Лекція 3 методи збільшення й відновлення водозбагаченості свердловин
| Вид материала | Лекція |
- Назва модуля “Дешифрування та цифрова обробка зображень”, 24.35kb.
- Інформація щодо соціально-економічного розвитку міста за 2011 рік, 171.14kb.
- План Грошово-кредитні методи регулювання інвестиційної сфери Структура джерел фінансування, 95.77kb.
- Обласна програма реконструкції та відновлення будівель аварійно-небезпечних будівель, 115.01kb.
- Лекція 4 «форми, методи, засоби організації навчання», 114.55kb.
- Відновлення платоспроможності підприємства шляхом санації, 234.81kb.
- Лекція 7 Тема: Супервізія та менеджмент соціальної роботи, 52.93kb.
- З м І с т стор. Вступ. Лекція, 1088.23kb.
- Курс лекцій для студентів денної І заочної форми навчання спеціальності 050301 „Товарознавство, 1137.66kb.
- Конспект лекцій з міжнародного приватного права. Лекція, 502.83kb.
ЛЕКЦІЯ 3
МЕТОДИ ЗБІЛЬШЕННЯ Й ВІДНОВЛЕННЯ ВОДОЗБАГАЧЕНОСТІ СВЕРДЛОВИН
При розвідці підземних вод нерідко в тому самому водоносом горизонті одні свердловини є водозбагаченими, інші — слабководозбагаченими або навіть безводними. Особливо це спостерігається у водоносних горизонтах складених тріщинуватими й закарстованими породами.
Малий дебіт свердловин або їх безводность можуть бути обумовлені зміною тріщинуватості порід по глибині й простяганню; фаціальною мінливістю порід; різним ступенем закарстованості або ізольованістю тріщин і порожнеч у тих самих породах і горизонтах; заповненням тріщин вторинним піщано-глинистим матеріалом; глинизацією відкритих тріщин при бурінні свердловин із застосуванням глинистого промивання й ін.
Торпедування й перфорація свердловин
Торпедування свердловин. До теперішнього часу розроблені способи імпульсної декольматації свердловин із значним впливом на фільтр. Одним з таких способів є очищення фільтрів за допомогою вибуху торпед зі шнура, що детонує. Для малодебітних і безводних свердловин, пройдених у магматичних, метаморфічних і міцних осадових гірських породах, застосовується торпедування, після якого свердловини можуть стати придатними для експлуатації підземних вод. У цьому випадку для обробки фільтра використовується вибух твердих та рідких вибухових речовин у порожнині фільтра. При вибуху виникає ударна хвиля, що поширюється в радіальному напрямку. Зустрічаючись зі стінками фільтра, ударна хвиля, частково відбивається, а частково переходить у затрубний простір. Гідродинамічні й фільтраційні потоки води, що супроводжують вибухи, сприяють видаленню зруйнованого кольматанта з поверхні фільтра, а також з пор і тріщин прифільтрової зони.
При торпедуванні свердловини на глибині в результаті вибуху утворюються три сфери.
1) Сфера суцільного руйнування, у межах якої відбувається руйнування й дроблення твердих порід. Ця сфера (порожнина) невелика по розмірах. (Якщо породи м'які, глинисті й пористі, тоді вони під впливом вибуху ущільнюються й трохи метаморфизуються).
2) Сфера тріщиноутворення (необоротної деформації), у якій внаслідок зсуву порід і тиску газів вибуху утворюються радіальні й концентричні тріщини в радіусі, що досягає в скельних породах величини в 4 рази більше радіусу першої сфери.
3) Сфера поширення пружної хвилі, що не викликає руйнування породи (сфера струсу).
У межах сфери тріщиноутворення значно зростають тріщинуватість гірських порід, розміри раніше існуючих тріщин, підвищується водопроникність порід, чим і обумовлюється збільшення дебіту свердловини після її торпедування.
Торпеда будь-якого типу складається із заряду – вибухової речовини, зарядної оболонки (кожуха), засобів вибуху (вибухівник, патрон-бойовик), голівки й наконечника.
У конструктивному відношенні торпеди розділяються на герметичні, у яких заряд укладений у міцну металеву оболонку й негерметичні, у яких є легка алюмінієва, рідше пластмасова оболонка.
Проект торпедування свердловини складається на основі ретельного вивчення її геолого-літологічного, гідрогеологічного й технічного розрізів.
Для торпедування гідрогеологічних свердловин доцільніше застосовувати негерметичні торпеди, тому що при вибуху герметичних торпед утворується багато осколків, що засмічують свердловину і її призабойную зону.
Торпедування свердловин може бути багаторазовим при збільшенні дебіту після кожного торпедування.
Перфорація свердловин проводиться в розвідницьких, експлуатаційних і нагнітальних свердловинах для розкриття нафтоносних, газоносних і водоносних шарів, перекритих обсадними трубами й цементними кільцями. У деяких випадках перфорацію роблять і для збільшення дебіту розвідницьких і експлуатаційних свердловин або приємистості нагнітальних свердловин.
Для перфорації застосовуються кульові, торпедні й кумулятивні перфоратори. Для перфорації гідрогеологічних свердловин пройдених у водоносних горизонтах, складених пісками або слабкосцементованими піщаниками, можна застосовувати кульові перфоратори.
Для свердловин, пройдених у магматичних, метаморфічних і твердих осадових гірських породах, що мають слабкую водопроникність, гарні результати відносно збільшення водопроникності порід може дати застосування торпедного перфоратора або кумулятивних перфораторів.
Іншим відомим способом імпульсного очищення фільтрів, устаткування, для реалізації якого випускається серійно, є пневмовубух. Очищення фільтра пневмовибухом засновані на миттєвому перетворенні енергії вихлопу стисненого повітря в механічну роботу. Виникаюча при пневмоімпульсі ударна хвиля й пульсація повітряного міхура, що утворився, руйнує осад і очищує фільтр.
Крім імпульсних методів декольматації фільтрів свердловин розроблені методи декольматації, що припускають різні способи фізичного впливу на фільтр і прифільтровую зону. Наприклад, вібрацію, акустичні хвилі й т.д.
Гідравлічний розрив шару
Гідравлічний розрив шару є ефективним засобом збільшення проникності порід призабойної зони свердловин. Він застосовується для прискорення припливу рідини із шарів до вибоїв експлуатаційних свердловин і збільшення приємистості нагнітальних свердловин при заводненнях нафтового шару.
Для утворення розривів і глибоких тріщин у нафтоносні шари під високим тиском через свердловини накачують нафту або спеціально в’язкі рідини. Тріщини розриву, що виникають у шарах, вивільняють більші площі нафтоносних порід, що значною мірою полегшує надходження нафти або води в свердловини зі слабкопроникних продуктивних шарів. У деяких випадках дебіт свердловин після гідравлічного розриву збільшується в кілька разів.
Методика гідравлічного розриву шару полягає в створенні на вибої свердловини високого тиску, що перевищує місцевий гірський тиск у призабойній ділянці свердловини з додатком деякої величини, що залежить від міцності породи, що розривається. У процесі гідравлічного розриву в шарі розширюються природні або виникають нові тріщини, за рахунок чого й збільшується проникність порід призабойної ділянки.
Для збереження тріщин у розкритому стані разом із в’язкою рідиною накачується певна кількість грубозернистого піску, що перешкоджає змиканню тріщин після зниження тиску.
Створення тріщин, що поширюються на значні відстані від призабойної зони свердловини, поліпшує приплив рідини із природного колектора (шару) до свердловини.
Останнім часом гідравлічний розрив шару роблять у такий спосіб. У свердловину під відповідним тиском накачують добре фільтрівну рідину, наприклад, воду або сиру нафту. У призабойній зоні створюється при цьому горизонтальна або похила тріщина (можливо, ряд тріщин), що зв'язує вибій свердловини із системою природних тріщин. Після цього накачують у свердловину слабкофільтруючу в’язку рідину, що містить пісок. Ця рідина, поширюючись по системі тріщин, заповнує їх піском, чим попереджає змикання їхніх стінок після припинення нагнітання. Грузла рідина, що проникла в тріщини, надалі відкучаується із призабойной зони оттартовуванням або свабіруванням.
Сваб (сталевий диск на перехідній штанзі із гумовим клапаном) установлюється на нижньому кінці бурильної труби. При русі сваба нагору перекриваються отвори в диску, що створює розрідження у фільтрі свердловини та сприяє руйнуванню пухких порід кальматуючих внутрішню поверхню й отвори фільтрових колон.
Тартання (від азерб. дартмаг — тягти, витягати), витяг рідини зі свердловини за допомогою желонки на тросі або канаті.
Метод гідравлічного розриву шару є універсальним. Так, метод кислотної обробки застосовується тільки в карбонатних породах, метод торпедування — у щільних монолітних породах, метод же гідравлічного розриву з успіхом застосовується в найрізноманітніших геологічних умовах.
Солянокислотна обробка свердловин
При кислотній обробці свердловин соляна кислота розчиняє карбонатні породи, як стінок стовбура свердловини, так і стінок тріщин у шарі.
Найбільше значення для збільшення дебіту свердловин має розширення тріщин і утворення каналів роз'їдання, що простягаються на деяку відстань від стовбура свердловини. Ці тріщини й канали, з'єднуючись із природними обводненими більшими тріщинами й порожнечами, збільшують тим самим продуктивність свердловин.
Практикою встановлено, що при обробці малопотужних шарів, складених карбонатними породами, і накачуванню в них по 4—6 м3 кислоти дебіти свердловин збільшуються в 3,5 і 10 разів у порівнянні з дебітами до обробки.
Концентрацію соляної кислоти вибирають виходячи із властивостей підлягаючого обробці шару, залежно від його проникності й складу. Частіше застосовують 10-15%-ний розчин соляної кислоти. Для шарів низької проникності використовують кислоту більшої, а для шарів з високої проникності - меншої концентрації. Кислоту з концентрацією більше 15% застосувати не рекомендується, тому що кислота шкідливо впливає на метал обсадних труб.
Кількість соляної кислоти, необхідної для обробки свердловин, залежить від потужності й водопроникності шару. У слабкопроникних шарах на кожний метр оброблюваного інтервалу свердловини витрачається 0,4—0,6 м3 10—15%-ного розчину соляної кислоти, а в сильнопроникних шарах від 1,0 до 1,5 м3 [.
Після заливання в свердловину соляної кислоти негайно накачується продавочная рідина (нафта або вода). Остання нагнітається в породи при високій проникності породи під тиском до 10 ат, а при низькій проникності - до 25 ат. Призначення продавочной рідини - витиснути зі стовбура свердловини розчин соляної кислоти в шар вапняку або інших карбонатних порід. Об'єм продавочної рідини повинен дорівнювати об'єму заливальних труб плюс об'єм стовбура свердловини в інтервалі обробки. Як розчин кислоти, так і продавочну рідину рекомендується накачувати в технічно можливий короткий строк (звичайно від 30 хв. до 2 ч).
Швидкість дії соляної кислоти на карбонатні породи залежить від наступних природних і штучних факторів: літології порід і характеру їхньої тріщинуватості й кавернозности; концентрації соляної кислоти; тиску в зоні реакції; температури розчину; наявності в розчині деяких реагентів, що роблять вплив на хід реакції.
Спостереженнями встановлено, що процес взаємодії соляної кислоти з породами інтенсивніше протікає в чистих кальцитових й доломітизованих вапняках: у них процес закінчується в 30- 50 хв. Наявність сульфатів, силікатів і алюмосилікатів у вапняках знижує швидкість реакції. Підвищена тріщинуватість порід сприяє проникненню розчину в шари на більші відстані.
На інтервалі плину реакції в свердловині підвищується тиск. Високий тиск у значній мірі сповільнює процес взаємодії кислоти з карбонатними породами, але сприяє глибокому проникненню розчину по тріщинах і порожнечам у шар.
Температура розчину також впливає на швидкість реакції.
У свердловинах, що розкрили нафту, для вповільнення швидкості реакції в розчин соляної кислоти додають натрієву сіль сульфірованого нафтопродукту, при додаванні в розчин препарату в кількості 0,5% швидкість реакції знижується в 2,7 рази.
Обробка соляною кислотою водозабірних свердловин, пройдених для цілей водопостачання, виробляються в такий спосіб.
У закінчену бурінням свердловину опускають до певної глибини ерлифт із водопідйомними трубами діаметром 127 мм і повітропровідними трубами 25,4 мм. За допомогою ерлифта роблять відкачку води зі свердловини. Після відкачки устя свердловини герметично закривають, а по колоні водопідйомних труб зливають із цистерни інгібіровану соляну кислоту протягом 10—15 хв. Слідом за цим протягом 15-20 хв нагнітають у свердловину стиснене повітря за допомогою компресора, а потім в обсадні труби накачують воду в об'ємі 1-2 цистерн, після чого вдруге нагнітають повітря під тиском 2-5 ат і залишають свердловину під цим тиском на строк до однієї доби. Для видалення зі свердловини продуктів реакції вдруге роблять відкачку води ерлифтом. Якщо кислотна обробка виявиться недостатньо ефективною, проводять за зазначеною методикою повторну обробку.
Нерідко ефективність кислотної обробки свердловин виявляється короткочасною (кілька місяців). Тому іноді доцільно прибігати до повторної обробки свердловин соляною кислотою. Така обробка звичайно буває менш ефективною в порівнянні з первинною, причому на кожну наступну обробку витрачається більше кислоти, чим на попередню. Ця обставина викликана як розширенням стовбура свердловини, так і більше глибоким проникненням по тріщинах у шар розчину кислоти.
Ця методика може бути рекомендована й для збільшення приємистості водопоглинальних свердловин. Відмінність полягає в застосуванні технічної соляної кислоти 20%-ній концентрації.
Якщо свердловина, що підлягає обробці соляною кислотою, проходиться із промиванням глинистим розчином, для руйнування глинистої корки й очищення призабойной частини від шламу в свердловину заливається соляна кислота міцністю 8 - 10%. Об'єм кислоти повинен відповідати об'єму інтервалу свердловини, що підлягає обробці. Через 8-12 год послу заливання розчину за допомогою желонки, сваба або ерлифта роблять відкачку до повного посвітління рідини й зникнення ознак наявності у воді розчину соляної кислоти й потім очищають желонкою вибій свердловини від шламу.
Необхідно проводити герметизацію свердловини на час взаємодії соляної кислоти з карбонатними породами. Для цього застосовуються пакери або одинарні тампони. При зональній обробці стовбура свердловини на нагнітальній колоні труб монтуються два пакера, а частина труби між пакерами перфорується.
Для підвищення ефективності відбуновлюваних заходів можуть застосовуватися комбіновані способи декольматации фільтрів водозабірних свердловин. Комбіновані імпульсно-реагентні й віброреагентні обробки фільтрів свердловин проводяться сполученням вібраційного або імпульсного (пневмовибух, газовий вибух, електрогідроудар) впливу на фільтр із наступним або паралельним введенням у свердловину розчинів реагентів.
Механічне прочищення фільтрів експлуатаційних свердловин
Деякі свердловини в процесі експлуатації знижують свій дебіт. Обумовлюється це замуленням фільтра свердловини піщаним матеріалом. Якщо відбувається замулення фільтра дрібним піском з діаметром часток менше прохідних отворів сітчастих фільтрів, то це вказує на невідповідність номера встановлених сіток гранулометричному складу пісків водоносних шарів. Якщо ж у фільтрі виявлений різнозернистий пісок з діаметром часток крупніше прохідних отворів сітчастих фільтрів, це сигналізує про ушкодження поверхні фільтра. Заповнення фільтра різнозернистим піском на значну висоту може відбутися по кільцевому зазорі між надфільтровою й обсадною трубами внаслідок ушкодження тампонажного пристрою.
Для з'ясування причин замулення фільтра й зниження дебіту свердловини роблять очищення фільтра, часто за допомогою звичайних желонок, що опускаються на штангах або тросі. Такий метод очищення повинен застосовуватися з великою обережністю особливо у фільтрах, обладнаних сітками. При роботі желонкою осад у фільтрі ущільнюється, а частиною накопичується в зазорі між сіткою й каркасною трубою. Надмірне накопичення в зазорі піску приводить до деформації (розширенню) сітки, а надалі й до її розриву. Надійніше в роботі поршнева желонка, що відсмоктує воду з породою з фільтра.
Найбільш надійні результати дає спосіб зворотного промивання свердловини. Якщо фільтр заповнений дрібнозернистим піском: вода, що нагнітається за допомогою насосів у зазор між обсадними трубами й водопідйомною трубою пропущеної в центрі через останню, виносить на поверхню розмивний пісок.
Гарні результати дає також очищення фільтрів від піщаного матеріалу за допомогою ерлифта. Цим способом можна робити очищення в короткий термін і без усякого ушкодження фільтрів, з якого би матеріалу вони не були зроблені, причому віддаляються на поверхню не тільки піщані частки, але й гравій і навіть дрібні гальки.
Зіставляючи результати відкачок до й після очищення, представляється можливим судити про її ефективність.
Якщо при відкачках після очищення фільтра буде відзначено знову замлення його піщаною породою, це буде свідчити про ушкодження фільтруючої поверхні. У цьому випадку потрібен ремонт або заміна фільтра.
Мала ефективність очищення фільтра може вказувати на заростання фільтра під впливом фізико-хімічних процесів.
Для видалення осадів із внутрішньої сторони фільтрів нерідко застосовують спеціальні йоржі, що опускаються на тросі або штангах. Металева щетина йоржів зіскрібає осади й прочищає частину прохідних отворів сітки фільтра. Іноді на нижній кінець нагвинчується патрубок, що дозволяє під час соскребания осадів подавати через штанги воду під більшим тиском. При такому комбінованому способі одночасно відскрібаються опади й промиваються прохідні отвори сітки фільтра.
Прочистка прохідних отворів фільтра від механічної закупорок робиться також гідравлічними ударами з наступним створенням у свердловині вакууму, що здійснюється спеціальними поршнями з манжетами й клапаном. Для збільшення ваги поршня на нього нагвинчується ударний патрон. При швидкому зануренні на тросі такого снаряда в свердловину через стовп води передається тиск на вибій і стінки фільтра, що й приводить до часткового звільнення прохідних отворів від піщаного й іншого заповнення. При подальшому зануренні поршня клапан відкривається, і пропускають через нього воду. Різкий підйом поршня створює в свердловині вакуум, під дією якого підземна вода з великою швидкістю спрямовується в свердловину й частково вимиває піщані й інші частки, що застрягли в сітці фільтра й в отворах труби. При використанні останнього методу необхідно дотримувати мір обережності щоб уникнути ушкодження сіток фільтрів.
Кислотна обробка фільтрів експлуатаційних свердловин
До кислотної обробки фільтрів прибігають із метою відновлення дебіту свердловин, що знизився в результаті випадання з води опадів, що закупорюють прохідні отвори сіток фільтрів і цементуючих прилягаючі до фільтра породи. Рідше аналогічну обробку роблять у профілактичних цілях, а також при витягу старих фільтрів з метою зменшення піднімальних зусиль, для збільшення дебіту експлуатаційних свердловин використовують розчинюючі осади хімічні реагенти. При цьому каркаси й покриття фільтрів не повинні піддаватися роз'їданню (корозії).
иділяють два види кислотної обробки; 1) однорозчинну, коли у фільтр подається тільки соляна кислота для розчинення мінеральних опадів, і 2) двухрозчинну, коли осади складаються не тільки з мінеральних, але й з органічних речовин, для руйнування останніх проводтиться обробка фільтра сірчаною кислотою.
У підземних водах з підвищеною карбонатною твердістю й з більшим вмістом заліза, що звичайно дають значну кількість мінеральних осадів, незалежно від сполуки матеріалів, з яких виготовлені фільтри, рекомендується застосовувати фільтри з більшою площею прохідних отворів і більшим відсотком свердловинуватості - до 60-70%. Заростання фільтрів з високим відсотком свердловинуватості відбувається за більше тривалий строк, чим фільтрів з малим відсотком свердловинуватості. Рекомендується періодично проводити профілактичні кислотні промивання свердловин, у яких відбувається відкладення мінеральних осадів.
При обробці фільтрів кислотами необхідно враховувати конструкцію свердловини; гранулометричний слад водоносних порід, у які поставлений фільтр; повний хімічний аналіз експлуатованих вод; хімічний аналіз осадів, що закупорюють сітки фільтрів; матеріали з яких виготовлені каркаси фільтрів (ці матеріали повинні бути стійкі проти кислот - нержавіюча сталь, пластмаси, кераміка, дерево й т.п.).
тому випадку, якщо фільтри виготовлені з некислототривких сталевих труб, застосовується так зване інгібірування кислот - введення в соляну кислоту органічних домішок, що сповільнюють процес руйнування металів.
Перед кислотною обробкою свердловини рекомендується очистити фільтр від піщано-глинистого заповнення й зробити інтенсивну відкачку води з можливо найбільшим зниженням рівня.
Склад осадів, що закупорюють прохідні отвори фільтрів і цементують прилягаючі до нього породи, різний. Найчастіше це осади, що складаються з гідроокису заліза, вуглекислого кальцію й магнію й аморфного кремнезему.
При хімічній обробці фільтрів як основний розчинник звичайно застосовується технічна соляна кислота 15% і більше, під впливом якої оспади на фільтрі з нерозчинного у воді стану переходять у розчинне.
Обробка фільтрів кислотами не завжди приводить до позитивних результатів. Якщо прохідні отвори фільтра закупорені кварцовими зернами або солями кремнекислоти, обробка фільтра розчином соляної кислоти не дає скільки-небудь помітного ефекту. Для розчину силікатів кальцію й магнію вводять у соляну кислоту добавку фтористого амонію в кількості 2% від об'єму кислоти. При цьому утвориться фтористоводородна кислота, що здатна розчинити силікати.
Сірчану кислоту для руйнування органічних речовин уводять у фільтр тільки після промивання свердловини відкачкою від соляної кислоти.
Під впливом налитої кислоти фільтр перебуває 12—18 год, після чого проводиться контрольна відкачка води. Про ефективність кислотної про6работки фільтрів судять по загальним і питомим дебитам, отриманим при відкачках до й після обробки.
Для звільнення свердловини від кислот протягом перших (2-3) годин відкачку варто робити на викид, перевіряючи реакцію води на лакмус або титруючи воду азотнокислим сріблом на зміст іона хлору.
Вакуумирование свердловин
міна атмосферного тиску впливає на дебіт джерел, свердловин і колодязів. У випадку підвищення тиску дебіт джерел або рівень води в колодязях знижується й навпаки. Це природне явище використане з метою збільшення продуктивності свердловин.
ри сприятливих природних умовах штучне розрідження в напірному шарі або в свердловині, що розкрила ґрунтові води, може істотно впливати на дебіт свердловин. Принцип роботи вакуум-свердловин складаєтьсяз того, що спеціальним тампоном нижня частина свердловини ізолюється від атмосфери. Тампон, поставлений у верхній частині обсадних труб, сприяє створенню при відкачці зі свердловини розрідження.
Розрідження може бути створене також за допомогою спеціального вакуум-насосу або ж водоструминного насоса. При водовідборі зі свердловини, що працює з розрідженням (обладнаної вакуум-насосом), необхідно на інтервалі її прийомної частини підтримувати заданий вакуум, що досягається періодичним включенням вакуум-насоса.
Найбільш ефективна робота вакуум-свердловин буде при відкачках з напірних шарів.
Відкачки зі свердловин і шахтних колодязів на напірні води викликають зниження в них напірного рівня, у результаті чого утвориться депрессійна поверхня підземних вод. У випадку встаткування свердловини тампоном усередині створюється розрідження. Місцева ізоляція водоносного горизонту від атмосферного тиску обумовлює виникнення додаткового напору.
Чим більше буде розрідження, створюване усередині свердловини, тим сильніше впливає атмосферний тиск на продуктивність свердловини. Збільшення напору теоретично можна довести до 10 м; практично ж воно не буде перевищувати 8—8,5 м. Створюване при цьому додатковий тиск збільшує ухил потоку поблизу свердловини, що й забезпечує збільшення витрати свердловин у середньому в 2,5-3,5 рази.
Вакуум-свердловини з успіхом можуть застосовуватися для ґрунтових вод при наявності над рівнем води 3- 5-метрові товщі відносно слабкопроникних для повітря порід. Очевидно, що при відкачках ґрунтових вод найбільше розрідження утворюється в обсадних трубах на ділянці від тампона до динамічного рівня.
У розрідженому просторі свердловин вакуум поступово знижується внаслідок виділення з води повітря й газів. Це явище усувається періодичним відсмоктуванням повітря й газів компресорною установкою.