Оборудование для промывки скважин, приготовление и очистка промывочных жидкостей

Буровые насосы. При описании процесса вращательного бурения был рассмотрен путь движения промывочной жидкости, прокачиваемой буровыми насосами. Схема действия буровых насосов показана на рис. 51. Вал 14, получая вращение от двигателя, приводит в движение кривошип 13, который через шатун 12 перемещает возвратно-поступательно крейцкопф И и через шток 10 поршень 5, заключенный в цилиндр 9.

В нижней части цилиндра расположены всасывающие клапаны 4, а в верхней части нагнетательные клапаны 6. Всасывающие клапаны соединены при помощи всасывающего трубопровода 3, снабженного фильтром 2, с приемной емкостью /, заполненной промывочной жидкостью. Нагнетательные клапаны соединены с компенсатором 8 и с нагнетательной линией 7, направляющей промывочную жидкость в стояк.

При движении поршня вправо в левой части цилиндра создается разрежение и под давлением атмосферы жидкость из приемной емкости 1 поднимается по всасывающему трубопроводу 3, открывает всасывающий клапан 4 и поступает в цилиндр насоса. В то же время из правой полости цилиндра жидкость вытесняется через нагнетательный клапан 6 в компенсатор 8 и нагнетательную линию 7. Клапаны 6а и 4а при этом закрыты.

При обратном движении поршня жидкость всасывается в правую полость цилиндра через всасывающий клапан 4а, а вытесняется из левой полости цилиндра через нагнетательный клапан 6а.

Следовательно, при передвижении поршня в какую-либо сторону одновременно происходит всасывание жидкости в цилиндр и вытеснение ее из цилиндра. Такие насосы называют насосами двойного действия.

Буровые насосы имеют не один, а два (или три) цилиндра, расположенных горизонтально. Поэтому буровые насосы являются горизонтальными, поршневыми, двух- и трехцилиндро-выми, двойного действия.

Приготовление промывочной жидкости. Если в скважине имеются толщи коллоидных глин, промывочная жидкость образуется в ней самопроизвольно во время бурения. В этом случае закачиваемая в скважину вода диспергирует глину, выбуриваемую долотом, и образует глинистый раствор. Свойства раствора, полученного в скважине, регулируются изменением количества воды в растворе и добавлением химических реагентов. Этот метод приготовления промывочной жидкости — самый дешевый и легкий.

Если в разрезе скважины нет глин должного качества, глинистый раствор приготовляют в механических или гидравлических мешалках на буровой или на глинозаводе, расположенном в районе буровых работ. В последнем случае глинистый раствор доставляется на буровую по глинопроводам.

Как на буровой, так и на глинозаводе для приготовления глинистого раствора применяют натуральную глину, добытую на ближайших к разбуриваемой площади глинокарьерах, или глинопорошки, доставляемые со специальных заводов.

Рис. 51. Схема действия бурового насоса

В мешалках глинистый раствор получается путем интенсивного перемешивания глины с водой. При необходимости в составляемые растворы добавляются по заранее разработанной рецептуре те или иные химические реагенты.

Очистка промывочной жидкости. Для очистки промывочной жидкости от выбуренной породы от устья скважины к емкостям буровых насосов, из которых они всасывают промывочную жидкость, прокладывается желобная система длиной 50—70 м с уклоном 0,01—0,015° от устья скважины. Ширина желобов обычно равна 0,8 м, высота 0,4 м. Для лучшего отделения частиц выбуренной породы из промывочной жидкости в желобах через каждые 6—8 м устанавливают перегородки высотой около 30 см. По мере накопления выбуренной породы желоба очищают.

Практика показала, что очистка промывочной жидкости от выбуренной породы только в желобной системе не дает нужного эффекта. Значительно лучше очищается раствор, если помимо желобной системы на пути движения жидкости устанавливаются механизмы (сито-гидроциклонные установки), принудительно отделяющие из нее выбуренную породу.

Сито-гидроциклонная установка устроена так, что поступающая в нее промывочная жидкость сначала очищается от крупных частиц выбуренной породы на двух вибрационных ситах, а окончательная очистка жидкости — в четырех гидроциклонах. Корпус каждого гидроциклона имеет форму воронкообразного сосуда 2 (рис. 52). Жидкость в гидроциклон подается через патрубок / специальным насосом, имеющимся в установке.

В связи с расположением патрубка по направлению касательной к корпусу гидроциклона жидкость после выхода из патрубка движется вихреобразно, что создает в потоке центробежные силы. Под влиянием этих сил выбуренные частицы отделяются из движущегося потока жидкости и отбрасываются в направлении к стенке гидроциклона. Сползая со стенки гидроциклона, частицы удаляются через регулируемое заслонкой отверстие 3. Очищенная жидкость концентрируется в центральной части гидроциклона и через патрубок 4 сливается в желобную систему, а затем в приемную емкость насосов.

§ 5. ПРОДУВКА СКВАЖИН ВОЗДУХОМ (ГАЗОМ)

Сущность продувки скважин воздухом заключается в том, что для очистки забоя, выноса выбуренной породы на дневную поверхность, охлаждения долота вместо промывочной жидкости в скважину нагнетают газообразные агенты: сжатый воздух, естественный газ и выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания.

Вынос выбуренной породы при продувке скважин воздухом осуществляется следующим образом. От компрессора сжатый воздух или газ по нагнетательному трубопроводу подается через буровой шланг и вертлюг в бурильную колонну и далее через отверстия в долоте на забой скважины. Поток воздуха или газа подхватывает кусочки выбуренной породы с забоя и по затрубному пространству поднимается' к устью скважины. Затем смесь воздуха или газа с выбуренной породой направляется в выкидную линию, на конце которой располагается шламоуловитель. Устье скважины герметизируют специальным устройством для защиты людей и оборудования от выносимой из скважины пыли.

Рис. 52. Схема действия гидроциклона

Применение продувки скважины воздухом или газом по сравнению с промывкой жидкостью имеет ряд преимуществ.

1. Увеличиваются механическая скорость проходки и проходка на долото за счет лучшей очистки забоя скважины от выбуренной породы, отсутствия гидростатического давления столба жидкости и улучшения условий охлаждения долота.

2. Улучшаются, условия бурения скважины в трещиноватых и кавернозных породах, в которые при промывке скважины поглощается промывочная жидкость, вызывая частичные или полные потери циркуляции.

3. Облегчаются условия бурения скважины в безводных районах.

4. Обеспечивается лучшая сохранность продуктивного горизонта (особенно с низким пластовым давлением), так как в данном случае нет отрицательного воздействия промывочной жидкости на поры пласта.

5. Создаются условия для более правильной оценки геологами поднимаемого керна и выносимых частиц породы в связи с отсутствием загрязненности породы промывочной жидкостью.

Однако продувку скважин можно применять не в любых геологических условиях, что ограничивает применение этого метода очистки забоя скважины.

Наибольшие затруднения возникают при продувке скважин в процессе бурения в водоносных горизонтах со значительными водопритоками, когда в связи с увеличением гидростатического давления столба жидкости ухудшаются условия работы компрессоров. Большими трудностями сопровождается также раз-буривание вязких пород (типа глин), способных налипать на стенку скважины и образовывать сальники на бурильной колонне. При разбуривании таких пород с продувкой забоя воздухом возможны прихваты бурильной колонны.

При наличии водопритоков и при прохождении обваливающихся и сыпучих пород применяют промывку забоя аэрированными глинистыми растворами (в поток воздуха добавляют воду). Такой способ очистки скважин позволяет довольно легко устанавливать необходимое противодавление на проходимые пласты в целях избежания интенсивного притока воды в скважину и обвалов пород.

Если в проходимых породах содержатся горючие газы, во избежание взрывов и пожаров целесообразно применять продувку природным газом. Если в скважину возможно поступление метана или другого газа, помимо природного используют выхлопные газы от двигателей внутреннего сгорания. Следует учитывать, что выхлопные газы перед подачей в компрессоры необходимо пропускать через холодильники и влагоотделители, а перед нагнетанием в скважину в них следует добавлять ингибиторы для защиты бурильных труб от коррозии.