Ссылка для цитирования: Заливин В.Г. Применение пен и пенопластов для повышения крепи скважин // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2022. – Т. 333. – № 4. – С. 105-114.

Повышение крепи скважины – это создание искусственной перемычки в околоствольном пространстве скважины, заполняющей пустоты в горных породах (поры, трещины, каверны), скрепляющей структуры слабосвязанных пород и тем самым способствующей закупорке каналов ухода бурового раствора в пласт и предотвращающей осыпи и обвалы неустойчивых горных пород. Рассмотрены композиционные материалы отверждаемых тампонажных пен, технология и условия их применения. В предлагаемой технологии предполагается осуществлять бурение на пенах и в осложненных интервалах горных пород переводить их в твердое состояние (пенопласты), тем самым закупоривая каналы ухода бурового раствора. Актуальность. Развитие отечественной геологоразведочной отрасли делает весьма актуальным разработку научных подходов к составам буровых растворов, позволяющих осуществлять цикл бурения с высокой механической скоростью и одновременным тампонированием зон поглощений в зонах пониженного пластового давления. С этих позиций применение газожидкостных смесей в качестве очистного агента и тампонажного материала наиболее актуально. Потери бурового раствора в скважине происходят из-за превышения забойного давления над пластовым. Интенсивность поглощения определяется наличием открытой пористости горных пород, интенсивной трещиноватостью и каверзностью. Разработка технологий для повышения целостности стенок скважины и околоствольного пространства, позволяющих осуществлять процесс бурения на пенах и в осложненных интервалах горных пород переводить их в твердое состояние, при этом существенно повышая крепь скважины, – задача весьма значимая. Цель: показать эффективность применения пен и пенопластов в цикле строительства скважин при бурении по многолетнемерзлым породам, в зонах потерь циркуляции, в неустойчивых и слабосцементированных породах (глина, пески, ил, мягкие глинистые сланцы). Отверждаемые пены с регулируемыми сроками схватывания позволяют усилить адгезию и прочность тампонажного камня, создать непроницаемый барьер при ликвидации потерь бурового раствора. Методы. Для решения поставленных задач была использована методика, включающая обзор литературных и патентных информационных источников, их научный анализ; эмпирические исследования функциональных свойств газожидкостных смесей; лабораторные и стендовые испытания; апробация полученных зависимостей в производственных условиях. В исследовании применены: пены и пенопласты на основе карбамидных смол и катализаторов отверждения и их составы, способы доставки в зону осложнения под избыточным давлением при одновременном снижении энергоемкости процесса нагнетания. Результаты. Применяется технология бурения на составах пен (любой кратности) и перевод пен в случае вскрытия поглощающего горизонта в пенопласт, что позволит без прекращения процесса бурения безаварийно пройти осложняющий горизонт. Разработан и рекомендован композиционный состав отверждаемой смеси со сроками полимерезации: 12–22 мин и s через 24 час – 100 кг/см², состав повышенной гидрофобности и прочности карбамидного пенопласта с модификацией кубовым остатком антиокислителя ФЧ-16 ТУ 3830257-76. Рекомендована технология тампонирования зон осложнений с учетом прироста температуры от адиабатического сжатия воздушной фазы при давлении нагнетания и продавливания. Выводы. Разработанные составы пенопластов на основе карбамидных смол отвечают основным требованиям, предъявляемым к тампонирующим смесям.