Применение пен при бурении трещиноватых пород

Пена представляет собой дисперсную систему, в которой дисперсионной средой являются пленки воды, а дисперсной фазой - газ, составляющий основную часть объема системы - 99%. Соотношение фаз в дисперсных системах воздух-жидкость определяется степенью аэрации a, представляющей собой отношение расходов газа У_г и жидкости У_ж при атмосферном давлении, т.е.

,

Дисперсионная система при a£50 представляет аэрированную жидкость, а при a=50-350 - пену.

Существуют различные способы получения пены. Наибольшее распространение получил способ, при котором пена получается при помощи компрессора низкого давления и дожимного устройства, cмонтированного на буровом насосе.

Бурение с очисткой забоя пеной сочетает преимущества бурения с продувкой воздухом и с промывкой вязкой жидкостью.

Пена обладает весьма малой плотностью, приближающейся к плотности воздуха, что снижает гидростатическое давление в скважине и позволяет существенно в 3-4 раза увеличить механическую скорость бурения, и наряду с этим она обладает повышенной вязкостью, позволяющей кольматировать трещины горной породы и выносить из скважины довольно крупные частицы шлама.

При использовании пен улучшаются условия эксплуатации бурового оборудования, сокращаются сроки бурения скважины, увеличивается экономия денежных средств, труда и материалов.

Пены применяют при бурении скважин на твердые, жидкие и газообразные полезные ископаемые. Они широко используются при бурении геологоразведочных скважин в многолетнемерзлых, интенсивно трещиноватых, раздробленных, перемятых, перемежающихся по твердости породах; породах, подверженных эрозийному износу при высоких скоростях восходящего потока жидкости или воздуха; в мореных отложениях; в интервалах поглощения очистного агента; в дренированных зонах разреза; в высокогорных, пустынных, арктических районах с затрудненными условиями обеспечения буровых установок технической водой.

Пену не следует применять при бурении по несцементированным рыхлым породам, в сильно обводненных породах и в высоконапорных пластах, где давление превышает давление столба пены. В Красноярском крае в Норильской комплексной геологоразведочной экспедиции пены нашли широкое распространение, в 1987г. За это время накоплен определенный опыт, позволяющий судить о достоинствах и недостатках применения данного метода очистки забоя скважин.

К достоинствам, наряду с перечисленными выше, можно отнести:

¾ более высокую, чем при промывке скважин растворами, механическую скорость бурения;

¾ значительное снижение расходов материалов на приготовление очистного агента и, следовательно, снижение общих затрат по скважине;

¾ сокращение затрат времени на предупреждение и ликвидацию поглощений промывочного агента в скважине;

¾ возможность бурения многолетнемерзлых пород без их растепления, вызывающего обрушение скважин.

Недостатком является невозможность обеспечения устойчивости стенок скважины при бурении осадочных пород, склонных к обрушению.

Верхняя часть разреза скважин, бурящихся в Норильском районе, в основном представлена устойчивыми породами эффузивной толщи, изобилующими зонами поглощений промывочной жидкости, поэтому весьма целесообразно развивать и расширять область применения бурения скважин с очисткой забоя пеной.

Начиная с момента внедрения способа бурения с очисткой забоя пеной и до 1987 г., в Норильской КГРЭ наблюдался неуклонный рост бурения этим способом.

Глава 13