Материал: Анализ эффективности методов отбора кернового материала при бурении поисковых и разведочных скважин

Введение

В настоящее время уделяется все возрастающее внимание качеству и хранению кернового материала, отобранного из продуктивных горизонтов. Для повышения надежности получения параметров по данным анализа кернового материала их определяют несколькими различными независимыми методами. Например, коэффициент нефтенасыщенности определяют экстракционным методом, импульсным методом, ядерно-магнитного резонанса и фотокалориметрическим методом. Полученные результаты совместно с анализом кернового материала и геофизических исследований позволят оценить значение величин предельно возможных дебитов по отдельным пачкам, что возможно было сделать ранее лишь путем испытания пакером отдельно каждого взятого интервала. Практически невозможно непосредственно на буровой организовать анализ кернового материала, поступающего в большом количестве при бурении со сплошным отбором.

В связи с этим основной задачей является надежное сохранение в керне начальной водонасыщенности как в момент отбора, так и в процессе доставки образцов пород на анализ. Имеющиеся рекомендации на этот счет сводятся или к простому парафинированию ( образец породы опускается в парафин) или к парафинированию с использованием марли в последовательности парафин - марля - парафин. Выход керна определяют в процентах к пробуренному метражу. 100%-ный выход керна позволяет с полной достоверностью изучать горные породы, пересечённые буровой скважиной, и определять запасы полезного ископаемого.

Общая часть

Особенности режима бурения при отборе керна

В большинстве случаев отбор керна производится при бурении породы колонковым методом, а само бурение с отбором керна - колонковым. Внутри колонковой трубы находится керноприёмник. Керноприемник состоит в основном из головки, керноприёмной трубы и кернорвателя. Керноприёмники разнообразны, так как приходится отбирать керн различных пород в различных условиях. Разбуривание породы при отборе керна происходит по кольцу и керноприемник как бы наползает на образующийся внутри кольца столбик породы. Образцы керна забираются в трубу в относительно неповреждённом состоянии. Разрушенная порода (шлам), не попавшая в керноприемник, выносится на поверхность промывочной жидкостью или сжатым воздухом (газом), нагнетаемым в скважину буровым насосом или компрессором. Керн заклинивают, отрывают от забоя и поднимают на поверхность. После изъятия керна из керноприемника, он расскладывается в керновые ящики в строгой последовательности нахождения его в геологическом разрезе скважины. Весь поднятый керн детально описывается и передается на хранение в кернохранилище. В дальнейшем керн исследуется и анализируется (химический, спектральный, петрографический и другие анализы) в лаборатории с помощью различных методов и на различном оборудовании, в зависимости от того, какие данные должны быть получены. Обычно при анализе используется небольшая часть керна. По истечение определенного времени согласно руководящим документам часть керна, не имеющая существенного значения, сокращается (ликвидируется).

В последние годы керн при бурении для лучшей сохранности отбирается (попадает) в пластиковые или алюминиевые трубы (контейнеры). После извлечения из бурового инструмента эти трубы (контейнеры), заполненные керном, для удобства режутся на отрезки, обычно метровой длины. Для детальных исследований эти отрезки в свою очередь разрезаются вместе с керном пополам вдоль оси, как представлено на фотографии.

Основным количественным показателем бурения скважин с отбором керна является вынос керна (в %). Кроме того, время работы инструмента при отборе керна необходимо согласовывать с ожидаемой его долговечностью. В случае отбора керна в многолетнемерзлых породах целесообразно применять агенты для очистки скважины с отрицательной температурой и не растворяющие лед. Технико-технологические факторы включают: совершенство конструкции колонковых долот, их соответствие разбуриваемым горным породам, правильность выбора режима бурения при отборе керна и компоновки инструмента.

Поэтому наряду с усовершенствованием техники и оптимизацией технологии бурения с отбором керна необходимо уделять особое внимание профессиональной подготовке бурильщиков и их материальной заинтересованности в отборе керна высокого качества.

Изучение бурения с отбором керна показало, что с увеличением осевой нагрузки на бурильную головку, для краткости буровой головку, и расхода бурового раствора вынос керна вначале растет, а затем монотонно снижается.

По сравнению с бурением сплошным забоем режим бурения для отбора керна имеет особенности, обусловленные дополнительным условием обеспечения достаточного выноса керна. Видно, что при отборе керна применяются весьма щадящие режимы бурения.

Все снаряды для колонкового бурения вне зависимости от конструкций состоят из следующих основных частей:

бурильной головки для разрушения породы вокруг обуриваемого керна;внешнего корпуса;внутренней колонковой трубы для сохранения и выноса керна;

кернодержателя (кернорвателя).

По принципу применения снаряды для колонкового бурения подразделяют на снаряды (керноприемные устройства) с несъемной (постоянной) колонковой трубой и на снаряды со съемной грунто-ноской. При работе снарядами для колонкового бурения со съемной грунтоноской керн извлекается специальным ловителем на канате, бурильную головку поднимают после полной ее отработки.

Процесс подъема загруженной грунтоноски и спуск новой протекает следующим образом. При спуске ловитель захватывает грун-тоноску за головку, соединенную с колонковой трубой. После захвата грунтоноски ловителем производится подъем ее при помощи лебедки, установленной на поверхности. После подъема грунтоноски с керном в бурильные трубы сбрасывают пустую грунтонос-ку, которая, дойдя до снаряда, садится головкой на опору. Бурение продолжается. В последнее время почти повсеместно используют снаряды для колонкового бурения со съемной грунтоноской.

По типу бурильные головки делятся на лопастные, шарошечные и алмазные*. В снарядах для колонкового бурения всех типов керн образуется бурильной головкой, а для отрыва и удержания керна служит кернодержатель.

Значение кернодержателя в обеспечении хорошего выхода керна очень велико.Существует большое число различных конструкций кернодержателей. Ту или другую конструкцию применяют в зависимости от условий бурения, физико-механических свойств разбуриваемых пород и т. п. Приемником отобранного керна является колонковая труба, заканчивающаяся сверху клапаном, через который из колонковой трубы выходит промывочная жидкость.

Лопастные бурильные головки с тремя и четырьмя лопастями предназначаются для бурения колонковыми долотами в тех же породах, что и лопастные долота для сплошного разрушения забоя, их конструкции и материалы также аналогичны. У нас в стране распространены при колонковом бурении шарошечные бурильные головки. Они могут быть одно-, трех-, четырех- и шестишаро-шечные.* К последним относятся также бурильные головки, армированные синтетическими алмазами.

Алмазные бурильные головки по своей конструкции, вооруженности алмазами на единицу площади аналогичны алмазным долотам для сплошного разрушения забоя.

Методы и технические средства, использования при отборе керна

Колонковое бурение скважин является основным техническим средством разведки месторождений твердых полезных ископаемых. Колонковое бурение также широко применяется при инженерно-геологических и гидрогеологических исследованиях и на структурно картировочных изысканиях при поисках нефтяных и газовых месторождений. Кроме того, колонковое бурение применяется для различных инженерных целей - взамен проходки шурфов бурят скважины большого диаметра, а также шахтные стволы.

Колонковое бурение скважин имеет большое применение по следующим причинам:

• * извлекают из скважин цилиндрические столбики породы - керны, по которым составляют геологический разрез и опробуют полезное ископаемое;
• * бурят скважины под различными углами к горизонту, различными породоразрушающими инструментами в породах любой твердости и устойчивости;
• * бурят скважины малых диаметров на большую глубину, применяя относительно легкое оборудование.

Колонковое бурение скважин производится следующим образом. Перед началом бурения на месте заложения запроектированной скважины разравнивают площадку, выкапывают ямы под емкости для промывочной жидкости и под фундаменты и собирают буровую установку. При отсутствии электроэнергии станок и насос приводятся через соответствующие трансмиссии от двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

После проверки и наладки буровой установки в должном направлении производится забуривание скважины, после чего устье скважины закрепляется направляющей трубой. Одновременно оборудуется система для очистки бурового раствора от разбуренной породы (шлама).

Если бурение скважин ведется по устойчивым породам, то для промывки скважины применяется вода. При бурении скважины в недостаточно устойчивых породах промывку ведут глинистым пли другим раствором, укрепляющим малоустойчивые стенки скважины. При бурении в относительно безводных скважинах, а также в льдистых мерзлых породах с успехом может применяться продувка забоя сжатым воздухом или газом. При высокооборотном алмазном бурении скважин для промывки применяют слабые растворы эмульсий, способствующие снижению сил трения колонны бурильных труб о стенки скважины и уменьшающие вибрацию бурильной колонны, часто возникающую при высоких частотах вращения. После того как колонковая труба наполнится керном, приступают к подъему инструмента на поверхность.