ФИЛИМОНЕНКО Н.Т., КАРАКОЗОВ А.А. (ДонНТУ), КУЩ О.А., КОЗЫРЕВ О.М. (ПО «УКРУГЛЕГЕОЛОГИЯ»)
РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ СИГНАЛИЗАТОРА ВНЕЗАПНОГО ПАДЕНИЯ УРОВНЯ В СКВАЖИНЕ
Геологические разрезы скважин, сооружаемых производственным геологическим объединением «Укруглегеология», весьма насыщены проницаемыми зонами. При пересечении зоны влияния горных выработок часто наблюдается внезапное падение уровня жидкости. По исследованиям, проведенным для центральной и восточной части Донецкого бассейна, размеры зон трещиноватости над горной выработкой равны соответственно 12 и 41 - 44 мощностям пласта [1]. При этом далеко не всегда ожидаемая глубина начала зоны влияния горной выработки соответствует действительной. Таким образом, прогнозируя одни условия встречи и пересечения поглощающего интервала, на практике приходится сталкиваться с другими. Отсутствие в таких случаях контроля падения уровня жидкости непосредственно в процессе бурения повышает вероятность обвала стенок скважины и возникновение прихвата. Это распространенный и тяжелый вид аварий.
В отечественной и зарубежной практике бурения применяются устройства для измерения положения уровня жидкости, но их использование предусматривает обязательное извлечение бурового снаряда из скважины. Это негативно влияет на непрерывность технологического процесса бурения. Поэтому, весьма актуальными представлялись исследования, направленные на теоретическое обоснование и практическую реализацию способа контроля уровня жидкости непосредственно в процессе бурения.
Кафедрой технологии и техники геологоразведочных работ Донецкого национального технического университета такие исследования был разработан сигнализатор внезапного падения уровня жидкости (СПУ), схема которого приведена на рис.1.
Рис.1 - Сигнализатор внезапного падения уровня жидкости в скважине:
а - сигнализатор до срабатывания;
б - сигнализатор после срабатывания.
1 - клапан; 2 - пружина; 3 – корпус сигнализатора; 4 – скважина.
Положение сигнализатора в скважине предварительно рассчитывается по специально разработанной методике.
Сигнализатор состоит из корпуса 3 и клапана 1, опирающегося на пружину 2. Он включается в состав бурового снаряда (не показан) и опускается в скважину 4. При работе сигнализатора клапан 1 воспринимает сверху результирующую силу F1 от:
1. Давления столба жидкости в колонне бурильных труб, установленных над сигнализатором;
2. Перепада давления вызванного гидравлическими потерями при течении жидкости в сигнализаторе;
3. Скоростного напора потока жидкости на клапан 1.
Снизу на клапан 1 действует суммарное усилие F2 от силы упругости пружины 2 и гидростатического давления столба жидкости в скважине. Последнее зависит от заглубления сигнализатора под уровень жидкости в скважине и ее плотности. В том случае, если выполняется условие, нисходящий поток промывочной жидкости поступает по каналу «к» на забой скважины.
В противном случае, который наступает при падении уровня жидкости в скважине с отметки h1 (рис.1а) до h2 (рис.1б), поток очистного агента в бурильной колонне направится вместо канала «к» в канал «l» и по нему - в скважину. Тогда манометр, установленный в нагнетательной линии бурового насоса, покажет резкое уменьшение давления. Это и будет сигналом, свидетельствующим о внезапном снижении уровня жидкости в скважине. Таким образом, контроль положения уровня жидкости в скважине осуществляется без прерывания технологического процесса бурения.
Испытания разработанного сигнализатора проводились на скважине ДМ-2103 ПО «Укруглегеология». Цель испытаний - подтверждение работоспособности разработанной конструкции СПУ. Технические данные СПУ, представленного на испытания, приведены в табл. 1.
| Наименование показателей | Величина |
| 1. Максимальная глубина скважин, м | до 1500 |
| 2. Начальный диаметр бурения, мм | не более 151 |
| 3. Конечный диаметр бурения, мм | не менее 76 |
| 4. Спектр подачи очистного агента, л/мин | от 70 до 180 |
| 5. Фиксируемое падение уровня жидкости в скважине, м | не более 30 |
| 6. Габаритные размеры и масса сигнализатора: длина, мм наружный диаметр корпуса, мм масса, кг |
406 89 7,9 |
Используемое технологическое оборудование: буровой станок ЗИФ 1200 МР, буровой насос АНБ –22, бурильные трубы СБТМ-50.
На момент проведения работ глубина скважины составляла 580 м. Конструкция скважины следующая: от устья до глубины 250 м скважина закреплена обсадными трубами диаметром 127 мм, далее до глубины 580 м диаметр скважины составляет 112 мм.
Схема, иллюстрирующая имитацию падения уровня жидкости в скважине при проведении эксперимента, показана на рис.2. Сигнализатор 3 опускался в заполненную до устья жидкостью скважину 1 на колонне бурильных труб 2 с таким расчетом, чтобы он находился ниже глубины срабатывания L1. При этом конец колонны бурильных труб 4, находящейся под сигнализатором 3, должен быть на глубине забоя.
Падение уровня имитировалось путем перемещения сигнализатора вверх от исходной точки, расположенной от него на расстоянии, равном не менее фиксированного падения уровня L2 (30 м) до прогнозируемой глубины срабатывания L1.
Последовательность проведения работ следующая. По бурильной колонне в скважину подавалась промывочная жидкость с заданным расходом (100 л/мин). Через 3 минуты после включения бурового насоса снимались показания манометра, установленного в нагнетательной линии, и записывалось в карту наблюдений. Буровой насос выключался, и из скважины извлекалась одна свеча. Операции по подъему сигнализатора продолжались до тех пор, пока не фиксировалось падение давления в нагнетательной линии, свидетельствующее о срабатывании сигнализатора.
Рис. 2 Схема имитации падения уровня жидкости в скважине.
1 - скважина; 2 – бурильные трубы над сигнализатором; 3 – сигнализатор; 4 – бурильные трубы под сигнализатором.
Действительная глубина срабатывания сравнивалась с прогнозируемой и оценивалась точность расчета глубины срабатывания и ожидаемого при этом спектра падения давления в нагнетательной линии.
Кроме этого оценивались:
1. Достаточность для визуального восприятия величина падения давления на манометре при срабатывании сигнализатора;
2. Оценка удобства эксплуатации и обслуживания СПУ;
3. Соответствие условий работы обслуживающего персонала и условий безопасности работы необходимым требованиям;
4. Соответствие трудоемкости технологического процесса эксплуатации СПУ трудоемкости стандартного технологического процесса бурения.
В результате испытаний установлено:
1. Конструкция СПУ работоспособна;
2. Фиксируемое падение уровня жидкости в скважине не превышает допустимый предел (30м);
3. Обеспечивается высокая сходимость прогнозируемого и действительного перепада давления в момент срабатывания СПУ, а так же глубины его установки;
4. Величина падения давления на манометре при срабатывании сигнализатора достаточна для визуального восприятия;
5. СПУ удобен в эксплуатации и обслуживании;
6. Условия работы обслуживающего персонала при обслуживании СПУ соответствуют требованиям правил техники безопасности;
7. Трудоемкость технологического процесса эксплуатации СПУ соответствует трудоемкости стандартного технологического процесса бурения.
Результаты испытаний показали, что для нужд производства необходима также разработка еще одной конструкция СПУ, обеспечивающей получение сигнала о падении уровня жидкости в скважине за счет повышения давления в нагнетательной линии. Это позволит фиксировать момент начала водопоглощения в скважинах с низким динамическим уровнем, когда показания насоса в процессе бурения невелики.
Таким образом, для условий Донбасса необходим комплект из двух сигнализаторов, работающих по принципиально различным схемам фиксации падения уровня жидкости в скважине, что позволило бы охватить все возможные условия бурения разведочных скважин. Сигнализатор, обеспечивающий повышение давления на манометре при падении уровня жидкости в скважине, в настоящее время проходит лабораторные испытания.
1. Ивачев Л.М. Промывочные жидкости и тампонажные смеси. - М.: Недра, 1987. -242 с.