1598005528-5a29f77d2a9bb899a883b13e75ca9e01 (811229), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Пементирование затрубного пространства обсадных колонн диаметром 273 и 194 мм, проведенное в апреле 1970 г., оказалось неудачным в первом случае из-за искривления колонны, а во втором — из-за преждевременного затвердевания бурового раствора.. На фиг. 2.10 и 2.11 приведены все данные, использованные при проектировании такой скважины общей глубиной 7000 м.
Отметим, что целью было достижение на полной глубине скважины диаметра 160 мм и возможности установки обсадных труб диаметром 127 мм. Температуры на глубине б-7 км составляли 218-23в-С, т.е. были не очень высокими. Следовательно, как указывалось выше, основными проблемами при бурении этой скважины были трудности цементирования„ неисправности обсадки и аномально высокие давления. Итак, как показывают приведенные примеры, основным подходом к глубокому бурению в осадочных породах является использование стандартных методов бурения. Однако установка колонн обсадных труб, очень высокие давления и температуры и их влияние на элементы всей системы на больших глубинах создают серьезные проблемы.
Существуют и другие методы создания глубоких выработок большого диаметра, не сужающихся с глубиной. Эти методы включают бурение скважин большого диаметра, как это делается при бурении вулканических пород на полигоне Комиссии по атомной энергии США в шт.
Невада, а также бурение обычных скважин с помощью управляемых человеком или полуавтоматических, или полностью автоматизированных систем. Эти методы разрабатываются и представляются перспективными для создания глубоких скважин. Но для этого требуются значительные расходы. НАПРАВЛЕНИЯ ДАЛЬНЕЙШИХ ИССЛЕДОВАНИЙ Извлечение геотермальной энергии можно проводить различными способами: путем бурения множества неглубоких скважин или нескольких глубоких скважин большого диаметра в вулканических (изверженным) породах. Выбор должен определяться зкономическими соображениями. Так как глубокое бурение начало развиваться прежде всего для разведки нефти и газа, то естественно, что при этом не могли быть учтены особенности бурения в породах вулканического происхождения.
1 яв 22 вхвовооопоиао вытооаы ввровото довидуы,отто Фи г. 2д о. График работ при сооружении скважины Уаген-уипп 1в 1 бат. Вай- сминг) [11. 1 — расчетное пороапе даапенне; 2 — расчетная ппстнссть бурового раство- ра, Э вЂ” расчетное даапение, выживающее гидрсразрыв. Соответствующие проблемы были рассмотрены в работе [31. На основании этих и ряда других рассмотрений можно заключить, что бурение глубоких скважин для извлечения геотермальной энергии в основном должно быть сконцентрировано в породах вулканического происхождения. Эту точку зрения поддерживают сотрудники Лос-Ала- однменс Тип Ф'Яи оценки чф Ек>рнации е ц и мин дср>атиса дбсадла иа- Гну- мвля Еи ла м м нилин длс,лглн й и% 1,1 71Л, и ромер Лрлате лб тав Лески и ь>Вас асанам рллдипыи нарви>емли циртдаацли туг орлт Л>атон Лесли и авпмст павам цмтимнин бор В ,юпинли Ейлмлн лмсми Пивтмт стла ппюилн ло ггд, луп ромер ггд лего Лилцквд ~дг >,лу мац сера>й лерекмЪю олм да клима рллеон Рол- днрилес /йтвтао сонм даве дота>лого виллем>а бикон- Ридм ПЗ, а ривар, ромео нв с, ЛВ7 г,тт 1,ве Лола дспмелтлба дал1>всод пв, луппи йдср, Рдг дд,дгР ' т8>мр>>лмр олв леподест>ниа давлении алоаи тс7 7йШ г,д гтв-глг'с пп лолеинтй клубике ел дамиан 8 злл >лев> Ф и г.
2.11. предложенный план сооружения скважины учтен-уилл >в 2 в графстве Саблвтт >шт. Вайоминг) >1>. Сукне геотврллопьные месторождения 113 мосской научно-исследовательской лаборатории, которые проводят геотермические исследования на гранитных породах и планируют достигнуть глубины 4,5 км. Технологические трудности и ограничения СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ Глу>й>яа. Одно из ограничений по глубине скважин при их бурении обычными методами связано с длиной колонны буровых труб, поднимаемых и вновь опускаемых при смене буровых головок. Известно, что эта длина может превышать 9 км, а при благоприятных геологических условиях достигать 15 км.
Однако эффективность работы труб резко понижается с увеличением глубины, приводя к экспоненциальному росту стоимости бурения. Темперапура. Все бурильные операции в настоящее время ограничены температурой 315сС, так как при приближении к этой температуре буровые и цементные растворы становятся неустойчивыми, а измерительная аппаратура быстро выходит из строя и дает искаженные показания. В некоторых случаях бь>ли достигнуты температуры до 370ОС. Двамевр скоажань>. Диаметр скважин при бурении обычно невелик, но он должен быть достаточным для установки колонн обсадных труб, способных выдержать высокое паровое и пластовое давления.
Чем глубже скважина, тем более разнообразны литологические показатели по ее длине, тем больше существует различных зон давления и тем больший диаметр скважины требуется в начале бурения. Способность стенок скважины противостоять сдавливающему действию статического давления зависит от отношения диаметра обсадных труб к толщине их стенок, а также от качества стали, из которой они изготовлены (фиг. 2.5). Чтобы избежать смятия в зонах высокого давления в породах различного типа, может потребоваться несколько колонн толстостенных обсадных труб. Но это может привести к тому, что диаметр на забое скважины может уменьшиться до нуля.
Если скважина заполнена относительно тяжелым буровым раствором, то он может легко уравновесить паровое и пластовое давления. Но при замене тяжелого бурового раствора водой или газами давление может стать угрожающим. Например, ни одна из обычно применяемых обсадных труб в случае, если она не заполнена раствором, не может выдержать паровое давление, равное 138 МПа. Исключение составляет высококачественная сталь У-150 при отноше« 114 Гпвев 2 Сухие геотермвльиые месторождении 115 нии диаметра к толщине стенки, равном 13.
Для более распространенной стали Р-110 потребуется величина этого отношения, равная - 9 (фиг. 2.5), но таких соотношений обычно нельзя получить. (Фирма "Юнайтед стейтс стил", например, продает трубы из стали марки Р-ПО с отношением диаметра к толщине стенки 20: 13 при наружных диаметрах (114 — 340 мм.) Так как на глубинах 15 км для скважин в осадочных породах следует ожидать давлений до 344 МПа, то требования большого диаметра скважины„ необходимости удаления из нее бурового раствора и обеспечения сопротивления смятию вступают в противоречие друг с другом, создавая основную проблему в выборе подходящего диаметра скважин. Давлеиие.
Аиалогичио тому, как температура и геотермический градиент ограничивает глубину скважины, так и давление сказывается на ее диаметре. Высокие давления при современном уровне технологии способны выдержать лишь обсадные трубы малого диаметра ( 110 мм). Разрез одной из таких скважин показан, например, на фиг.
2.6. На глубинах 3 — 4,9 км поровые и пластовые давления возрастают с глубиной, в связи с чем требуется установка нескольких колонн обсадных труб, соединенных замками. На глубинах 4,9 — 7,3 км высокие давления практически не изменяются. На таких глубинах проходка скважины может происходить при использовании тяжелого бурового раствора с плотностью 2,16 кг/л, чтобы противостоять высоким давлениям. Ниже 7,3 км поровые пластовые давления понижаются до величины, эквивалентной удельному весу бурового раствора 1,56 кг/л.
Здесь бурение может проводиться обычными способами. Считаются, что аномально высокие давления встречаются почти всегда при бурении в осадочных породах. Такие давления приводят к ограничению диаметра скважин при роторном бурении и заставляют принимать спепиальные меры предосторожности. Методы защиты от высоких давлений в скважинах большого диаметра и при выемко грунта только начинают разрабатываться. В частности, исследуются строительные пластмассы с повышенными механическими свойствами.
Кроме того„ поскольку полагают, что высокие пластовые давления существуют лишь в осадочных породах, продолжается исследование бурения в вулканических породах, Вид вороды . Высокое пластовое давление а осадочных формашгях в настоягцее время порождает технологические трудности. До тех пор пока не будут разработаны методы сопротивления давлени1о в газоиаполненных скважинах, глубокое бурение или выемка грунта будут приурочены к изверженным породам. Геологосжрукаурные барьеры. В изверженных породах основные осложнения на любой глубине связаны с трещиноватостью и раздробленностью пород. Практически невозможно встретить монолитный массив гранита мощностью до 15 км.
Тем не менее вода, движущаяся в трещинах таких систем под действием конвекции, представляет собой выгодный источник геотермальной энергии при ее извлечении через глубокую скважину, хотя ее присутствие и усложняет проведение бурения. Экономические барьера. При любом процессе выемки грунта именно назначение данного сооружения определяет допустимые затраты. Например, затраты на сооружение геотермальной скважины не должны быть очень высокими, поскольку при этом стоимость получаемой электроэнергии будет также слишком высокой. Однако при многоцелевом назначении сооружения, например для исследования и разработки методов бурения, для систем связи и для удовлетворения специальных военных нужд, можно привлечь дополнительные средства на это сооружение.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
