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 возможности контроля момента начала падения уровня жидкости непосредственно в процессе бу-рения повышает вероятность обвала стенок скважины. 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 положения уровня жидкости непосредственно в процессе бурения.

Кафедрой технологии и техники геологоразведочных работ Донецкого национального тех-нического университета такие исследования были проведены [2]. Был разработан сигнализатор внезапного падения уровня жидкости (СПУ), схема которого приведена на рис.1. Положение сигнализатора в скважине предварительно рассчитывается по специально разработанной методике.

Сигнализатор состоит из корпуса 3 и клапана 1, опирающегося на заневоленную 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. веса 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, предна-значенной для компенсирования скоростного напора и гидростатического давления столба жидкости. Последнее зависит от заглубления сигнализатора под уровень жидкости в скважине и ее плотности. В том случае, если выполняется условие F₁ >= F₂ , нисходящий поток промывочной жидкости поступает по каналу "к" на забой скважины.

Если при падении уровня жидкости в скважине с отметки h1 (рис.1а) до h2 (рис.1б) поток очистного агента в бурильной колонне будет направлен вместо канала "к" в канал "l" (линия наименьшего гидравлического сопротивления), обеспечивающий его выход в затрубное пространство, то манометр (не показан), установленный в нагнетательной линии, покажет резкое уменьшение давления. Это и будет сигналом, свидетельствующим о внезапном снижении уровня жидкости в скважине. В этом случае контроль за положением уровня жидкости осуществляется без прерывания технологического процесса бурения.

Испытания сигнализатора проводились на скважине.

Цель испытаний - подтверждение возможности эффективной фиксации падения уровня жидкости в скважине непосредственно в процессе бурения с помощью СПУ.

Технические данные СПУ, представленного на испытания, приведены в таблице 1.

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. обсадные трубы диаметром 127 мм. Диаметр бурения 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 снималось показание 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.

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 таблице 2 приведены данные прогнозируемых и фактических параметров, характеризующих срабатывание сигнализатора.

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.

В плане дальнейшего совершенствования конструкции СПУ необходимо обеспечить возможность получения сигнала о падении уровня жидкости в скважине за счет резкого повышения давления в нагнетательной линии. Это усилит эффективность фиксации момента начала водопоглощения.

Библиографический список

1. Ивачев Л.М. Промывочные жидкости и тампонажные смеси :Учебник для ВУЗов. -М.:Недра, 1987. -242 с.

2. Филимоненко Н.Т., Поцепаев В.В, Курдюков Д.В. Результаты теоретического обоснования способа контроля динамики столба жидкости при бурении скважины Сбрник научных трудов ДонГТУ. Серия горно-геологическая. Вып. 11, – Донецк, ДонГТУ, 2000 с.28-29.