аэрированной жидкостью для предупреждения возможных водонефтегазопроявлений и обвалов неустойчивых пород разреза вследствие значительных депрессий на проходимые породы, вызываемых аэрацией жидкости.

Для герметизации устья скважины применяют то же оборудование, что и при бурении с продувкой воздухом. При выборе его руководствуются конкретными геолого-техническими условиями бурения.

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

Когда нефтяной пласт вскрывают с применением аэрированной жидкости и особенно воздуха, то в большинстве случаев вскрытие пласта, по-видимому, должно осуществляться после спуска колонны до кровли продуктивного объекта. Оборудование забоя в этом случае может быть различной конструкции.

Если исходить из условий недопущения снижения проницаемости призабойной зоны во время вскрытия пласта, то можно выработать совершенно четкие условия, определяющие место установки башмака эксплуатационной колонны. Эти условия следующие.

1. Применяемая промывочная жидкость отвечает условиям технологии проходки ствола скважины и вскрытия нефтяного пласта. В этом случае эксплуатационную колонну можно спускать до забоя.

2. Промывочная жидкость полностью удовлетворяет требованиям правильной проходки скважины, но полностью или частично не отвечает условиям вскрытия продуктивного пласта. При этих условиях эксплуатационная колонна должна быть спущена до кровли продуктивного объекта, а нефтяной пласт вскрываться одним из указанных способов.

При добавке поверхностно-активного вещества к аэрированной жидкости значительно расширяется область применения её при вскрытии нефтяных пластов и значительно улучшается технологический процесс бурения скважин.

Так как при вскрытии пласта с применением аэрированной жидкости создается некоторое избыточное давление на забое скважины, то естественно вода будет проникать в призабойную зону. При добавке поверхностно-активного вещества к аэрированной жидкости создаются благоприятные условия, как это было показано в предыдущей главе, для обратного вытеснения проникшей в пласт воды к забоям скважин. Во время их освоения предотвращается образование стойкой эмульсии в призабойной зоне и устраняется сужение сквозных пор из-за возможного оседания на их поверхности мелкодисперсных частиц породы.

Таким образом, при вскрытии сильно дренированных и истощенных нефтяных пластов аэрированной жидкостью с добавками поверхностно-активных веществ можно сохранить природную проницаемость призабойной зоны и сравнительно легко освоить скважины.

Как известно, вскрытие истощенных пластов глинистыми растворами сопровождается большими поглощениями, длительное время скважины не поддаются освоению, а производительность их обычно бывает намного заниженной. Поэтому аэрированную жидкость с добавками поверхностно-активных веществ можно рекомендовать для широкого применения при вскрытии сильно дренированных и истощенных нефтяных пластов. Как было уже упомянуто, при применении аэрированной жидкости с добавками поверхностно-активных веществ улучшаются показатели бурения.

Можно утверждать, что при бурении аэрированной жидкостью без добавки поверхностно-активного вещества в аэрированной жидкости не должно наблюдаться образование сальников (в особенности при перерыве в работе во время бурения), давление на нагнетательной линии будет более равномерным, улучшатся условия буримости (повысится механическая скорость бурения), при прочных равных условиях повысится общий к. п. д. установки.

Вскрытие пластов бурением с использованием пен можно рассматривать как разновидность метода с применением аэрированной жидкости, но более перспективный и эффективный. Наличие в пенах ПАВ позволяет уменьшить влияние бурового раствора на снижение проницаемости призабойной зоны пласта.

Для аэрации жидкости в процессе бурения с применением турбобура или электробура, как показали эксперименты, необходимы компрессоры с подачей не менее 40 м³/мин и рабочим давлением 50 – 60 кгс/см². При аэрации жидкости часто используется поверхностно-активные вещества, которые положительно влияют на вскрытый пласт и способствуют повышению эффективности работ по испытанию скважин.

Вскрытие пластов с промывкой аэрированной жидкостью позволяет уменьшить вредное влияние бурового раствора на призабойную зону вследствие снижения давления на пласт. Применение аэрированной жидкости предупреждает возникновение интенсивного поглощения бурового раствора. Плотность аэрированного раствора зависит от степени аэризации, плотности используемой жидкости и давления в скважине. При бурении с использованием аэрированной жидкости повышаются механическая скорость проходки и проходка на долото.

Буровой раствор оказывает весьма существенное влияние на вскрываемый продуктивный объект. В зависимости от свойств он в большей или меньшей степени снижает околоствольную проницаемость пласта. Поэтому свойства бурового раствора должны быть строго регламентированы, а к нему в целом следует предъявлять ряд требований.

1. Плотность должна быть такой, чтобы дифференциальное давление при бурении в зоне продуктивного пласта было нулевым или близким к этому значению.

2. Фильтрация бурового раствора в условиях скважины у вскрываемого продуктивного пласта должна быть минимальной.

3. Состав фильтрата в случае его проникновения в пласт не должен вызывать физические, химические или физико-химические явления, снижающие проницаемость околоствольной зоны пласта (набухание глин, увеличение гидрофильности породы, образование нерастворимого осадка и т. Д.).

4. Поверхностное натяжение на границе фильтрат – нефть должно быть минимальным.

Из указанных способов вскрытия нефтяных пластов в настоящее время наиболее распространен способ вскрытия с применением глинистых растворов на водной основе. В районах Татарии и Башкирии при бурении скважин и вскрытии пласта наряду с глинистыми растворами применяют также и воду. Растворы на нефтяной основе применяют только в некоторых особых случаях; вскрытие нефтяных пластов с применением аэрированной жидкости и воздуха (газа) пока находится в стадии испытания в промышленных условиях.