pdf.php@id=6169

Затем закачивают воду через рабочую трубу и ниппель в кольце­ вое пространство, используя один или два насоса.

Динамический уровень замеряют поплавком, вводимым при по­ мощи лебедки Яковлева в бурильные трубы.

Если после цементирования забоя циркуляция не восстанавли­ вается, эффективность применяемых мер в дальнейшем может быть повышена только после уменьшения полученного для величины К значения.

Приведенная классификация зон поглощения циркулирующей жидкости может способствовать упорядочению мер, применяемых для изоляции этих зон, и приводить к огромной экономии времени и материалов.

Эта классификация, а также предложенные методы по борьбе с уходами раствора были применены в РНР.

Для бурения в меловых и юрских отложениях приняты три ме­ тода:

1 ) бурение с промывкой резервным глинистым раствором или глинистым раствором, приготовленным из глинистого порошка, до

твора; 3) бурение с промывкой водой попеременно с бурением на вяз­

ком глинистом растворе при условии, если каверны находятся зна­ чительно выше забоя и энергии восходящего потока недостаточно для выноса шлама.

Специальные методы

Как было показано выше, основная трудность бурения в погло­ щающих формациях заключается в выносе шлама на поверхность или в каверны (шлам, получающийся механическим путем при ра­ боте долота и не гидратирующийся).

Преимущество турбинного способа бурения, помимо высоких механических скоростей, заключается в том, что большой расход циркуляционной жидкости увеличивает скорость восходящего по­ тока (воды или глинистого раствора) в кольцевом пространстве.

Шлам, получаемый при разбуривании доломитизированного из­ вестняка, не имеет коллоидального характера, не создает явлений агломерации частиц за счет флокуляции и прилипания шлама к ко­ лонне бурильных труб или же колонны труб к стенкам скважины даже в том случае, если шлам раздроблен до коллоидного состояния частиц (1 0 — 2 0 0 0 мк).

Эта особенность составляет различие между разбуриванием пла­ стов известняка из глинистых сланцев третичных отложений по той причине, что глинистый шлам имеет коллоидальный характер и способствует прилипанию инструмента.

Если принять в дальнейшем, что на стенках ствола скважины при бурении в твердых известняках невозможно формирование гли­ нистой корки вследствие отсутствия проницаемости, а сохраняется

141

скважины, бурильных трубах или вводимых непосредственно на устье скважины.

Основным параметром, требующим вычисления, является вели­ чина гидростатического эффективного давления в месте ухода про­ мывочной жидкости, связанная с разностью плотностей жидкости, находящейся в стволе скважины и закачиваемой с поверхности для прекращения поглощения, местоположением насосов, закачи­ вающих выбранную жидкость для прекращения ухо­ дов в зону поглощения.

Практика показывает, что во многих специаль­ ных работах по борьбе с уходом циркуляции буро­

(1,2) привела к увеличению коэффициента погло­ щения. Более плотная цементная паста по сравне­ нию с глинистым раствором увлекла последний так, что замеры показали огромное падение динамиче­ ского уровня.

Статический уровень был равен 30 м, а динами­ ческий — 80 м.

Промысловые исследования показали в дальней­ шем, что наиболее удачные,, результаты по цементи­ рованию с различными смесями получались в том случае, когда цементная паста или другая смесь закачивалась выше места ухода бурового раствора.

3.МЕТОДЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ПРЕКРАЩЕНИЯ УХОДОВ РАСТВОРА

ВПРОНИЦАЕМЫЕ ПЛАСТЫ (ПЕСКИ)

1.Уменьшение количества прокачиваемой жидкости в результате замедления работы насосов не снижает пропорционально давление циркуляции и скорость течения в кольцевом пространстве. Для сни­ жения необходимо одновременно уменьшить предел текучести гли­

нистого раствора путем механической (уменьшение твердой фазы в единице объема) или химической обработки, контролируемой на скважине по уменьшению условной вязкости по СПВ, даже при при­ менении утяжеленного глинистого раствора.

2.Введение в зону поглощения материалов, блокирующих поры: чешуйки слюды, чешуйки целлофана, соломы и т. д.

3.Закачка веществ, взаимодействующих с пластовыми жидко­ стями (известняка, цемента).

143

4.Осаждение из раствора некоторых веществ в проницаемом пласте путем последовательной их закачки (например, нафтеиата натрия п хлористого кальция).

5.Закачка в пласт некоторых устойчивых эмульсий. Например,

эмульсия асфальта в воде, фильтруясь через пористую среду, бло­ кирует асфальтом поры. При нагнетании в пласт эмульсии с пей закачивается и деэмульгатор.

6 . Смесь солярки с загустителями; солярка является средством транспортировки бентонитового материала до зоны поглоще­ ния, где вода или глинистый раствор немедленно отделяют со­ лярку, а выделившийся гель образует консистентную и липкую пасту.

7. Смесь солярки и геля может перекачиваться до соотношения 45% солярки в объеме и 55% оседающего геля в весовых единицах при условии, если во время закачки пакет жидкости будет полностью отделен от контакта с водой или глинистым раствором.

4.МЕТОДЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ПРЕКРАЩЕНИЯ УХОДОВ РАСТВОРА

ВТРЕЩИНОВАТЫЕ ИЛИ КАВЕРНОЗНЫЕ ПОРОДЫ

1 . Цементирование (гель + цемент, канифоль).

2 . Введение в ствол скважины текстильных волокнистых ма­ териалов с последующим цементированием.

3.Закачка песка с водой; песок оседает в каверне; затем нагне­ тают воду с волокнистым материалом и последующим цементиро­ ванием.

4.Забрасывание в ствол гальки, камней, деревянных брусков волокнистых материалов, после чего закачивают смесь геля с соляр­ кой с последующим цементированием.

5.Цементирование при помощи быстро схватывающихся цемен­

тов с добавкой силиката натрия и т. д.

6 . Методы, комбинированные из всех выше названных.

7. Торпедирование для заваливания и блокирования зон погло­ щения.

В табл. 19 даны количества материалов, используемых для прек­ ращения уходов глинистого раствора на одной из скважин,

жидкостями другими методами, например бурение продувкой забоя газом.

В специальной литературе упоминается еще одна возможность исследования ствола скважины, а именно, с помощью глубинного телевизора. В настоящее время с помощью этого прибора можно создать на поверхности представление о состоянии стенок ствола скважины.

144

Таблица 19

Количество материалов, которые были использованы для прекращения уходов г л и н и с т о го раствора на одной из скважии

10 Запав 888-

Ч А С Т Ь Т Р Е Т Ь Я

А В А Р И И НА ЗАБОЕ

Г л а в а I

БУРИЛЬНЫЕ ТРУБЫ

I. ОСНОВНЫЕ,ПОЛОЖЕНИЯ

На рис. 48 показана схематически конструкция бурильной трубы. Собственно бурильная труба изготовляется не одинако­ вой толщины, так как концы ее утолщены за счет высаживания ма­ териала. На концах бурильной трубы имеется резьба (8 ниток на 1")

разрывы труд

Рис. 48. Конструкция и возможные аварии с бурильными трубами.

садка); б — специальная муфта; 0 — нормальная резьба; 7 — нор­

мальная резьба.

и навинчены специальная муфта или соответственно специальный ниппель.

На этом же рисунке показаны места возможных поломок буриль­ ных труб, а в табл. 20 причины, которые их вызывают. Дефекты,

различных трестах в течение года и показывающие, как часто про­ исходят аварии с бурильными трубами для каждой категории аварии.

Поломки бурильных труб следует отнести в большей своей части за счет явления усталости соответствующего материала.

Объяснить это явление можно следующими причинами.

146

П р и м е ч а н и е . В первый пункт включается и срезание резьбы.

Число переменных изгибов, при которых происходит поломка стандартной балки, зависит от интенсивности напряжений, возни-

Число переменных нагрузок

Рис. 49. Диаграмма Велера для изгибающих напряжений.

кающих в наиболее нагруженном сечении. Из рис. 49 виднр, что при напряжениях меньше 14 кГ/мм2 разрыва не происходит, сколько бы раз не прилагалась нагрузка. С увеличением напряжений разрыв происходит при меньшем числе циклов, а при превышении предела упругости поломка происходит почти мгновенно.

Критический предел, т. е. минимальное сопротивление, при ко­ тором не происходит разрыва, зависит от свойств материала (сопро­ тивления стали).

Колонна бурильных труб в процессе бурения подвергается раз­ нообразным и переменным нагрузкам.

Изгиб бурильных труб проявляется в состоянии сжатия. На рис. 50 представлен общий случай, возникающий в нижней части колонны бурильных труб в процессе бурения. При вращении последних вокруг собственной геометриче­ ской оси каждая точка плоскости сечения переходов (последняя нитка резьбы или начало утолщения) попе­

режущего типа в отличие от шарошечных долот, кото­ рые воздействуют на забой равномерно и не поро­ ждают ударов в колонне бурильных труб.

Осевые нагрузки сопровождаются вибрациями, воз­ никающими при работе долота на забое. Происхожде­ ние их связано с неравномерностью поверхности забоя скважины вследствие большого наклона пластов, а также изменения твердости или даже ритмичной ра­ боты зубьев шарошечных долот.

Интенсивность вибраций находится в прямой связи с твердостью разбуриваемых долотом пород; амплитуда колебаний может достигнуть больших значений вплоть до появления резонанса.

Вследствие большой упругости колонны бурильных труб ее можно сравнить с длинной рессорой. При возбуждении рессора приобретает колебательное движение и бла­ годаря большой длине ее происходят сдвиги между движениями противоположных концов. Так, например, в то время как нижний конец колонны поднимается, верхняя часть ее опускается и наоборот. В специальной литературе явления усталости металла рассма­ триваются с точки зрения периодического и ритмичного изгибания. Очевидно, также нельзя пренебрегать усталостью материала, воз­ никшей под влиянием вибраций, тем более, что это является преобла­ дающим фактором в определенных условиях (бурение в твердых по­ родах; прямые и вертикальные стволы; применение глинистого рас­

твора малой вязкости; стволы большого диаметра).

Отсюда можно сделать вывод, что искривление ствола скважины, т. е. трение бурильных труб о стенки скважины и высокая вязкость глинистого раствора, способствует амортизации вибраций.

148

Практика показывает, что аварии бурильных труб вследствие усталости происходят вблизи утяжеленных бурильных труб даже в том случае, когда были приняты все меры, чтобы соответствующий интервал бурильных труб работал на растяжение.

При изучении причин поломок бурильных труб установили наличие парадокса. Несмотря на то, что колонна бурильных труб находится в растянутом состоянии, непосредственно над утяжелен­ ными бурильными трубами, появляется износ бурильных замков, специфичный для работы в сжатом состоянии (см. рис. 53, а). Это кажется на первый взгляд необъяснимым.

Обычно для обеспечения растяжения в бурильных трубах нагрузка на долото осу­ ществляется практически 75% от веса утя­ желенных бурильных труб. Однако приво­ димый пример показывает, что это правило обычно не соблюдается.

Пример. Шарошечное долото 298 жи; утя­ желенные 65 8" бурильные трубы (q = 203 кг);

ных труб 19%; нагрузка на долото 12 т; длина утяжеленных бурильных труб в рас­ тянутом состоянии 20 м.

Вследствие неравномерной поверхности забоя долото вынуждено перемещаться вверх и вниз одновременно с вращением.

Такой случай может встретиться неожиданно при наличии круто­ падающих пластов с различной твердостью.

На рис. 51 показан прослой D повышенной твердости, который оказывает долоту повышенное сопротивление во время его работы.

Шарошки долота, легко проникая в более мягкие породы, по­ рождают выступы на забое, по которым долото прыгает во время работы.

При каждом подъеме долота на высоту R сечение нулевых усилий (нейтральное) в утяжеленных бурильных трубах будет подниматься

в кг; Р 2 — вес 1 м бурильных труб в кг; 1\ — длина утяжеленного низа в м; h — длина бурильных труб в м.

длина бурильных труб в сжатом состоянии h = 324 .и;

149

высота нейтрального сечения по отношению к забою равна

404 ж.

Для сохранения нейтрального сечения в интервале, представлен­ ном утяжеленными бурильными трубами, необходима другая длина L.

Прибавив запас 25%, получаем Li — 190 м. Обычный метод расчета утяжеленных бурильных

труб не учитывает нижней части сжатых бурильных труб. Их сжатие распространяется в виде повторных импульсов, в результате чего бурильные трубы воз­ действуют на стенки ствола скважины в виде «уда­ ров бича».

Усталость материала происходит от действия пере­ менных, периодических и комплексных усилий, эффект которых проявляется в месте изменения сечения. Чем больше это изменение, тем больше интенсивность усталости.

Из рис. 52 видно, что сечение А А меньше подвер­ жено опасности разрыва по сравнению с сечением ВВ .

Так, например, на вопрос: какие бурильные трубы более устойчивы на усталость (с высаженными внутрь концами или с высаженными наружу концами), сле­ дует ответ: наружное утолщение порождает большее изменение сечения, а следовательно, меньшую устой­ чивость против усталости металла.

Процесс усталости материала начинается с кри­ сталлизации. Форма кристаллов неоднородна. Перво­ начально существуют между поверхностями раздела пустоты; эти пустоты удаляются из металла ковкой или горячей прокаткой, вследствие чего улучшаются свой-

ства стали. Под влиянием приложенных переменных нагрузок форма кристаллов не меняется, но на поверхностях раздела снова появляются пустоты благодаря взаимному скольжению или пере­ мещению. Пустоты представляют собой микротрещины, которые раз­ виваются в трубах в процессе бурения. Перед тем, как стать замет­ ными простым глазом, они заполняются водой, порождающей силь­ ное коррозийное действие. Все исследователи согласны, приписывая последней усугубляющий характер разрушения металла труб.

2. СРЕЗАНИЕ ИЛИ РАЗРЫВ НИППЕЛЯ БУРОВОГО ЗАМКА

Причиной этого является усталостный износ металла. Нормаль­ ная муфта бурильного замка удлиняется, если она изношена с внеш­ ней стороны, вследствие абразивности, и плоскость максимальных усилий (последний нагруженный виток резьбы) перемещается, к концу ниппеля.

150