На выбор способа вскрытия водоносных горизонтов влияют гидрогеологические характеристики пласта:
- гранулометрический состав, проницаемость и устойчивость пород;
- интенсивность водопроявлений;
- глубина залегания;
- проектный дебит.
Способ вскрытия должен оказывать минимальное кольматирующее влияние на водоносный пласт, т.е. сохранять его естественную проницаемость. В то же время технология вскрытия должна позволять оборудовать водоприемную часть скважины. В неустойчивых и слабоустойчивых породах это требование заключается в предотвращении их обрушения в период монтажа фильтра.
В зависимости от указанных параметров разработана классификация рациональных способов вскрытия водоносных пластов. Один из основных классификационных принципов — степень устойчивости стенок скважины при ее заполнении водой до устья, т.е. при различных соотношениях гидростатического и пластового давления.
В зависимости от устойчивости стенок и интенсивности водопроявлений применяются два основных способа вскрытия водоносных горизонтов:
- ударно-канатный;
- вращательный и его разновидности.
Вскрытие водоносных пластов ударно-канатным способом рекомендуется при глубине залегания горизонта 100-150 м, катастрофическом поглощении промывочной жидкости и в случае, если вскрываемые пласты неустойчивы в стенках скважины. Для предотвращения обрушения пласта последний чаще всего перекрывается вспомогательной колонной, под защитой которой устанавливается фильтр. Затем вспомогательная колонна извлекается, обнажая фильтр. При бурении песчано-глинистых пород с применением тиксотропной "рубашки" пласт вскрывается фильтровой колонной с конусным башмаком-расширителем.
Вращательный способ рекомендуется при большой глубине скважины и вскрытии пластов с различной степенью устойчивости в стенках скважины. Предотвращение стенок скважины от обрушения достигается созданием гидростатического противодавления столба промывочной жидкости, заполняющей ствол. В результате появляются условия для установки фильтра. В то же время применяемый буровой раствор должен оказывать минимальное кольматирующее влияние на пласт. В этой связи правильный выбор промывочной жидкости является решающим фактором, от которого зависит эффективность вскрытия и освоения водоносных горизонтов.
Техническая вода применяется при вскрытии водоносных пластов, представленных мелко- и среднезернистыми песками, по прямой и обратной схеме циркуляции. Вскрываемые пласты должны быть слабонапорными или напорными без проявления самоизлива. Промывка водой не рекомендуется при бурении пластов с прослоями глин и подошвы водоносных горизонтов, сложенной глинистыми породами, вследствие копьматации стенок скважины наработанным глинистым раствором. Необходимое условие успешного вскрытия пласта с промывкой водой — поддержание постоянного избыточного гидростатического противодавления на пласт, величина которого должна превышать пластовое на 0,03-0,04 МПа. Одна из технологических схем вскрытия пласта при прямой промывке показана на рис. 11.4. Для вскрытия и оборудования фильтровой части скважины по указанной схеме на буровой должен быть запас воды
Qв = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5, (11.6)
где Ql — объем воды, необходимый для замены глинистого раствора перед вскрытием пласта, м3; Q2 — объем воды, необходимый для заполнения скважины в интервале водоносного пласта после его вскрытия, м3; Q3 — объем воды, восполняемый при вскрытии пласта с поглощением; Q4 - объем воды, необходимый для восполнения поглощения при проработке пласта, мэ; Qs - объем воды, используемый при загрузке гравия в процессе формирования гравийного фильтра, м3. Последовательность технологических операций при вскрытии водоносного пласта с применением обратной промывки водой и оборудование водоприемной части скважины показаны на рис. 11.5.
Рис. 11.4. Схема проведения технологических
операций при вскрытии водоносных песков с прямой промывкой водой и устройством
гравийной обсыпки:
I - бурение, каротаж, определение интервала для
установки рабочей части фильтра; II — разбуривание с промывкой глинистым
раствором до кровли водоносного пласта, спуск и цементирование обсадной колонны,
замена глинистого раствора водой; III и IIIa — расширение ствола в интервале
установки фильтра с промывкой водой; IV — извлечение инструмента с одновременным
доливом воды; V и Va — спуск фильтровой колонны, промывка и
устройство гравийной обсыпки; VI — извлечение бурильных труб, установка
герметизирующего сальника 1 - пилот-долото; 2 - расширитель; 3 - колонна УБТ; 4
- бурильные трубы; 5 - направление потока промывочной воды; 6 — эксплуатационная
колонна; 7 — фильтровая колонна; 8 - центрирующие фонари; 9, 10 - сальниковые
устройстве; 11 - переводник с левой резьбой и обратным клапаном; 12 - гравийная
обсыпка; 13 - пробка с клапаном
Ориентировочный расход воды на 1 м вскрываемого пласта составляет 0,5—2 (мелкозернистые глинистые пески) до 50 л/с (гравелистые пески и гравийно-галечниковые отложения). Глинистые растворы следует применять для вскрытия в исключительных случаях, так как они вызывают кольматацию пласта и значительное снижение дебита скважины. Обычно растворы применяются при вскрытии водоносных пластов с аномально высоким пластовым давлением и возможным газопроявлением.
Рис. 11.5. Схема проведения технологических операций при
вскрытии водоносного пласта с применением обратной промывки:
а - бурение до
кровли пласта с обратной промывкой глинистым раствором; б — вскрытие водоносного
пласта с промывкой водой при избыточном противодавлении; в — спуск фильтровой
колонны; г — откачка эрлифтом с одновременной отгрузкой гравия в нисходящем
потоке; д - установка герметизирующего сальника: 1 - эксплуатационная колонна; 2
- бурильная колонна; 3 - фильтровая колонна; 4 - центрирующие фонари; 5 —
переводник с левой резьбой; 6 — воздухопроводные трубы эрлифта; 7 —
водоподъемные трубы эрлифта; 8 — сальник; 9 — гравийная обсыпка
К специальным растворам относятся водогипановые, аэрированные, меловые,
полимерные и самораспадающиеся, обладающие рядом преимуществ по сравнению с
глинистыми. Специальные растворы оказывают минимальное кольматирующее влияние на
вскрываемые водоносные горизонты и улучшают в ряде случаев очистку скважины от
бурового шлама.
