Мыңқұдық уран кен орнының бұрғылау технологиясы

ЖС төтелдері берілген әдіспен пайдалы қазбаларды өндіруге арналған негізгі техникалық құралжабдық болып саналады, сондықтан олардың құрылғыларының технологиясына жоғары талаптар қойылады. Бұрғыланған төтелдердің сапасынан әрі қарай оның еңбек өнімділігі және қызметету мерзімі байланысты. Тік ЖС төтелдерді бұрғылау көп жағдайда сазды ерітіндіні айналмалы әдіспен тікелей жуумен іске асырылады. Оны пайдалану тұрақсыз жыныстарды қазу өте жоғары қазу бұрғылаудың жылдамдығын және төтелдер қабырғасының сенімді тұрақтылығына жағдай туғызады.

Төтелдерді ЖС бұрғылау технологиясы коптеген факторларға байланысты, олардың негізгілері: тау-кен геологиялық жағдайы, қызметінен анықталатын диамтері, түрі және ерітінді көтеретін құрал мен сүзгінің конструкциясы, технологиялық ерітіндінің гидролизациялану қозғалысына қажет әдіс пен техникалық жабдықтар, жынысбұзушы құралдардың түрлері, бұрғылау тәртібінің параметрлері, забоилардан бұзылған өнімдерді алып шығу құралдары, өнімді қабатты ашу болып табылады.

ЖС технологиялық төтелдерінің диамтерлері, көп жағдайда, оның құрылымына және арналуына байланысты 190,5-244,5 мм (сирек 269 мм) құрайды. Өнімді қабаттың жоғарғы суға төзімді интервалында, әдетте сүзгі орнатылған жерінде, төтел кішкене диаметр алуы мүмкін.

Қабылдаған технологияға қарай, 118-132 мм диамтерлі, төтел пилотты алдын-ала бұрғылау, ал содан-соң қажетті комплексті геофизикалық тексерулерден өткізгеннен кейін, оны берілген диамтерге дейін бұрғылау қарастырылған. ЖС төтелдерін бұрғылау үшін, кенорнындарының орнығу және жыныстардың тау-кен геологиялық жағдайларына есепке ала отырып, негізінен құмды-сазды қабаттардан тұратын, үшторлы м, мт, мс, с (ГОСТ 20692-75 және ТУ 26-02-844-79) түрдегі долото (қашау) мен қалақшалы долото (сериялы өндірілетін пикобурамен ЖС өнеркәсібінде өзіне қайта өндіретін және шығарылатын). Долото түрін анықтау оның жұмысының нәтижелігін әртүрлі жағдайларда көлемді жыныстардың бұзылуы тәртібінде бұрғылаудың жоғарғы жылдамдығын, қамтамасыз ете отырып анықтайды. Долото қалыпты немесе гидромониторлы жуылуы (Г) мүмкін.

Үшшарқашау М түрлі ең жұмсақ тұтқыр және пластикалық жыныстарды бұрғылауғы араналған; МС түрдегі қашау жұмсақ, өте қатты қабаттармен жұмсақ азабразивті жыныстар қабаты үшін пайдаланылады. С түрдегі ұашау орта қаттылықтағы және азабразивті жыныстарды бұрғылау үшін пайдаланылады.

ЖС төтелдерінің қиыршықтасты төселген сүзгісі құрылымы сүзгіжаны аймағын үлкейтуді, кеңейтуді қажет етеді. Бұл үшін әртүрлі консрукциялы кеңейткіштер, ЖС өндірісінде жасалатын, пайдаланылады. Кеңейтілген зонаның диаметрі әдетте 269-295 мм-ге жетеді.

Қашауды дұрыс таңдау бұрғыланатын жыныс қаттылығына сәйкес рациональды осьтік жүктеме мехканикалық жоғары жылдамдықты тау-кен жынысы жоғары бұзыды қамтамасыз етуі керек. ЖС төтелдерде құрастыру үшін қолданатын бұрғылау қондырғыларында беру механизмінің болмауына байланысты қашауға остік жүктеме, бұрғылау құбырының салмағымен беріледі. Көп жағдайда бұрғылау снарядының компоновкасына қарай қашауға қажетті күшті беру үшін, сонымен бірге берілген бағытты төтелдерге жасау үшін, ставтың қатаңдығы мен оның ұзыңнан тұрақтылығы ұлғайту, бұрғылаудың ауырлатылған құбыры (УБТ) 146-178 мм диамтері. УБТІ, м мына жағдайдан қажет ұзындығын былай анықтаймыз:

, (3.1)

мұндағы k — ауырлатылған құбырдың салмағының қашауға түсетін күштен көбейтіндігін есепке алатын коэффициент (k = 1,25);

- ауданның қашауға берілген остік күші, кГс;

- УБТ 1п.м. массасы, кг;

- жуатын сұйықтықпен құбыр материалына байланысты сәйкес тығыздық, т/м³.

Остік жүктемені тиімді айналу жиілігін, бұрғыланатын жыныс пен бұрғылау қондырғысына қатысты таңдау алу керек. ЖС төтелдерін әдетте бұрғылау үшін айналу жиілігі өзгеру диапазоны 70-250 об/мин алайда қолданылып жүрген бұрғылау қондырғыларының консрукциясы айналу жиілігін ақырындап реттеу алмайды.

Бұрғылау тәртібінің параметрлерін бұрғыланушы жыныстың қаттылығына және қашау түріне байланысты анықтау

2.1 кесте - Остік күш, кГС, қашаудың 1 см диаметріне жыныстың қаттылығына және қашау түріне байланысты

Долота (қашау) түрі	Бұрғыланатын жыныс категориясы
Ι – ΙΙ	ΙΙΙ	ΙV – V
Қалақшалы қашау Шарқашау: М, МГ С СГ Қалақшалы қашау Шарқашау: М, МГ С СГ	60-80 --- ---	80-90 --- ---	200-210 210-230
Қашаудың айналу жылдамдығы, шеңбер бойымен, м/с
0,8-1,2 0,8-1,2 --- ---	1,0-1,6 1,2-1,4 --- ---	1,0-1,4 1,0-1,4 1,2-1,4

Өте қатты жыныстарды қабаттарды бұрғылағанда қашауға түсірілетін күш, үлкен механикалық жылдамдық алу үшін көбейтілуі мүмкін. Бұл жағдайда қашауға берілетін күштер 2.2 -кестеде берілген.

2.2 кесте - Қашауға берілетін күштер

Қашау түрі	Жыныстың қаттылық категориясы	Қашаудың 1см диаметріге түсірілетін остік күші, кГс
Лопастные: Шарошечные: М мен МС С	Ι – ΙΙ ΙΙΙ - ΙV V одан жоғары	100-400 200-600 300-800

Төтелдерді бұрғылау кезінде уатылған өнімдерді шығару жуылатын сұйықтықпен (сазды ерітіндімен) әр түрлі параметрлі, бұрғыланатын жынысқа байланысты атқарылады.

Жуылудың негізгі қызметі - уатылған өнімдердің алынуы; жыныс-уатқын инструменттің салқындатылуы, төтелдердің қабырғасының беріктігін қамтамасыз ету және қабаттық кальматациялануынан сақтандыру.

Жуатын сұйықтың берілетін шамасы төтелден шлактың толық шығуын қамтамасыз етуі керек, олай болмаған жағдайда бұрғылаудың тек механикалық жылдамдығы ғана азаймайды, сонымен бірге қашауға өту жолы да кішірейеді. Ең аз жіберілетін жуу сұйықтығының шығының Q_min м³/с, аз берілетін ағын жылдамдығынан анықтайды:

, (2.2)

мұндағы _Д - долота диаметрі, м;

_Т - бұрғылау құбырының диаметрі, м;

_П - ең аз жіберілетін шығатын ағының жылдамдығы, м/с.

Ыдырау өнімдерінің жақсы алынуы үшін ағатын ағыстың құбырдан тыс жердегі жылдамдығы 0,8 м/с аз болмауы керек. Берілген жылдамдықты ұстап тұру үшін, құбырдан тыс кеңістікті азайту немесе бұрғылау құбырларының диаметрін ұлғайту немесе өте күшті бұрғылау насостарын пайдалану керек. шЫғатын ағының құбырдан тыс кеңістіктегі жылдамдығын ұлғайту үшін бұрғылау құбырларына белгілі бір интервалдар аралығында қалақша-турбулизаторлар үстелейді. Бұл турбулент аймағының пайда болуына жағдай жасайды, шламның көбірек қарқынды шығарылуына әкеліп соғады және соның әсерінен бұрғылау жылдамдығы көтеріледі. Егер шығатын ағын жылдамдығын 0,8 м/с көбейте алмасақ, төмендетілген остік жүктемемен бұрғылауға көшу керек.

Сазды ерітінділердің параметрлерін төтел бұрғылаудың нақты жағдайларын есепке ала отырып таңдайды. Көп жағдайда қалыпты сазды ерітіндінің параметрлері: тығыздық 1,1-1,18 г/см³, суберілуі - 15-30см³/30 мин, тұтқырлығы 18-25 с, құм 3-4%аспайтын пайдаланады.

Көп жағдайларда бұрғылау үдірістерінде сазды ерітіндіні, жергілікті саздан дайындалған, табиғи сазды ерітінді, сазды қабаттарды бұрғылаудын пайда болған және аз сазды ерітінді сазды қат өтуі үшін пайдаланылады.

Азтөзімді жыныстарды бұрғылау үшін ауырлатылған сазды ерітіндінің жоғары тығыздықтағы, әртүрлі қоспалар қосылған (барит, гематит) қолданады.

2.4 Бұрғылау жұмысы біткен соң цементтеу

Геотехнологиялық төтелдің жағдайы, жұмыс істеу мерзімі көп жағдайда цементтеу сапасынан және өнімді қабаттың гидроизоляциясына (су ақпайтындығына) байланысты болады.

ЖС технологияның төтелдерінің тығындайтын құрамы мынадай негізгі қасиеттері болуы керек:

Суөткізбейтін, суға төзімді, өте күшті қышқылдар әсер еткенде қышқылға төзімді, ерітіндінің тығыздығының төмендігі, аз құйылу дәрежелі және ерітінді айдауды сақтайтын уақыттың ұзағырақ болуы жақсырақ көлемінің өзгерлуі және суөткізгіштігінің төмен болуы.

Қышқылға төзімді қоспалар, әдетте үш элементтен тұрады: қышқылға төзімді толықтауыштар, қатырғышты болдырғыш пен байланысшыдан.

Толықтаушы ретінде кварцты құм, диабаз, андезит, ерітілген диабаз, күйдірілген сазды асбест, шамот, перлит, керамикалық порошок, шыны ұн, металлургиялық шлактар, кварцит, гранит, далалық шпаттар және т.б. қолдануға болады.

Байланыстырғыш ретінде қышқылға төзімді цементтерде сұйық шыны (натрийлі немесе калийлі) пайдаланылады. Сонымен бірге су, синтетикалық латекс, күкіртті кремнефторлы қышқылды "Ludox" сұйығын және басқаларын пайдаланады. Қатырғыш инициаторы ретінде көп жағдайда кремнефторлы натрий, сонымен бірге мырыштың фторсиликаты, магнийдің, мыстың, кальций, натрий алюминаты, магний мырыш және қорғасын оксиді, фторотитаны натрий және калий, сополимер стироламайнді ангидрид, бензолсуль-фохлорид, метилацетат, поливинилді эфирлер және басқалары. Қышқылға төзімді цементтің қасиеті мына қосымшалар: глицерин, глет, азотқышқылды қорғасын, тұзқышқылды анилиннің фурилді спиртпен қосылысы, хлорлы темірмен, портландцементпен, құмсазды цементпен, натрий бихроматының ерітіндісімен, фурфуолаин, калий едкий марганец шлагімен, ферросплав өндірісінің шлактарымен, негіздің және қышқылдың түйіршіктелген шлактармен арқылы реттейді

Жоғарыда айтылған қышқыл төзімді цементтер мынадай, құбырмаңы кеңістігін тығындауға жарампаз ететін кемшіліктергі тез ұстағыштық жоғары құйылу дәрежесі (консистенция) құйылу дәрежесі қазіргі бар қышқылға төзімді ерітінділер үшін бастапқы құйылу дәрежесі ЗОП₃жоғарғы тығыздық (2,0 т/м₃ аса) және қышқылға төзімді цементтің тастарының сұйық шыныдағы (2% дейін, ауада) үлкен шөккіштігі жатады.

Қазіргі кезде қышқылға төзімді цементтің қату үдірісінің сипаты жөнінде бір көзқарас жоқ. Соған қарағанда қышқылға төзімді қосылыстың сұйық шыны негізінде қатуы коллоидно-химиялық үдіріс болып саналады. Натрий мен калийдің гидросиликаттарының әртүрлі заттармен өзара қосылысы, сілтілі силикаттар кремний қышқылының өте әлсіз тұзы болғандығында. Олардан кремний қышқылы барлық органикалық минералды қышқылдармен ығыстырылып шығарылады. Кремний қышқылының гелі сұық әйнектің кремнефторлы натриймен химиялық әсерлесу арқылы пайда болады. Пайда болған гель толықтауыштың үстне жиналады. Синерезис қорытындысында гель ақырындап сұйық фазаға өтеді, тығыздалады және массаны цементтейді.

Кремнефторлы натрий қата бастаған кезден бастап сілтілік силикатпен бірден реакцияға түседі. Реакция кремнефторлы натрий немесе басқа қатырушы инициатордың диффузиясының жылдымдығына сәйкес сілтілік силикатты ерітіндіде өтеді. Кремний қышқылының коллоид массалы гелінің пайда болуына байланысты қатырғыш инициаторының диффузиясы азаюы әсерінен процесс өшеді. Кремний қышқылы натрий немесе калий силикатының ерітіндісіне қарағанда жоғары тығыздықты болады.

Қышқылға төзімді құрамның қату инициаторысыз-ақ, гидросиликаттар мен ауаның көмірқышқыл газы мен өзара әсерінен де қатаң дамуы мүмкін.

Қышқылға төзімді цементтер сұйық шыны негіздегі жоғары қышқылға төзімді болады. Сұйық шыны мен кремнефторлы натрий мен химиялық байланысы қорытындысында толтырғыштың бөлшектерін цементтейтін, тесіктерді және цемент-тастарының капиллярларын бітеп тастайтын қышқылдың оның ішкі қабаттарына енуіне кедергі жасайтын кремний қышқылының тұздары пайда болады. Бұл цементтерді суға төзімділігі бос сілтінің өте төменгі деңгейге дейін азаюының арқасында, қатырғыш инициаторды көп мөлшерде енгізумен, көбінесе кремнефторлы натрийдің арқасында болады.

Оқшау (изолирлеуші) тастардың темір ортаның коррозиялық әсеріне төзімділігін зерттеулермына заттарға: ауыз су; ЖС объектісіндегі 3% -тік сулы ерітіндісі (жұмысшы орта) жерасты суы; 18% судағы ерітіндісіне батырылған тас үлгілерді ұзақ уақыт (17 айдан астам) бақылау арқылы жүзеге асты.

Гидрооқшаулау қоспалардың лабораториялық зерттеулері бойынша, тығындайтын және сульфаттөзімді цементтің тұратын қосылыстар қышқылды ортада тез бұзылатыны анықталып оларды ЖС төтелдерін оқшаулау үшін пайдалануға ұсынбайды.

Сұйық шыны мен қышқылға төзімді толтырғышты тығындайтын қосылыс жақсы нәтиже көрсетті. Қышқылға төзімді тығындайтын цементтің сұйық шынылы негіздегі құрамын тексеру кезінде, үш негізгі сұрақтар: олардың құйылу дәрежесі мен тығыздығының төмендеуі цементтерге ұлғаю қасиетін беру қарастырылды.

Ерітінділер консистенциясын азайту оның тығызыдығын азайту мен қышқылға төзімді толтырғыш тұратын құрған қосылыс пен сұйық шынының және кремнефорлы натрийдің массалық қатынасын көтеру арқылы жүзеге асады. Алайда тығыздықтың төмендеуі, яғни сұйық шынының сулылығы, суғатөзімділіктің атруына, алайда сонымен қатар ерітінідінің қышқылға төзімділігін төмендетеді. Өз кезегінде кремнефорлы натрийдің ерітіндідіегі шамасының көтерілуі, қышқылға төзімділікті жоғарлатады, алайда цементті суғатөзімділігі азаяды 15-20% кремнефорлы натрий құрайтын (сұйық шыны массасынан) цементтер қышқылға және суғатөзімді болып келеді. Кремнефорлы натрийдің дозасының азаюы қышқылға төзімді тастың суғатөзімділігін азайтып, беріктігін төмендетеді.

20-30ºС температура үшін мүмкін шамасы 13,5-15 массалықбірлікке тең. Бұл кезде қату уақытының басы 1 сағатқа жуық, ал соңы 4 сағатқа жақын болады.

Өндірістік жағдайда андезиттік ұнның болмауына байланысты қышқылға төзімді толықтырғыш ретінде бархан құмы пайдаланылады. Оқшаулау қоспаларын дайындау үшін натрийлі сұйық шыны кг/м³ (90 шас. бірлік); техникалық кремнефторлы натрий -15 мас бірлік; бархан құмы - 100 масса бірлікті қолданылды. Осыған байланысты зауыттардан әкелінетін сұйық шынының тығыздығы 1540 кг/м³ тең, қоспаның құрамына есеп бойынша қатсуы қосылады.

Дайындалған оқшаулау қоспасы мынадай параметрлерге ие болады: тығыздық 1860 кг/м³ - жайылуы (сұйықтың қатты денеге жайылуы) - 20 см; суқайтарылымдығы 15-20%.

Индукциялық каротаж көмегімен екі жыл бойы жүргізілген төтелдерді цементтеу сапасын қадағалау - қышқылға төзімді цементтің жоғарғы сенімділікке ие болды.

Мұнай және газ өнеркәсібінде жоғарғы қат қысымына және цемент тасының отырғызылатын колоннамен арасындағы әлсіз байланысқа байланысты құбырдан газ мұнай шығуы жиі кездесетін жағдай. Сондықтан құбырмаңы кеңістігін жақсылап оқшаулауға үлкен мән беріледі. Қазіргі таңда бұл сұрақтың шешімі еніп, колоннаның сыртқы қабатына құм қабатты жабу қабылданған. "Халибуртон" фирмасы жүргізген эксперимент негізінде дәлелдейді, ол цемент пен құбырдың сыртқы қабатының арасындағы жабысу күші олардың кедір-бұдырлық дәрежесіне байланысты. Отырғызылатын құбырдың сыртқы қабатын құммен жабудың цемент пен құбыр арасындағы жабысу күші 6 есе артатын әдісін фирма жасап шығарды.

"Континентал Ойл" фирмасы отырғызылатын құбырдың бетінің кедір-бұдырлығы үлкен болған сайын, цемент тасы мен құбыр арасындағы тұтасу берік, мықты, цемент тасының шайыр-құмды полирленген құбырмен тұтасу беріктігінен 40 есе және одан да көп. Іс жүзінде отырғызылатын құбырларда құмды жабындылар пайдалану ценментеудің сапасын газ ұңғымаларының кәсіпшілігінде арттырды.

Полиэтиленді отырғызылатын құбырлар полиэтиленнің полярсыз құрылымының әсерінен цемент тасымен тұтасуға нашар адгезиялық қабілетті. Осы жағдайға байланысты ЖС төтелдерінің өнімді қабатының оқшаулануы сапалы болмай, жұмысшы ерітінділердің шығынға ұшырауына әкеп соғады.

Геодезия бөлімі