Технологическая специфика бурения скважин на воду в сложных условиях
Условия бурения скважин могут значительно различаться в зависимости от целого ряда геолого-технических и климатических факторов. В частности, к сложным условиям бурения относят работы по устройству высокотемпературных скважин с аномально высокими пластовыми давлениями, скважин на глубокой воде, с большими отходами по вертикали, бурение на депрессии или на равновесии. В значительной степени сложные геолого-технические вопросы бурения связаны с типами проходимых грунтов. Горные породы по буримости (способности сопротивляться воздействию буровых устройств) подразделяют на 12 категорий: мягкие (I – VI категории), средней твердости (VI—VIII категории), твердые породы (VIII—X категории), очень твердые породы (X—XII категории). Например, при выборе технологии бурения на воду на территории Московской области необходимо учитывать необходимость работы с рыхлыми песчаными породами (как влажными, так и сухими), песками-плывунами, гравийными отложениями (галечниками), валунными отложениями и различными видами глинистых грунтов.
Песок, как известно, относится к рыхлым грунтам, которые при бурении проходят желонками с параллельным закреплением скважин трубами. При этом, как правило, колонна обсадных труб идет с опережением забоя, а наружный диаметр желонки меньше ее внутреннего диаметра на 100 мм. Встречаются варианты прохождения рыхлых песков как с водой в скважине, так и без нее. Если в скважине имеется вода, то желонку требуется утяжелять ударной штангой. При отсутствии воды в скважине ее подливают на каждый рейс в количестве около 0,1 кв.м. В целях более полного отбора песка от башмака колонны труб высота сброса желонки должна составлять не менее 1 м. Это позволяет осуществлять погружение колонны труб за счет собственного веса. Некоторые технологии шнекового бурения предусматривают замену обсадных труб на тампонирование стенок скважины с поверхности, что позволяет несколько снизить стоимость работ, но требует дополнительных проектных мероприятий.
Проходка сухих и влажных песков также имеет специфику. В случае сухих песков извлечение песка на поверхность обеспечивают за счет его связывания жирной глиной и водой. Специфика проходки влажных песков заключается в меньшем количестве ударов и меньшей высоте сбрасывания желонки (около 0,5 м). Это позволяет обеспечить лучшее засасывание породы в желонку. Если влажность песков повышена, то используют специальные поршневые желонки. Что касается типов желонок по виду клапана, применяемых для прохождения песчаных пород, то к ним относятся желонки со сферическим клапаном и ножом, а также желонки с плоским клапаном. Первые позволяют разрыхлять породу, вторые применяются для песков без галечных и гравийных включений.
При бурении в пластах небольшой мощности, сформированных песками-плывунами, проходку осуществляют трубами. В случае образования в скважине песчаных пробок (как правило, в напорных плывунах) создают противодавление на пласт путем нагнетания в скважину густого глинистого раствора. Отбор породы из скважины осуществляют желонкой обычного или поршневого типа. По окончании бурения на воду колонну обсадных труб вдавливают в подстилающий пласт породы.
Для бурения скважин на воду в гравийных отложениях и галечниках используют утяжеленные и грейферные желонки и долота. Грейферные желонки, как правило, применяют для скважин повышенного диаметра (от 350 мм). Утяжеление простых желонок выполняют при помощи ударных штанг. Башмак обсадных труб при такой технологии также должен опережать забой. Во избежание расклинивания галькой в трубах внешний диаметр желонки принимают не более 0,7 внутреннего диаметра труб, а высоту сбрасывания – до 1 м. Повышения устойчивости стенок скважины достигают забрасыванием на забой глины. Каждый раз после извлечения из скважины желонки производят забивку труб. Прохождение галечников при помощи долот связано с технологией крепления стенок методом ходовой колонны, сопровождающимся осаждением труб через 1–1,5 м проходки.
Для прохождения валунных отложений требуются крестообразные и округляющие долота, разбивающие валуны и вгоняющие их осколки в стенки скважины. Валуны небольших размеров реально поднимать желонками или стаканами, а для крупных иногда приходится использовать взрывные технологии (накладные заряды). Естественно при взрыве крупных валунов обсадная колонна должна быть приподнята над забоем не менее, чем на 3 м.
При бурении скважин в различных глинистых грунтах чаще всего применяют стаканы, которые сбрасывают в скважину с желоночного или инструментального барабанов. При прохождении глинистых грунтов большей плотности приходится использовать конструкцию, состоящую из стакана, соединенного с ножницами и ударной штангой. Такая конструкция позволяет забивать стакан в породу.
