Вскрытие водоносных горизонтов глинистыми, специальными растворами и воздухом

В последнее время превалирующим среди других промывочных жидкостей является глинистый раствор. Ведущую роль обеспечивает ему, прежде всего, возможность сооружения скважин большой глубины, вскрытие водоносных горизонтов с коэффициентом фильтрации более 20 м/сут, проведение комплекса каротажных работ, низкая ме­таллоемкость скважин, высокая транспортирующая способность его, обеспечение устойчивости стенок скважины и целый ряд других достоинств. В то же время применение глинистого раствора в качестве промывочной жидкости имеет и недостатки. Существенным недостатком является глинизация водоносного горизонта и самого фильтра.

Способ вскрытия водоносных горизонтов вращательным бурением с прямой промывкой глинистым раствором применяют для вскрытия напорных водоносных горизонтов, в том числе и с самоизливом, а также в скважинах с поглощением. Глинистый раствор, применяемый для вскрытия водоносных горизонтов, должен отвечать следующим требованиям:

1) минимально проникать в водоносный горизонт во время его вскрытия бурением;

2) легко извлекаться из пор и трещин водоносного горизонта после вскрытия и оборудования водоприемной части скважины;

3) не вступать в реакцию с породами водоносного горизонта и насыщать его водой;

4) не образовывать осадков, закупоривающих поры водоносного горизонта

5) не изменять свои свойства при изменении температуры и давления.

В качестве глинистого раствора чаще всего используют естест­венный раствор, образующийся в процессе проходки скважины по глинистым породам. В естественный глинистый раствор с целью улучшения его качества добавляют различные хим. реагенты. Степень кольматации водоносного горизонта в значительной мере зависит от перепада давления в системе скважина - водоносный горизонт. Перепадом давления, а значит и степенью кольматации водоносного пласта, можно управлять путем применения аэрированных растворов. Положительным качеством аэрированных растворов является снижение их плотности до 0,7-0,8 г/см³. Благодаря этому, значительно снижается кольматация и облегчается процесс освоения гидрогеоло­гических скважин. Опыт применения аэрированных растворов пока­зал их высокую эффективность. Отрицательным моментом при этом является невозможность применения аэрированного раствора в сква­жинах, представленных рыхлыми, неустойчивыми отложениями.

Большой интерес представляет применение так называемых самораспадающихся растворов на основе модифицированного крахма­ла, добавляемого в воду в количестве 4-5 % по весу.

В Белоруссии осуществляется успешное применение безглини­стых растворов на основе КМЦ для вскрытия водоносных горизонтов. На 1 м³ раствора используется 7-10 кг КМЦ, кроме того, раствор об­рабатывается углещелочным реагентом (УЩР) в количестве 80-100 кг и мелом. При применении этих растворов увеличивается удельный дебит скважины и уменьшается время разглинизации, однако, стои­мость 1 м³ такого раствора довольно высокая. При уменьшении стои­мости безглинистого раствора, он несомненно получит широкое рас­пространение.

Существует метод с использованием меловых растворов при бурении скважин на воду с по­следующим восстановлением проницаемости прифильтровой зоны обработкой раствором соляной кислоты. Здесь используется естественная способность карбонатов растворяться в соляной кислоте. Недостатком применения меловых растворов является большая стоимость буровых работ за счет сложной рецептуры раствора и необходимость проведения дорогостоящих и сложных работ по кислотной обработке.

Внедрен способ вскрытия водоносных горизонтов с прямой промывкой водогипановыми растворами. При бурении с водогипановым раствором дебиты скважин выше дебитов скважин пробуренных с применением глинистого раствора. Доказана возможность сооружения скважин на воду диаметром до 243 мм в рыхлых неустойчивых отложениях при высоких коэффициентах фильтрации.

Водогипановые растворы создают на стенках скважин эластичную корку которая предотвращает фильтрацию раствора в водоносный горизонт и его кольматаж. При выполнении разглинизации корка быстро разрушается, траты времени на эту операцию минимальные. За счет увели­чения вязкости водогипановых растворов улучшается выносная спо­собность.

Для приготовления водогипановых растворов применяется товарный гипан 0,7 и гипан 1. Водогипановые растворы имеют более низкие температуры замерзания. В последнее время распространение получают трехкомпонентные растворы: вода-глина-гипан. Однако применение водогипановых растворов не всегда дает положительный результат. Одной из причин, вызывающих снижение удельных дебитов скважин, является кольматирующее воздействие водогипанового раствора, обусловленное его способностью коагулировать в присутст­вии ионов поливалентных металлов. При коагуляции образуется эла­стичный гель, механически закупоривающий поровое пространство. Особенно значительным коагулирующим действием обладают катио­ны Fe²⁺ и Fe³⁺, а также катионы Са²⁺ и Mg²⁺.

Вскрытие водоносных горизонтов с продувкой воздухом применяется в определенных геологических условиях.

К преимуществам этого способа вскрытия водоносных горизонтов следует отнести:

1) увеличение механической скорости бурения;

2) снижение стоимости бурения скважины;

3) уменьшение износа породоразрушающих инструментов соответственно, увеличение проходки на один буровой наконечник;

4) повышение достоверности геологической документации в ин­тервалах с плохим выходом керна;

5) возможность качественного испытания водоносных горизон­тов с низким пластовым напором;

6) эффективность применения в зоне мерзлых и легко размы­ваемых пород;

7) обеспечение нормальных условий бурения при вскрытии трещиноватых и разрушенных пород, в которых происходит катаст­рофическое поглощение промывочной жидкости;

8) создание более благоприятных условий для бурения скважин в безводных районах и местах, труднодоступных для доставки воды.

Компрессор должен обеспечивать получение в кольцевом про­странстве между стенками скважины и бурильными трубами опти­мальной скорости воздушного потока, которая составляет 16-20 м/с.

Вскрытие водоносных горизонтов с продувкой сжатым воздухом возможно при условии, Р_гc < 0,8Р_к, где Р_к - давление, развиваемое компрессором; Р_гс - гидростатическое давление.

Практикой установлено, что вскрытие с продувкой сжатым воз­духом успешно осуществляется при водопритоках до 3 л/с. Примене­ние воздуха рекомендуется для вскрытия водоносных горизонтов, представленных устойчивыми трещиноватыми или пористыми поро­дами. Диаметр скважин не должен превышать 243 мм, а глубина 60-100 м в зависимости от марки компрессора.

Вскрывать водоносные горизонты с продувкой в слабоустойчивых породах или породах, сложенных сланцами, шлам которых может слипаться при смачивании, не рекомендуется, так как это приводит к осыпанию стенок скважины, обвалам, сальникообразованию и кавернообразованию и, в конечном счете, к авариям. Уменьшить сальникобразование можно за счет применения поверхностно-активнывных веществ (ПАВ). Эффективность ПАВ неодинакова и зависит как от природы ПАВ, так и от адсорбционной способности шлама. Наибольшей адсорбционной способностью обладает шлам глин.

При вскрытии водоносных горизонтов с продувкой воздухом одновременно происходит и их освоение. Дебиты скважин, водоносный пласт которых вскрывается с продувкой воздухом, выше, чем дебиты скважин, вскрытых ударно-канатным способом или с промывкой водой. [2]

Дата добавления: 2015-07-14