Классификация способов вскрытия пластов

Основной задачей при бурении гидрогеологических скважин является определение параметров водоносного горизонта при разведочном бурении и достижение проектного дебита и максимального срока службы при эксплуатационном бурении. Решение этой задачи невозможно без качественного вскрытия и освоения водоносных горизонтов.

От качества вскрытия водоносных горизонтов зависит, в конечном счете, дебит скважин. Вопросы качественного вскрытия водоносных горизонтов являются главными, определяющими во всей техно­логии сооружения скважин на воду.

Выбор и применение рационального способа вскрытия и освоения водоносных горизонтов при сооружении гидрогеологических скважин является одной из важнейших проблем современной техники и технологии бурения. Качество вскрытия в основном определяется способом бурения по водоносному горизонту и типом промывочной жидкости, применяемой при вскрытии.

Вскрытие водоносных горизонтов осуществляется в основном вращательным способом. Вращательный способ является наиболее распространенным и занимает в общем объеме работ более 80 %.

Технология вскрытия водоносных горизонтов должна детально разрабатываться для каждого района с учетом его гидрогеологических условий. При этом необходимо учитывать гидродинамическую характеристику водоносного горизонта, глубину его залегания, параметры водоприемной части скважины. Правильный выбор технологи вскрытия будет способствовать обеспечению минимальных затрат времени на освоение скважин.

На выбор способа вскрытия водоносных горизонтов влияют гидрогеологические характеристики пласта:

- гранулометрический состав, проницаемость и устойчивость пород;

- интенсивность водопроявлений;

- глубина залегания;

- проектный дебит.

 

В свою очередь характеристики пород, слагающих пласты делятся на:

- неустойчивые породы с пористым (рыхлым) коллектором;

- слабоустойчивые по­роды с пористо-трешинным коллекто­ром;

- устойчивые породы с коллектором трещинно-жильного типа.

 

Способ вскрытия должен оказывать минимальное кольматирующее влияние на водоносный пласт, т.е. сохранять его естественную проницаемость. В то же время технология вскрытия должна позволять оборудовать водоприемную часть скважины. В неустойчивых и слабоустойчивых породах это требование заключается в предотвращении их обрушения в период монтажа фильтра.

В зависимости от указанных параметров разработана классификация рациональных способов вскрытия водоносных пластов. Один из основных классификационных принципов — степень устойчивости стенок скважины при ее заполнении водой до устья, т.е. при различных соотношениях гидростатического и пластового давления.

 

В зависимости от устойчивости стенок и интенсивности водопроявлений применяются следующие способы вскрытия водоносных горизонтов:

1) Ударно-канатный способ

Рекомендуется при глубине залегания горизонта 100-150 м, катастрофическом поглощении промывочной жидкости и в случае, если вскрываемые пласты неустойчивы в стенках скважины. Для предотвращения обрушения пласта последний чаще всего перекрывается опережающей вспомогательной колонной, под защитой которой устанавливается фильтр. Затем вспомогательная колонна извлекается, обнажая фильтр. При бурении песчано-глинистых пород с применением тиксотропной "рубашки" пласт вскрывается фильтровой колонной с конусным башмаком-расширителем. Так же возможно вскрытие открытым забоем, без крепления.

2) Вращательный способ

- с прямой промывкой (техническая вода, глинистый раствор, аэрированные растворы, меловые растворы и др.);

- с обратной промывкой;

- с продувкой (в том числе с применением пневмоударников).

3) Гидровмыв фильтра

- с применением гидравлического расширителя;

- с применением гидронасадки.

4) Разработка каверны для бесфильтровой скважины эрлифтом или

другими техническими средствами

- с заполнением каверны гравием;

- без заполнения каверны гравием.

 

Поскольку на качество вскрытия и освоения водоносных горизонтов существенное влияние оказывают промывочные жидкости, рассмотрим наиболее распространенные из них.

 

Вскрытие водоносных горизонтов с прямой промывкой водой

Начиная с 1960 г., по рекомендации Д.Н. Башкатова и Г.П. Кваш­ина для вскрытия водоносных горизонтов, представленных песками, в качестве промывочной жидкости начали применять техническую воду. Основными преимуществами использования воды является предотвращение загрязнения водоносного горизонта, сведение кольматации к минимуму, возможность проведения качественного опробования, увеличение дебита скважин, удешевление стоимости работ. Однако применение воды в качестве промывочной жидкости име­ет и недостатки. Так, в связи с недостаточным гидростатическим дав­лением возможен обвал стенок скважин, прихват бурового инструмента для достаточного водообеспечения необходимо наличие достаточного количества воды. В более сложных условиях (статический уровень выше 3 м, коэффициент фильтрации более 20 м/сут.) данная технология сооружения скважин оказалась неприемлемой из-за невозможности обеспечения устойчивости стенок скважин. Было установлено, что во всех случаях увеличение частоты вращения бурового снаряда свыше 110 об/мин приводит к осложнениям в скважинах, возрастает вероятность обвалов их стенок, увеличивается расход промывочной жидкости. Все это в целом вызывает определенные трудности при использовании воды в качестве промывочной жидкости.

При вскрытии неустойчивых водоносных горизонтов с промыв­кой водой следует рассматривать гидродинамическую систему «водоносный горизонт-скважина».

Практические наблюдения и производственный опыт показывают, что при вскрытии водоносного горизонта, представленного различными песками, с промывкой чистой водой интенсивность удельноого водопоглощения в десятки раз меньше, чем при откачке воды из скважины.

Интенсивность водопоглощения зависит от избыточного давления водоносный горизонт, его водопроницаемости, режима бурения, интенсивности гидродинамических воздействий на водоносный горизонт в процессе спускоподъемных операций и степени механической кольматации шламом пор водоносного горизонта, вскрытого скважиной.

Технологические операции по вскрытию водоносного горизонта с прямой промывкой технической водой и формированию водоприемной части скважины показаны на рис. 45.

 

Рис. 45. Технологические операции по вскрытию водоносного горизонта с прямой промывкой технической водой.

Технологическая схема «скрытия водоносного пласта и его освоения с прямой промывкой технической водой: а) вскрытие водоносного пласта с прямой промывкой технической водой; б) поддержание избыточно­го гидростатического давления воды на пласт доливом при подготовке скважины к установке фильтра; в) опускание фильтровой колонны в сква­жину с образованием каверны для засыпки гравия с помощью гидравлического турбинного расширителя; г) опускание фильтровой колонны в скважину без размыва каверны; д) скважина с оборудованной водоприемной частью, гото­вая к эксплуатации: 1 - ступенчатое лопастное долото в комплекте с рас­ширителем; 2 - утяжеленные бурильные трубы; 3 - бурильные трубы, 4 - эксплуатационная колонна; 5 - гидротурбореактивный расширитель на переводнике с левой резьбой; б - рабочая часть фильтра скважины; 7 - центрирующие фонари; 8 - резиновый разжимной сальник - крышка фильтра сжатом виде; 9 - переводник с левой резьбой и обратным клапаном; 10 - обратный клапан с левой резьбой; 11 - сальник разжимной в рабочем состоянии; 12 - направление движения гравия при обсыпке фильтра с одновременной промывкой зафильтрового пространства; 13 - направление движения промывочной воды.