Расширяющийся мир бурения с обратной циркуляцией

 

 

 

Расширяющийся мир бурения с обратной циркуляцией

 

 

Экологически чистый процесс идеально подходит для скважин большого диаметра в различных пластах.

 

 

 

Бурение с обратной циркуляцией – это метод бурения, который продолжает развиваться и приносит реальную пользу водным ресурсам и за его пределами.

 

Гибрид бурения с обратной циркуляцией с двумя трубами - это реверс с двойной трубой и обводнением, часто называемый DTFR. Это экологически чистый, неинвазивный процесс бурения, который сохраняет чувствительную экологию как над землей, так и под поверхностью.

 

DTFR использует комбинацию природной пластовой воды, добавленной чистой воды и сжатого воздуха для мобилизации бурового шлама, что позволяет продвигать скважины большого диаметра в пластах, начиная от рыхлых геологических пород и заканчивая среднетвердыми и трещиноватыми породами.

Буровая штанга с двойной трубкой диаметром 85/8 дюйма. Соединения внутренней и внешней трубы выполняются одновременно.

 

 

Это достигается благодаря уникальной способности DTFR оказывать стабилизирующее воздействие на скважину посредством столба жидкости путем мягкого оказания гидравлического давления на стенку скважины.

 

В DTFR используется трехшарошечное долото, оснащенное закрепительной втулкой, предназначенной для приема шлама, который проходит от торца долота через внутреннюю часть трехшарошечного долота и направляется во внутреннюю трубку буровой штанги RC.

 

Этот гибридный метод завоевал популярность в буровых сообществах по всей стране у подрядчиков на Западном побережье, в пустынях Юго-Запада, на равнинах Среднего Запада, в южных районах Флориды и на островах Гавайев. Он также получил признание на международном уровне в Канаде, Австралии и Латинской Америке.

 

 

Приложения DTFR обычно характеризуются как проекты, связанные с бурением скважин с водными ресурсами большого диаметра в осадочной и/или метаморфической геологии с глубиной обычно от 500 до 3000 футов, где охрана окружающей среды имеет важное значение.

 

 

 

 

Диаграмма A. Вид поверхности двухтрубной системы обратного затопления с затоплением.

 

 

 

Приложения

 

DTFR также используется в горнодобывающей промышленности, например, в водоотливных скважинах, строительстве вентиляционных шахт, пастбищных скважин, а также нагнетательных и отводящих скважин. В гражданском строительстве компания приобрела известность благодаря своей способности производить бурение фундаментов большого диаметра в экологически чувствительных городских районах.

 

Его много раз использовали в проектах на набережной, где контроль загрязнения является первоочередной задачей. Обратная циркуляция большого диаметра также зарекомендовала себя в качестве возможности установки кондукторной колонны для нефтяных/газовых и геотермальных скважин, одновременно защищая прилегающие питьевые водоносные горизонты.

 

Недавнее появление DTFR в проектах по добыче воды большого диаметра является результатом деятельности пионеров отрасли и их успеха в применении этой технологии. Его уникальные преимущества постепенно распространяются и все чаще используются в буровом сообществе и предлагаются в качестве опции их клиентам.

 

 

 

 

 

 

Диаграмма B. Движение воздуха, шлама и жидкости при обратном бурении с двухтрубным затоплением.

 

 

 

 

Как это работает

См. диаграммы A, B и C. Скважина постоянно заполняется буровым раствором, и между стенкой скважины и внешней стороной двухтрубной буровой штанги создается и поддерживается столб жидкости.

 

Затем сжатый воздух подается в скважину через кольцевое пространство двухтрубной буровой штанги RC (воздух течет в скважину между внутренней частью внешней трубы и внешней частью внутренней трубы).

 

Поток воздуха по мере приближения к нижней части бурильной колонны перенаправляется вверх по стволу скважины внутрь внутренней трубы. Компонент бурильной колонны, отвечающий за перенаправление воздушного потока во внутреннюю трубу вверх по стволу скважины, называется «переходником воздушного инжектора». Его задача состоит в том, чтобы выпустить сжатый воздух во внутреннюю трубку, где он расширяется и тем самым создает динамический восходящий поток, следующий по пути наименьшего сопротивления, который затем переносит суспензию, состоящую из воздуха, бурового раствора и бурового шлама, вверх по скважине на поверхность.

 

Иногда также используются всасывающие насосы для дальнейшего продвижения восходящего потока суспензии бурового раствора.

 

 

Достигнув поверхности, суспензия поступает в циклон, где жидкость и шлам разделяются с помощью собственного веса шлама в сочетании с центробежной силой для разделения. После разделения шлам можно просмотреть и получить к нему доступ. Далее буровой раствор, выходящий из циклона, поступает в вибросит, где он очищается путем удаления оставшихся твердых частиц.

 

Вибросит удаляет твердые частицы и очищает буровой раствор с помощью вибрационной платформы, в которой используется комбинация сит, силы тяжести и энергии вибрации. Очистка бурового раствора является жизненно важным этапом в работе DTFR, поскольку слишком большое количество твердых частиц, содержащихся в буровом растворе, может в конечном итоге затруднить надлежащую очистку долота и скважины и в конечном итоге привести к застреванию бурильной колонны.

 

После очистки буровой раствор затем возвращается в резервуар для жидкости и, в конечном итоге, обратно в верхнюю часть скважины по мере необходимости. Рециркуляция и очистка бурового раствора представляют собой непрерывный цикл, который продолжается на протяжении всего процесса бурения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схема C. Компоновка низа бурильной колонны, используемая при обратном бурении с двойной трубой с обводнением. См. изображение открывателя отверстия на следующей странице.

 

 

 

Преимущества DTFR

 

DTFR полностью соответствует основным требованиям, необходимым для строительства муниципальных и коммерческих скважин большого диаметра во многих регионах страны. DTFR также безопасен для окружающей среды, позволяя контролировать выбросы шлама и бурового раствора, тем самым сводя к минимуму стоки и загрязнение площадки.

 

Пласты, которые могут помешать использованию роторного бурения с воздухом или буровым раствором с поглощением циркуляции, можно эффективно бурить с помощью DTFR. Скважинная жидкость, связанная с DTFR, движется медленно, поэтому она не разрушает стенку скважины, а скорее защищает и сохраняет скважину, оказывая мягкое и равномерное гидравлическое давление на ее стенку.

 

Это обеспечивает стабильность и позволяет продвигать скважины большого диаметра в рыхлых и/или осадочных пластах, что в противном случае было бы проблематично при использовании традиционных методов бурения.

 

DTFR в большинстве случаев не требует использования бурового раствора или добавок и представляет собой неинвазивный метод бурения с использованием как воздуха с низким фунтом на квадратный дюйм, так и бурового раствора с низким расходом.

 

Пласт остается открытым, не загерметизированным и не забитым добавками бурового раствора, что немаловажно, поскольку позволяет не только ускорить освоение скважины, но и во много раз повысить качество скважины и ее добычи.

 

Пробы DTFR можно считать более точными, чем вращающиеся пробы воздуха или бурового раствора, поскольку они не соприкасаются со стенками скважины, которые могут загрязнить пробу. Проба DTFR перемещается непосредственно из торца долота вверх по скважине, надежно удерживаясь внутри внутренней трубы, в зону сбора.

 

Образец также чистый, без бентонитового покрытия. Выбуренная порода мгновенно выявляет текущий пробуренный пласт. Чистый образец позволяет легко идентифицировать и охарактеризовать литологию, помогая оптимально разместить фильтр скважины.

 

Требуется только воздух низкого давления; поэтому воя воздушных компрессоров и буровых установок на полном газу нет. Скорее, это место относительно тихое, что сводит к минимуму беспокойство населенных пунктов и дикой природы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Открыватели скважин обычно используются в качестве компонента КНБК для увеличения диаметра скважины. Открыватель скважины может следовать за ранее пробуренным пилотным отверстием меньшего диаметра - метод, используемый для обеспечения вертикального растачивания до того, как будет завершено окончательное отверстие большего диаметра. В качестве альтернативы, при правильной геологии, раскройное устройство можно разместить близко к поверхности и достичь желаемого диаметра скважины за один проход.

 

 

 

 

 

Ограничения DTFR

 

Для начала подготовки оборудования для DTFR требуются значительные инвестиции: подходящая буровая установка, внутрискважинные инструменты, вибросита и компрессор. А экономичность, связанная с методом DTFR, начинает по-настоящему окупаться только тогда, когда размер скважины составляет 20 дюймов в диаметре или больше. Неглубокие скважины меньшего диаметра с большей вероятностью будут буриться с использованием традиционных методов пневмо- и бурового роторного бурения, тросового инструмента или шнекового бурения. Большинство проектов DTFR имеют как минимум среднюю глубину скважин и обычно составляют от 500 до 3000 футов.

 

 

Инструменты с двойной трубкой относительно тяжелые; поэтому буровая установка должна иметь достаточную грузоподъемность на крюке (подъем и опускание). Могут быть ограничения по глубине, но если у вас достаточно большая буровая установка, DTFR успешно используется на глубинах более 10 000 футов.

 

Хотя площадка для бурения может быть относительно небольшой, ее площадь все же составляет минимум около 125 квадратных футов, что больше, чем требуют некоторые другие методы бурения. DTFR также требует хорошего источника больших объемов чистой воды поблизости.

 

ДТФР менее эффективен в однородных сверхтвердых магматических образованиях; Скорость проникновения является лучшей в зернистых пластах. Сверхбольшие булыжники могут стать проблемой, если они настолько велики, что не могут пройти через внутреннюю трубку RC. DTFR также не подходит для обширного бурения липкой глины, ила и других ультрамелкозернистых пород.

 

Наконец, для этого требуется опытный оператор, обладающий знаниями в использовании этой техники бурения.

 

 

 

Голоса с полей

Ниже приведены комментарии опытных буровых подрядчиков DTFR со всей страны.

 

Gingerich Well and Pump Service LLC в Калоне, Айова

 

Клинт Джинджерич и его брат Корвин являются совладельцами Gingerich Well and Pump Service, семейного бизнеса, основанного в 1956 году. Участие Джинджерича в двойном роторном бурении началось в 2007 году, когда Клинт принял решение использовать метод, основанный на его способность обеспечивать сдерживание буровых растворов и эффективную очистку скважин большого диаметра. Компания Gingerich в основном применяет DTFR в проектах строительства муниципальных и коммерческих скважин.

 

 

Компания Gingerich Well and Pump использует DTFR в твердых известняковых и осадочных породах в Айове и соседних штатах. Клинт говорит, что диаметры растачивания 20 дюймов и больше хорошо подходят для DTFR. Его бригады используют специальную бурильную колонну RC с внешним диаметром 8⅝ дюймов × внутренним диаметром 5 дюймов. Компания Klint выбрала этот размер инструментов, поскольку внутренний диаметр внутренней трубы диаметром 5 дюймов соответствует 5-дюймовому сквозному отверстию в верхней головке буровой установки. Таким образом, при обычных размерах он максимизирует поток жидкости, которого можно достичь с помощью своего оборудования.

 

Поток жидкости является ключевым фактором при бурении скважин большого диаметра, поскольку он напрямую влияет на очистку скважины, долота и общую производительность при продвижении скважины. При бурении скважины диаметром от 20 до 40 дюймов образуется чрезвычайно большой объем шлама, и чем больший объем потока может быть достигнут, тем эффективнее удаление шлама из скважины.

 

Клинт упоминает, что у DTFR есть ограничения. Он говорит, что затраты на подготовку к бурению большого диаметра требуют значительных инвестиций, таких как соответствующая буровая установка, внутрискважинные инструменты и сопутствующее оборудование.

 

 

 

 

 

 

Диллон и Клинт Джинджерич из Gingerich Well and Pump Service LLC объединяются для завершения проекта строительства муниципальной скважины с использованием DTFR и Schramm TX 130.

 

 

 

 

Травковые компании в Уэйт-Парке, Миннесота

 

Дэвид Траут, MGWC, CVCLD, является вице-президентом Traut Companies и отметил, что затопление с обратным ходом является хорошим методом бурения водяных скважин большого диаметра в трещиноватых известняковых формациях, типичных для центральной Миннесоты.

 

Впервые он применил затопленный реверс в 1999 году и благодаря своему опыту превратил его в метод, который он использует для очистки муниципальных колодцев. Зоны поглощения циркуляции, которые вызывали проблемы при других методах бурения, больше не являются для него проблемой с DTFR.

 

Traut может эксплуатировать DTFR на относительно небольшой площади (площадь площадки 125 футов), включая буровую установку и вспомогательное оборудование, включая бак для бурового раствора емкостью 5000 галлонов, воздушный компрессор и оборудование для удаления твердых частиц.

 

 

 

 

 

 

Вибросит для удаления твердых частиц из бурового раствора.

 

 

 

Траут отмечает, что объем воздуха, необходимый для скважины DTFR, относительно невелик по сравнению с вращающимся воздухом. Он говорит, что приблизительный воздух составляет от 500 до 600 кубических футов в минуту при давлении от 150 до 350 фунтов на квадратный дюйм, причем это значение больше зависит от глубины отверстия.

 

Хотя Траут не используется так часто, как трехшарошечное долото, при обнаружении более твердых пород, он использует скважинный пневмоударник с отклоняющим устройством/пакером, расположенным над развязкой (переходником). Отклонитель/пакер представляет собой большой резиновый кольцевой уплотнитель, который окружает буровую штангу RC и частично прилегает к стенке скважины. Он ограничивает приток воды в скважину к пневмоударнику. Столб воды по-прежнему поддерживается над отклонителем/пакером для стабилизации ствола скважины.

 

 

Молот для Траута используется в доломитах и ​​гранитах. Режим забойного молотка требует гораздо больших объемов воздуха при более высоких давлениях. Бригады Траута обычно используют около 3000 кубических футов в минуту при давлении 325 фунтов на квадратный дюйм и выше, причем давление на фунт на квадратный дюйм является функцией, связанной с глубиной скважины.

 

 

 

 

 

 

Образцы получаются очень точными при обратном бурении с двойной трубкой с обводнением. Фото предоставлено компанией Traut.

 

 

 

Траут добавляет, что двухтрубная бурильная колонна также используется как обычная бурильная колонна. В начале бурения скважины первые 50–80 футов необходимо пробурить традиционным способом, поскольку процесс DTFR требует погружения, когда создается достаточный перепад давления на напоре, чтобы инициировать динамическое всасывание, необходимое для поддержания устойчивого восходящего потока. Многие бурильщики настраивают свои буры так, чтобы иметь возможность переходить от обычного бурения к DTFR. Если, например, встречаются толстые слои липкой глины, бурильщик может выбрать традиционное бурение.

возможно, это более быстрый способ пройти через глину перед возвращением в DTFR.

 

 

Муниципальный колодец и насос в Уопане, Висконсин

Мейсон Ренс — ведущий бурильщик в компании «Муниципальная скважина и насос», которая эксплуатирует две сдвоенные роторные буровые установки Foremost. Ренс говорит, что благодаря многолетнему опыту бурения водяных скважин большого диаметра его компания пришла к выводу, что DTFR является предпочтительным методом строительства скважин на основе множества факторов.

 

Во-первых, DTFR позволяет полностью контролировать сброс шлама на площадке, сводя тем самым к минимуму загрязнение. DTFR также является неинвазивным методом сверления. С точки зрения Ренса, оно не разрушает скважину, как воздушно-вращательное бурение, и сохраняет стабильность скважины даже в рыхлых пластах.

 

Для DTFR не требуются бентониты и добавки к буровым растворам, поэтому пласт не подвергается неестественной упаковке или герметизации. Таким образом, разработка скважин может быть более быстрой и полной, а качество и производительность скважин могут быть во много раз лучше, чем в скважинах, где используются жидкостные добавки.

 

Кроме того, Ренс утверждает, что точность отбора проб при использовании DTFR превосходит, поскольку шлам движется быстро и непосредственно от долота вверх по внутренней трубе к поверхности, не касаясь стенки скважины.

 

DTFR одновременно содержит и защищает образец шлама внутри внутренней трубы и быстро доставляет его непосредственно на поверхность для исследования, позволяя быстро и точно идентифицировать изменения пласта, что, по словам Ренса, является ключом к оптимальному расположению экрана.

 

Еще один аспект, который упоминает Ренс, — это снижение шума на площадке. Как буровая установка, так и компрессоры работают с пониженным уровнем активности по сравнению с пневматической роторной установкой, что в дополнение к функции безопасности означает меньший расход топлива.

 

При использовании DTFR одного компрессора на 350 фунтов на квадратный дюйм достаточно для бурения скважин большого диаметра. Резервные компрессоры и бустеры не требуются.

 

Ренс подчеркивает, что добыча с использованием DTFR исключительно хороша в осадочных пластах, распространенных в Висконсине и Иллинойсе. Он добавляет, что это особенно актуально для зернистых пород, таких как песчаники, пески и гравий.

 

 

Краткое содержание

DTFR в первую очередь отличился в рыхлых, осадочных или метаморфических разрушенных/трещинистых образованиях. Он создал прочную репутацию метода бурения с низким энергопотреблением, уникальным образом позволяющего продвигать скважины большого диаметра в рыхлой геологии, одновременно обеспечивая ключевые преимущества по сохранению окружающей среды.

 

 

По мере того, как мир бурения будет лучше знакомиться с DTFR, мы, вероятно, увидим продолжение инноваций в его применении в отрасли водных ресурсов и других областях.