Часто ли происходит потеря циркуляции и разрушение стенок скважины во время бурения? Вы определили истинные причины?
Бурение является ключевой операцией в геологической разведке, горнодобывающей промышленности, строительстве свайных фундаментов и других областях инженерного дела. Однако на проектах часто возникают проблемы разрушения скважин и «потерь в процессе бурения» (быстрая потеря бурового раствора). Это не только приводит к большим объемам потери бурового раствора и обрушению скважины, но и задерживает сроки выполнения работ, увеличивает затраты и может поставить под угрозу качество скважины и последующую безопасность строительства. На основе полевой практики в данной статье анализируются первопричины потери циркуляции и предлагаются целенаправленные меры противодействия для аналогичных проектов.
Основные причины потери циркуляции. Потеря циркуляции редко вызвана одним фактором; как правило, она является результатом взаимодействия условий пласта и оперативной практики. Причины можно разделить на две основные категории:
Геологические факторы — присущие формации ограничения. Сама формация является основным фактором, предрасполагающим к потере циркуляции бурового раствора. Когда бурение пересекает определенные геологические единицы, риск потери бурового раствора резко возрастает:
Рыхлые песчаные слои: высокая межзерновая пористость и слабая цементация способствуют быстрому просачиванию бурового раствора через поры. Потери особенно заметны в мелкозернистых песках и илистых слоях.
Трещиноватые горные породы: карбонаты, граниты и другие породы с развитыми трещинами, разломами или карстовыми полостями содержат нерегулярные пути, по которым буровой раствор может быстро вытекать, вызывая явление «потерь при бурении».
Другие неблагоприятные условия: конгломераты, зоны разломов и щебня имеют рыхлые, неустойчивые структуры, которые не только способствуют потере жидкости, но и увеличивают риск обрушения скважины, что усугубляет сложности строительства.
Эксплуатационные факторы — контролируемые факторы строительства. Даже при благоприятных геологических условиях неправильные операции могут привести к потере циркуляции. Наиболее критичными являются две эксплуатационные проблемы:
Чрезмерная скорость бурения: стремление к быстрому продвижению скважины за счет использования чрезмерно высоких скоростей вращения или проходки вызывает сильное возмущение стенок скважины, разрушает ее устойчивость в ближней зоне, приводит к образованию трещин или отслоению породы, а также позволяет буровому раствору вытекать.
Недостаточные свойства бурового раствора: Буровой раствор является ключевым барьером, защищающим скважину. Если вязкость слишком низкая, он не может образовать эффективную фильтрующую корку; если плотность недостаточна, он не может уравновесить пластовое давление. Любое из этих условий препятствует эффективному герметизированию пор и трещин и приводит к потерям.
Целенаправленные контрмеры. Для решения проблемы нарушения кровообращения необходим подход «сначала профилактика, затем устранение последствий», включающий многоуровневое и поэтапное лечение, направленное на устранение проблемы в её источнике.
Оптимизация свойств бурового раствора для повышения защиты скважины. Буровой раствор — это первая линия защиты от потерь. Корректировка состава раствора может значительно улучшить герметизацию и структурную прочность:
Повышение вязкости и плотности: добавление бентонита, производных целлюлозы, полиакриламида и аналогичных добавок для повышения вязкости, чтобы жидкость лучше прилипала к стенкам скважины и образовывала фильтрующую корку; умеренное повышение плотности для обеспечения большего герметизирующего давления против пор и трещин пласта.
Целенаправленная модификация: для рыхлых песчаных зон добавьте волокнистые материалы, такие как опилки или рисовая шелуха, для улучшения суспензирования и закупоривающей способности; для трещиноватых зон добавьте быстротвердеющие агенты (цемент, силикат натрия), чтобы жидкость быстро застывала в трещинах и образовывала герметик.
Используйте закупоривающие материалы для герметизации активных точек утечки. При возникновении утечек незамедлительно введите закупоривающие материалы в скважину, чтобы непосредственно заполнить поры и трещины и заблокировать пути движения жидкости.
Распространенные материалы для заделки протечек: глина (бентонит), опилки, цемент, хлопковое волокно, скорлупа грецкого ореха и т. д. Выбор материалов зависит от степени повреждения. При незначительных повреждениях достаточно глины или опилок; при умеренных повреждениях цементно-глиняная смесь использует затвердевание цемента для повышения прочности и долговечности герметизации.
Метод укладки: Используйте поэтапную укладку и технику «бурения и закупоривания» — медленно подавайте материалы в зону утечки, поддерживая циркуляцию бурового раствора, чтобы материалы доставлялись к местам утечки, заполняли пустоты и образовывали стабильную пробку, предотвращающую дальнейшую утечку.
Контроль параметров бурения для минимизации нарушений в скважине. Правильная эксплуатационная практика имеет важное значение для предотвращения потери циркуляции путем минимизации повреждений стенок скважины:
Снизьте скорость проходки: уменьшите скорость вращения и скорость подачи, особенно при пересечении рыхлых песков или трещиноватых пластов; используйте подход «низкие обороты, небольшое продвижение», чтобы уменьшить воздействие долота на стенку и ограничить воздействие на грунт.
Необходимо дать время для образования фильтрационной корки: более медленное бурение дает жидкости время для осаждения однородной, плотной фильтрационной корки на стенке скважины, что дополнительно укрепляет стенку и герметизирует микропоры, снижая риск потерь.
При значительных потерях может потребоваться заполнение и повторное бурение скважины. В случаях, когда потери значительны и стандартная процедура закупорки не эффективна, или при крупномасштабном обрушении скважины, может потребоваться заполнение интервала и повторное бурение:
Выбор материалов для заполнения скважины: предпочтительнее использовать глину, цементный раствор или смесь глины и цемента. Глина недорога и эффективна для герметизации; цементный раствор затвердевает, обеспечивая высокопрочное армирование стенок скважины.
Процедура заполнения и повторного бурения: Заполните поврежденный участок и прилегающую к нему полосу выбранным материалом до полного заполнения поврежденного участка. Дайте материалу достаточно затвердеть (обычно 24–48 часов, в зависимости от материала и условий пласта) для образования прочного уплотнения, затем возобновите бурение. При повторном бурении снова оптимизируйте буровой раствор и контролируйте глубину проникновения, чтобы предотвратить повторное образование трещин.
В заключение следует отметить, что обрушение стенок скважины и потери жидкости во время бурения являются распространенными явлениями и возникают как из-за присущих пласту условий (рыхлые пески, зоны трещиноватости), так и из-за контролируемых факторов (чрезмерная скорость бурения, плохие характеристики бурового раствора). Для эффективного управления рисками необходимо проводить предварительные исследования пласта, чтобы выявить зоны, подверженные потерям; во время строительства предотвращать потери путем оптимизации свойств жидкости и контроля параметров бурения; а в случае возникновения потерь применять поэтапные меры, включающие закупорку, повторное заполнение и, при необходимости, повторное бурение. Принятие подхода «профилактика прежде всего, устранение последствий во вторую очередь» и корректировка мер в соответствии с характеристиками пласта и реальными условиями месторождения имеют важное значение для преодоления проблем, связанных с потерей циркуляции, обеспечения бесперебойного бурения и повышения качества и эффективности строительства.
