Ускладнення при бурінні вічномерзлих порід — особливий різновид ускладнення при бурінні.
Загальний опис
Гірські породи називаються мерзлими або кріогенними, коли їх температура нижче 0°С, а вода, що входить до їх складу, повністю або частково знаходиться в твердому стані, тобто у вигляді льоду. Розрізняють три види кріогенної структури мерзлих порід: масивну; шарувату, в якій лід знаходиться у вигляді орієнтованих в одному напрямку лінз і прошарків; сітчасту, де лінзи і прошарки льоду перетинаються.
Потенційно ускладнені розрізи представлені мерзлими породами з текстурою першого типу. Вони складаються з галечника, піску, глинистих відкладів та їх різновидностей, зцементованих льодом. Склад твердої мерзлої породи в розрізі помітно відмінний.
Вміст льоду в породі оцінюється коефіцієнтом льодитості, що являє собою відношення об'єму (маси) льоду до об'єму (маси) всього взірця породи. Чим більший коефіцієнт льодистості, тим більша велика передумова до ускладнень у процесі буріння при фазових переходах, тобто при таненні льоду. Об'ємний коефіцієнт льодистості досягає 0,2, а інколи доходить і до 0,4.
Вільна вода кристалізується при нульовій температурі, капілярна при мінус 6-18°С, а фізично зв'язана при мінус 75-80°С.
Товщина шару мерзлих порід досягає в окремих районах до 1300 (в Забайкаллі) і навіть 1500 м (Західний Сибір) при температурі в підошві шару до -14°С.
Міцність мерзлої породи зростає при зниженні температури. В діапазоні від'ємних температур, близьких до нуля, мерзла порода знаходиться в пластичномерзлому стані. Наприклад, для мерзлих глин такий стан спостерігається до -2°С, і тільки при температурі -3°С порода переходить в твердомерзлий стан.
Основним способом профілактики ускладнень при бурінні мерзлих порід є підтримання нормального температурного режиму свердловини, при якому інтенсивність теплообмінних процесів між стінками свердловини і циркулюючою рідиною знаходиться в допустимих межах, які не викликають постійної зміни агрегатного стану цементуючого матеріалу — льоду.
Розтоплення мерзлої породи веде до утворення каверн і збільшення вмісту шламу в промивальній рідині, в тому числі через обвали тощо. Якщо розтоплення не зупинити, то може наступити обвалювання устя свердловини. Найсильніше каверноутворення відбувається при розтопленні мерзлих порід, представлених галечниками, пісками, і в значно меншій мірі в інтервалах залягання глинистих порід.
Розтоплення мерзлої породи по довжині ствола проходить нерівномірно. Це пояснюється відмінністю компонентного складу і текстури мерзлої породи, її теплофізичними характеристиками, фактором часу і т. д.
За відсутності циркуляції промивальна рідина на водній основі може замерзнути. При температурі мерзлої породи нижче -2°С можливе зім'яття обсадної колони при замерзанні води, що знаходиться, як правило, в кавернах. Зминаючі навантаження на обсадну колону зростають при ексцентричному розміщенні труб щодо кільцевого пояса льоду, що формується при замерзанні.
Передача тепла від промивальної рідини до стінок свердловини можлива при відповідному перепаді температур, який повинен підтримуватись за рахунок постійного припливу тепла ззовні до циркулюючої рідини. Таким зовнішнім джерелом енергії служить нагрівання рідини на поверхні, або в дільниці свердловини, нижче мерзлих порід.
Повне запобігання розтоплення мерзлих порід можливе лише при мінусовій температурі промивальної рідини в кільцевому просторі свердловини.
Практичний аспект проблеми
За інтенсивністю розтоплення циркуляційні агенти з плюсовою температурою розміщуються в такому порядку:
- стиснене повітря і піни;
- розчини на нафтовій основі, в тому числі емульсійні;
- водні полімерні і полімерглинисті, оброблені КМЦ, акриловими полімерами, поліетиленоксидом;
- звичайні глинисті розчини;
- вода.
Зменшення інтенсивності розтоплення порід забезпечується шляхом застосування промивальних рідин, які за інших рівних умов мають меншу теплопровідність, фільтрацію і температуру, а також забезпеченням ламінарного режиму руху, обмеженням підводу енергії ззовні.
Практика буріння свердловин в зонах вічної мерзлоти свідчить про переваги полімерглинистих промивальних рідин, оброблених перерахованими вище реагентами.
Застосування продувки (де ця технологія економічно і технічно доцільна) найсприятливіше. Масові витрати повітря в десятки разів менші масових витрат промивальної рідини, а його питома теплоємність приблизно в 4 рази менша. При одній і тій же температурі повітря несе з собою в 60—100 разів менше тепла, ніж промивальна рідина.
Промерзання присвердловинного масиву породи після розтоплення проходить в декілька разів повільніше, особливо в глинах. Тому при рівних за часом циклах розтоплення (період циркуляції) і зупинок ореол розтоплення може поступово збільшуватись.
Експерименти показали, що прісна вода при повільному спокійному (не збуреному) охолодженні може переохолоджуватись до мінус 3-5°С, полімерглинисті розчини — до мінус 4-6°С. Потім відбувається лавинне (вибухове) фазове перетворення з утворенням дендритованого льоду, починаючи від стінок свердловини. Тиск, який виникає при цьому, може викликати руйнування обсадної колони замерзаючою в каверні рідиною.
Для буріння в мерзлих породах рекомендується використовувати долота зменшеного діаметра до глибини необхідного спуску обсадної колони, враховуючи, що діаметр свердловини внаслідок розтоплення збільшиться до необхідного.
Після розбурювання мерзлих порід ствол свердловини необхідно закріпити обсадною колоною. Останнім часом використовують спеціальні колони з теплоізолятором в інтервалі залягання замерзлих порід. Башмак колони слід встановлювати в міцних породах, що не обсипаються при розтопленні. Кільцевий простір між стінками свердловини, якщо вони складені непроникними породами, ізолюють з допомогою пакерів.
Для цементування свердловин використовують тампонажні розчини, що здатні утворювати тампонажний камінь при мінусовій температурі (наприклад, на вуглеводневій основі), а також суміші, які не виділяють тепла при твердінні (безгіпсові тощо).
Кільцевий простір за експлуатаційною колоною в інтервалі залягання мерзлих порід нерідко заповнюють арктичним дизельним паливом, яке також виконує роль теплоізолятора.
Література
- Мислюк М. А., Рибчич І. Й., Яремійчук Р. С. Буріння свердловин: Довідник: У 5 т. — К.: Інтерпрес ЛТД, 2002. — Т. 1: Загальні відомості. Бурові установки. Обладнання та інструмент. — 303 с. Т. 5: Ускладнення. Аварії. Екологія. — 372 с.
- Городнов В. Д. Физико-химические методы предупреждения осложнений в бурении. — М.: Недра, 1981. — 230 с. (рос.)
- Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Східний видавничий дім, 2013. — Т. 3 : С — Я. — 644 с.
- Білецький В. С. Основи нафтогазової справи / В. С. Білецький, В. М. Орловський, В. І. Дмитренко, А. М. Похилко. — Полтава; Київ : ПолтНТУ; ФОП Халіков Р. Х, 2017. — 312 с. — .
- Бойко В. С., Бойко Р. В. Тлумачно-термінологічний словник-довідник з нафти і газу: у 2-х томах. — Київ : Міжнародна економічна фундація, 2004. — Т. 1: А–К. — 560 с.
- Бойко В. С., Бойко Р. В. Тлумачно-термінологічний словник-довідник з нафти і газу: у 2-х томах. — Львів : Апріорі, 2006. — Т. 2: Л–Я. — 800 с.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Uskladnennya pri burinni vichnomerzlih porid osoblivij riznovid uskladnennya pri burinni Zagalnij opisred Girski porodi nazivayutsya merzlimi abo kriogennimi koli yih temperatura nizhche 0 S a voda sho vhodit do yih skladu povnistyu abo chastkovo znahoditsya v tverdomu stani tobto u viglyadi lodu Rozriznyayut tri vidi kriogennoyi strukturi merzlih porid masivnu sharuvatu v yakij lid znahoditsya u viglyadi oriyentovanih v odnomu napryamku linz i prosharkiv sitchastu de linzi i prosharki lodu peretinayutsya Potencijno uskladneni rozrizi predstavleni merzlimi porodami z teksturoyu pershogo tipu Voni skladayutsya z galechnika pisku glinistih vidkladiv ta yih riznovidnostej zcementovanih lodom Sklad tverdoyi merzloyi porodi v rozrizi pomitno vidminnij Vmist lodu v porodi ocinyuyetsya koeficiyentom loditosti sho yavlyaye soboyu vidnoshennya ob yemu masi lodu do ob yemu masi vsogo vzircya porodi Chim bilshij koeficiyent lodistosti tim bilsha velika peredumova do uskladnen u procesi burinnya pri fazovih perehodah tobto pri tanenni lodu Ob yemnij koeficiyent lodistosti dosyagaye 0 2 a inkoli dohodit i do 0 4 Vilna voda kristalizuyetsya pri nulovij temperaturi kapilyarna pri minus 6 18 S a fizichno zv yazana pri minus 75 80 S Tovshina sharu merzlih porid dosyagaye v okremih rajonah do 1300 v Zabajkalli i navit 1500 m Zahidnij Sibir pri temperaturi v pidoshvi sharu do 14 S Micnist merzloyi porodi zrostaye pri znizhenni temperaturi V diapazoni vid yemnih temperatur blizkih do nulya merzla poroda znahoditsya v plastichnomerzlomu stani Napriklad dlya merzlih glin takij stan sposterigayetsya do 2 S i tilki pri temperaturi 3 S poroda perehodit v tverdomerzlij stan Osnovnim sposobom profilaktiki uskladnen pri burinni merzlih porid ye pidtrimannya normalnogo temperaturnogo rezhimu sverdlovini pri yakomu intensivnist teploobminnih procesiv mizh stinkami sverdlovini i cirkulyuyuchoyu ridinoyu znahoditsya v dopustimih mezhah yaki ne viklikayut postijnoyi zmini agregatnogo stanu cementuyuchogo materialu lodu Roztoplennya merzloyi porodi vede do utvorennya kavern i zbilshennya vmistu shlamu v promivalnij ridini v tomu chisli cherez obvali tosho Yaksho roztoplennya ne zupiniti to mozhe nastupiti obvalyuvannya ustya sverdlovini Najsilnishe kavernoutvorennya vidbuvayetsya pri roztoplenni merzlih porid predstavlenih galechnikami piskami i v znachno menshij miri v intervalah zalyagannya glinistih porid Roztoplennya merzloyi porodi po dovzhini stvola prohodit nerivnomirno Ce poyasnyuyetsya vidminnistyu komponentnogo skladu i teksturi merzloyi porodi yiyi teplofizichnimi harakteristikami faktorom chasu i t d Za vidsutnosti cirkulyaciyi promivalna ridina na vodnij osnovi mozhe zamerznuti Pri temperaturi merzloyi porodi nizhche 2 S mozhlive zim yattya obsadnoyi koloni pri zamerzanni vodi sho znahoditsya yak pravilo v kavernah Zminayuchi navantazhennya na obsadnu kolonu zrostayut pri ekscentrichnomu rozmishenni trub shodo kilcevogo poyasa lodu sho formuyetsya pri zamerzanni Peredacha tepla vid promivalnoyi ridini do stinok sverdlovini mozhliva pri vidpovidnomu perepadi temperatur yakij povinen pidtrimuvatis za rahunok postijnogo priplivu tepla zzovni do cirkulyuyuchoyi ridini Takim zovnishnim dzherelom energiyi sluzhit nagrivannya ridini na poverhni abo v dilnici sverdlovini nizhche merzlih porid Povne zapobigannya roztoplennya merzlih porid mozhlive lishe pri minusovij temperaturi promivalnoyi ridini v kilcevomu prostori sverdlovini Praktichnij aspekt problemired Za intensivnistyu roztoplennya cirkulyacijni agenti z plyusovoyu temperaturoyu rozmishuyutsya v takomu poryadku stisnene povitrya i pini rozchini na naftovij osnovi v tomu chisli emulsijni vodni polimerni i polimerglinisti obrobleni KMC akrilovimi polimerami polietilenoksidom zvichajni glinisti rozchini voda Zmenshennya intensivnosti roztoplennya porid zabezpechuyetsya shlyahom zastosuvannya promivalnih ridin yaki za inshih rivnih umov mayut menshu teploprovidnist filtraciyu i temperaturu a takozh zabezpechennyam laminarnogo rezhimu ruhu obmezhennyam pidvodu energiyi zzovni Praktika burinnya sverdlovin v zonah vichnoyi merzloti svidchit pro perevagi polimerglinistih promivalnih ridin obroblenih pererahovanimi vishe reagentami Zastosuvannya produvki de cya tehnologiya ekonomichno i tehnichno docilna najspriyatlivishe Masovi vitrati povitrya v desyatki raziv menshi masovih vitrat promivalnoyi ridini a jogo pitoma teployemnist priblizno v 4 razi mensha Pri odnij i tij zhe temperaturi povitrya nese z soboyu v 60 100 raziv menshe tepla nizh promivalna ridina Promerzannya prisverdlovinnogo masivu porodi pislya roztoplennya prohodit v dekilka raziv povilnishe osoblivo v glinah Tomu pri rivnih za chasom ciklah roztoplennya period cirkulyaciyi i zupinok oreol roztoplennya mozhe postupovo zbilshuvatis Eksperimenti pokazali sho prisna voda pri povilnomu spokijnomu ne zburenomu oholodzhenni mozhe pereoholodzhuvatis do minus 3 5 S polimerglinisti rozchini do minus 4 6 S Potim vidbuvayetsya lavinne vibuhove fazove peretvorennya z utvorennyam dendritovanogo lodu pochinayuchi vid stinok sverdlovini Tisk yakij vinikaye pri comu mozhe viklikati rujnuvannya obsadnoyi koloni zamerzayuchoyu v kaverni ridinoyu Dlya burinnya v merzlih porodah rekomenduyetsya vikoristovuvati dolota zmenshenogo diametra do glibini neobhidnogo spusku obsadnoyi koloni vrahovuyuchi sho diametr sverdlovini vnaslidok roztoplennya zbilshitsya do neobhidnogo Pislya rozburyuvannya merzlih porid stvol sverdlovini neobhidno zakripiti obsadnoyu kolonoyu Ostannim chasom vikoristovuyut specialni koloni z teploizolyatorom v intervali zalyagannya zamerzlih porid Bashmak koloni slid vstanovlyuvati v micnih porodah sho ne obsipayutsya pri roztoplenni Kilcevij prostir mizh stinkami sverdlovini yaksho voni skladeni neproniknimi porodami izolyuyut z dopomogoyu pakeriv Dlya cementuvannya sverdlovin vikoristovuyut tamponazhni rozchini sho zdatni utvoryuvati tamponazhnij kamin pri minusovij temperaturi napriklad na vuglevodnevij osnovi a takozh sumishi yaki ne vidilyayut tepla pri tverdinni bezgipsovi tosho Kilcevij prostir za ekspluatacijnoyu kolonoyu v intervali zalyagannya merzlih porid neridko zapovnyuyut arktichnim dizelnim palivom yake takozh vikonuye rol teploizolyatora Literaturared Mislyuk M A Ribchich I J Yaremijchuk R S Burinnya sverdlovin Dovidnik U 5 t K Interpres LTD 2002 T 1 Zagalni vidomosti Burovi ustanovki Obladnannya ta instrument 303 s T 5 Uskladnennya Avariyi Ekologiya 372 s Gorodnov V D Fiziko himicheskie metody preduprezhdeniya oslozhnenij v burenii M Nedra 1981 230 s ros Mala girnicha enciklopediya u 3 t za red V S Bileckogo D Shidnij vidavnichij dim 2013 T 3 S Ya 644 s Bileckij V S Osnovi naftogazovoyi spravi V S Bileckij V M Orlovskij V I Dmitrenko A M Pohilko Poltava Kiyiv PoltNTU FOP Halikov R H 2017 312 s ISBN 978 617 7565 05 4 Bojko V S Bojko R V Tlumachno terminologichnij slovnik dovidnik z nafti i gazu u 2 h tomah Kiyiv Mizhnarodna ekonomichna fundaciya 2004 T 1 A K 560 s Bojko V S Bojko R V Tlumachno terminologichnij slovnik dovidnik z nafti i gazu u 2 h tomah Lviv Apriori 2006 T 2 L Ya 800 s Otrimano z https uk wikipedia org w index php title Uskladnennya pri burinni vichnomerzlih porid amp oldid 37089939