ГЕОМЕХАНИКА

Ошибки в проектах скважин по условиям технологии бурения (часть 1)

1. При проектировании бурения скважины ударно-канатным способом глубиной, например, 100 м и необходимости сохранения диаметра эксплуатационной колонны 203 мм независимо от геологического разреза неправильно намечать конструкцию со следующей сменой диаметра обсадных труб; 305 мм до глубины 30 м, 255 мм до глубины 60 м и 203 мм до глубины 100 м. Правильной конструкцией в данных условиях будет следующая: 400—305— 203 мм, причем колонны труб должны быть доведены до тех же глубин.

При проектировании бурения скважины роторным способом глубиной, например, 300 м и необходимости сохранения диаметра эксплуатационной колонны также 203 мм неправильно намечать конструкцию со следующей сменой диаметра обсадных труб (не считая направления): 255-мм кондуктор до глубины 50—60 м и 203-мм эксплуатационная колонна до глубины 300 м.

Правильной конструкцией в данных условиях будет следующая (также не считая направления): 305-мм кондуктор до глубины 50—60 м и 203-лш эксплуатационная колонна до глубины 300 м. При этом следует проектировать бурение под колонну 305 мм долотом диаметром 394 мм, а под колонну 203 мм долотом диаметром 295 мм.

2. При проектировании бурения скважин ударно-канатным способом следует иметь в виду, что допустимая величина выхода отдельных колонн обсадных труб находится обычно в пределах 25—35 м и очень редко может быть большей.

Выход зависит от диаметра обсадной колонны и от состояния, свойств и характера чередования проходимых пород.

Независимо от особенностей проходимых пород для обсадных труб больших диаметров (505, 404, 355 мм) следует принимать сравнительно небольшие выходы — 20—25 м, а для обсадных труб средних и меньших диаметров (305, 255, 203 мм) выход в проектируемой конструкции может быть увеличен до 30—40 м.

На величину выхода колонны влияют также особенности геолого-гидрогеологического разреза. Например, в вязких пластичных глинах выход колонн всегда следует намечать меньше, чем, например, даже в устойчивых мелах и мергелях. В рыхлых водоносных галечниках выходы обсадных труб уменьшаются при проходке их колоннами небольших диаметров. Выходы колонн можно несколько увеличивать при проектировании бурения в галечниках забойным инструментом большего диаметра и при обсадке трубами тоже большего диаметра; выход колонны может при этом увеличиваться вследствие работы желонкой большого диаметра, которая не дробит, а извлекает галечник с забоя.
Можно проектировать увеличенные выходы колонны при проходке, например, лёссовидных пород, имеющих обычно среднюю плотность, весьма устойчивых и не отличающихся вязкостью, и, кроме того, хорошо сохраняющих вертикальность стенок скважины благодаря своим структурным связям.

При частом чередовании в разрезе прослоев связных и рыхлых, водоупорных и водоносных пород особенно сильно уменьшается длина выхода колонны при ударно-канатном бурении. При переходе обсадной колонны, например, из водонасыщенных песков в водоупорные суглинки или глины пески проникают в зазор между наружной поверхностью трубы и стенкой скважины, увеличивают силу трения на боковой поверхности и преждевременно заклинивают колонну. При подобных предполагаемых разрезах в проектах следует намечать минимальные выходы колонн обсадных труб больших диаметров и только незначительно увеличивать эти выходы для колонн среднего и небольшого диаметров. Ориентировочно можно считать, что при проходке только одного контакта водоносных и водоупорных пород сила трения, создающаяся на боковой поверхности трубы, в зависимости от ее диаметра может быть равноценна силе трения, создающейся в результате проходки 10—15 м по тем же породам, но однородным, не чередующимся.

При роторном бурении чередование рыхлых и плотных, водоносных и водоупорных пород не влияет на величину возможного выхода колонны, поэтому такие особенности разреза можно не учитывать при проектировании проходки скважины роторным способом.

3. При проектировании проходки ударно-канатным способом контакта между связными (или рыхлыми) и скальными породами нередко ошибочно предусматривают бурение на этом отрезке и далее забойным инструментом одного и того же диаметра и обсадку скважины колонной труб также без смены ее диаметра (рис. 47, а). Колонну обсадных труб, прошедшую несколько десятков метров в связных или рыхлых грунтах, нельзя заглубить в скальные породы забивкой более чем на 1 м ниже их кровли; попытки дальнейшего заглубления могут привести только к смятию башмака и аварии. В подобных случаях в проекте необходимо предусматривать дальнейшее уменьшение диаметра скважины и проходку устойчивых скальных пород забойным инструментом без спуска обсадной колонны с тем, чтобы в пройденный ствол спустить обсадную колонную меньшего диаметра (рис. 47, б).

Например, если на контакте со скальными породами должна быть колонна диаметром 305 мм, то в проекте надо предусмат ривать дальнейшее бурение долотом диаметром 298 мм с последующим спуском обсадной колонны диаметром 203 мм.

При указанных особенностях геологического разреза подобный контакт мягких и твердых пород для роторного бурения можно проходить забойным инструментом одного и того же диаметра, при этом следует проектировать только замену долота, например долота РХ на трех- или четырехшарошечное ¹.

Возможность проектирования проходки контакта мягких и скальных пород без уменьшения диаметра скважины при роторном бурении объясняется особенностями его технологии. При роторном бурении ствол скважины, как известно, проходят без обсадки (колонну труб опускают после проходки) и вследствие этого не возникает необходимости в сужении ствола скважины при переходе от мягких пород к твердым — скальным.

4. Довольно распространенной ошибкой проектирования является остановка эксплуатационной колонны труб «впритык» с водоносным горизонтом, без заглубления в него (рис. 48, а). При любом способе бурения неправильно проектировать остановку эксплуатационной колонны на контакте с кровлей водоносного горизонта независимо от того, какими породами он представлен — обломочными рыхлыми или скальными трещиноватыми.

Сущность указанной ошибки заключается в том, что при подобной конструкции почти неизбежно при откачке из скважины мутнеет вода, а иногда над водоносным горизонтом частично обрушается водоупорная кровля. Последнее способствует не только помутнению воды, но может также стать причиной засорения фильтра и уменьшения дебита скважины. Иногда обрушение кровли может обусловить полный выход скважины из строя.

Необходимо всегда проектировать заглубление эксплуатационной колонны в водоносную породу (рис. 48, б). Величину этого заглубления следует намечать каждый раз особо в зависимости от конкретных геолого-гидрогеологических условий, расчетной производительности скважины и принятого способа бурения. Возможные сочетания трех указанных факторов могут быть довольно многообразны и многочисленны. Всегда следует иметь в виду, что при заглублении эксплуатационной колонны в водоносный горизонт создается относительная изоляция водоупорных пород, но в то же время уменьшается мощность водоносного горизонта в зоне водоприемной части скважины.

Поэтому при прочих равных условиях величина этого заглубления должна быть меньшей для водоносных горизонтов незначительной мощности. Для наиболее часто встречающихся указанных сочетаний можно дать следующие рекомендации.

Величина заглубления должна быть большой, если водоупорные породы кровли над водоносным горизонтом представлены недостаточно плотными песчанистыми глинами или суглинками.

Эта величина может быть уменьшена, если глины достаточно плотны (например, темно-серые и черные верхнеюрские глины) и не содержат песчаных частиц (например, кирпично-красные верейские, карбоновые, глины).

¹ В последнее время шарошечными долотами бурят также и мягкие породы.

Проектирование разведочно-эксплуатационных скважин для водоснабжения.
Белицкий А.С., Дубровский В.В., Издательство "Недра", 1968

http://www.geoda.ru/library/drilling/58/

Вернуться в раздел "Статьи"...