pdf.php@id=6169

Необходимо остановиться также на факторе времени. Ствол скважины представляет собой малоустойчивую зону, на поверхность которой воздействует целый ряд физических явлений. Комплекс этих явлений приводит к значительным изменениям поверхности скважины во времени. Этим и объясняется выражение «старение скважины».

Фактическая величина параметров, входящих в приведенные формулы, иногда не соответствует в практике бурения необходимой величине, что приводит неизбежно к прихвату долота или даже самой колонны бурильных труб.

Причины возникновения подобных аварий являются следствием аномалий, возникающих при циркуляции промывочной жидкости. Ниже дается их описание.

2. СКВАЖИНА БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА

Может казаться противоречивым, что прихваты долота и всей колонны бурильных труб происходят чаще всего в скважине большого диаметра. Учитывая малую скорость течения глинистого раствора в кольцевом пространстве, а также отсутствие эффективного воз­ действия колонны бурильных труб на стенки скважины, можно считать, что это положение теоретически правильно. Такой вывод практически подтверждается при бурении в твердых породах и при бурении с раствором высокой тиксотропности.

Бурение долотом большого диаметра в аналогичных условиях производится с довольно низкой скоростью проходки и продолжается сравнительно долгое время. Так, например, проходка скважины диаметром 400 мм под 12 3 4" колонну на глубину 1000 м в слоях олигоцена или эоцена с применением шарошечного долота продол­ жается иногда до 3—4 месяцев. К концу этого периода в скважине наблюдается тенденция к прихвату долота или всей колонны буриль­ ного инструмента (независимо от искривления Скважины).

Это объясняется деформацией стенок скважины, происходящей вследствие адсорбции воды или гидратации пробуренных горных пород, а также незначительными смещениями горных пород или блоков, способствующих большим искривлениям ствола скважины.

При этом замечается следующее:

а) потребность в проработке ствола скважины в зависимости от частоты возникающих прихватов при бурении;

б) прихват долота или бурильных труб происходит чаще всего в зоне, расположенной выше забоя скважины (более старая зона); в) в случае прихвата циркуляция раствора осуществляется

нормально.

Предупреждение возникновения прихватов

1. Форсированное бурение: повышение нагрузки на долото (по

11

3. Увеличение количества прокачиваемой жидкости до 45—

50л!сек.

4.Применение бурильных труб большого диаметра для получе­ ния максимальной скорости подъема промывочной жидкости в коль­ цевом пространстве (табл. 2).

5.Повышение числа спуско-подъемных операций и контроль

скважины путем ее проработки.

6. Крепление скважины обсадными трубами.

Таблица 2

Скорость восходящего потока в кольцевом пространстве

Диаметр бурильных труб (номинальный), дюймы

Меры, которые необходимо принимать в случае прихвата:

а) не поднимать колонну бурильных труб во избежание ухудше­ ния ее заклинивания;

б) освобождать колонну ударами вниз; в) расчищать ствол скважины при помощи возвратно-поступа­

тельных движений бурового, инструмента, вращения и обратной проработки.

3. ТЕЛЕСКОПИЧЕСКАЯ СКВАЖИНА

Иногда не представляется возможным выполнять точно перво­ начально заданную программу проходки скважины вследствие того, что породы, встречающиеся при бурении, отличаются от пород, предусматривавшихся в геолого-техническом наряде. В таких слу­ чаях необходимо менять конструкцию скважины либо путем пропуска одной колонны, что приводит к уменьшению ее диаметра в процессе бурения, либо применять телескопическую конструкцию.

Так, например, при бурении скв. X намечали пробурить пласт соли, который предполагали закрепить 8 */8" колонной в 11 3 4" стволе. В процессе бурения оказалось, что пласт соли отсутствует. Тогда было принято решение бурить 93 4" долотом со спуском обсадной 6б 8" колонны.

12

В телескопических стволах скважин по истечении определенного периода времени наблюдаются частые прихваты колонны бурильных труб. Это происходит по следующей причине.

Как видно из рис. 1, обломки разбуренныхпород постепенно накапливаются в зоне уменьшения скорости подъема промывочной жидкости, а при остановке циркуляции падают впоследствии вниз в ствол меныпего диаметра.

Кроме того, воздействие колонны бурильных труб на стенки скважины в этой зоне равно нулю.

Предупреждение возникновения прихватов

/

1. Необходимо избегать уменьшения диаметра ствола скважины.

2.Вопрос о предупреждении при­ хвата при помощи увеличения произ­ водительности насосов является спор­ ным.

3.Уменьшение диаметра долота чаще всего сопровождается умень­ шением диаметра колонны бурильных

жение в этой зоне частичек выбуренной породы. Чем больше скорость, тем больше диаметр осаждающихся частиц.

4.Контроль скважины долотом большого диаметра фиксирует необходимость профилактической проработки скважины.

5.Добавление 5—10% нефти в глинистый раствор позволяет избежать агломерации шлама.

6.При каждой замене долота может быть полезна промывка скважины до уровня зоны отложения частиц выбуренной породы.

Меры по ликвидации прихвата

Можно легко освободить колонну бурильных труб при помощи промывки скважины нефтью при условии, если циркуляция промы­ вочной жидкости вообще осуществима. Прохождение образовавше­ гося моста долотом не исключает возможности затяжки его во время спуска инструмента. Может быть еще одно осложнение — разрыв колонны бурильных труб выше места изменения сечения сква­ жины.

1S

4. «МЕШОК» ПОД БАШМАКОМ КОЛОННЫ

нам к забою скважины и зацементировали башмак колонны где-то выше;

б) башмак колонны фиксируют преднамеренно несколько выше забоя скважины, чтобы избежать одновременной перфорации двух колонн.

В обоих случаях часть ствола скважины, оставшаяся необсаженной, может вызвать значительные трудности, если длина ее достигает порядка десятков метров.

* В отличие от предыдущего маневрирование колонной бурильных труб в этом случае не может быть рекомендовано. Кроме того, весьма затруднительна ликвидация последствий разрыва колонны инстру­ мента в этой опасной зоне. Наиболее эффективной предупредитель­ ной мерой является крепление ствола скважины до забоя.

Так, например, в скв. А после крепления и цементирования кондуктора бурение продолжали долотом диаметром 310 мм до вскрытия слоев олигоцена на глубине около 1700 м. На этой же глу­

и была зацементирована.

Дальнейшее бурение было возобновлено диаметром 190 мм и продолжалось в продуктивных слоях олпгоцепа до глубины около 2000 м. На этой же глубине колонна бурильных труб была прихва­ чена. Неоднократно пытались освободить ее при помощи нефтяных ванн. В скважине стал наблюдаться приток жидкости из продуктив­ ного пласта, но освободить колонну от прихвата при помощи ванн не удалось. Поэтому приняли решение развинтить колонну буриль­ ных труб. Эта операция была весьма трудоемкой, так как пришлось развинчивать трубы, начиная от башмака 8 % " колонны и кончая той глубиной в скважине, где бурение велось долотом диаметром 310 мм. Оставшуюся часть колонны в стволе скважины, пробуренном долотом диаметром 190 лш, извлекали также развинчиванием, при­ чем после каждого развинчивания извлекали от трех до восьми труб.

Приведенный пример наглядно показывает, как могут возникнуть подобные аварии при бурении скважины и насколько трудоемка и длительна бывает работа по ликвидации их последствий даже в том случае, когда пройденные породы достаточно устойчивы.

Подобные трудности могут возникнуть также вследствие местных обвалов стенок скважины с образованием каверн1. Это явление не

14

средства борьбы с этими последствиями весьма ограничены. Един­ ственным эффективным предупредительным методом является приме­ нение качественного глинистого раствора.

5. ЗАВИСАНИЕ ШЛАМА НАД ДОЛОТОМ

Действие долота на забое скважины состоит в разрушении породы на частицы различных размеров, которые вместе составляют так называемый шлам. Глинистый раствор должен выносить в свою оче­ редь частицы разбуренной породы на поверхность, поддерживая чистым забой скважины.

Необходимая для выполнения этой задачи мощность бурового насоса, исключая потери на трение, может быть выражена следую­ щей формулой:

N = H ~ D 2YI у/75 = 0,01 угНВЧ,

где N — мощность в л. с./сек; Н — глубина скважины в м; D — диа­ метр долота в м; v — скорость проходки долота в м/сек; yi — плот­ ность породы в кг/м3.

N = 0,01 X 1000 X 0,За X 2600 X 0,002 = 4,68 л. с.

Отсюда следует, что необходимая мощность очень мала. (В данном расчете не учитывалась плотность глинистого раствора).

Такая установленная мощность насоса не позволяет закачать промывочную жидкость в достаточном количестве для очистки скважины. Выполнение этой задачи в значительной степени зависит также от скорости подъема промывочной жидкости в кольцевом пространстве, а также от диаметра частиц разбуренной породыЭто видно из формулы (2).

Фактически крупные обломки разбуренной породы продолжают оставаться в непосредственной близости к забою скважины, где под механическим воздействием колонны бурильных труб они дробятся и измельчаются до тех пор, пока восходящий поток промывочной жидкости не будет в состоянии вынести их на поверхность.

Следовательно, нижняя часть колонны бурильных труб может быть погружена в частицы выбуренной породы. Глубина погружения

Аколонны (рис. 3) зависит от следующих факторов: а) скорости продвижения долота;

б) скорости восходящего потока промывочной ж и д к о с т и , опреде­ ляемой производительностью бурового насоса и площадью сечения кольцевого пространства;

в) характера выносимой породы (пески и слабые известняки легко выносятся на поверхность вследствие их мелкой структуры).

15

Твердые породы, конгломераты, песчаники, известняки, соль способствуют образованию, зоны накопления частиц разбуренной породы, оказывая тем самым механическое воздействие на колонну бурильных труб.

Пластичные и полупластичные породы (глины и мергели) дро­ бятся под воздействием долота на достаточно мелкие частицы. Однако в контакте с водой, содержащейся в глинистом растворе, эти породы под механическим воздействием колонны бурильных труб склонны к созданию крупных агрегатов вплоть до образования плотного

Вязкость глинистого раствора существенно влияет на перемеши­ вание частиц разбуренной породы, облегчая в значительной степени вынос их на поверхность. Исключение, однако, составляют пластичные породы. Удельный вес глинистого раствора оказывает такое же влия­ ние, как и вязкость, способствуя очищению забоя скважины [см. ■формулу (2) ]. Однако прекращение циркуляции глинистого раствора может повлечь за собой пагубные последствия — оседание значитель­ ной части частиц разбуренной породы и образование сплошной проб­ ки. В данном случае решающую роль приобретают тиксотропия глини­ стого раствора и тщательная его очистка на вибрационном сите.

Наличие зоны накопления частиц разбуренной породы в интер­

1)увеличивается мощность, необходимая для вращения ротора; при бурении шарошечным долотом глинистых пород может происхо­ дить заклинивание шарошек;

2)уменьшается нагрузка на долото от веса колонны бурильных труб за счет наличия появления дополнительного трения, что видно по изменению показаний индикатора веса;

46

3)увеличивается давление на буровых насосах, падает их произ­ водительность, а, следовательно, ухудшается очистка забоя скважины от шлама;

4)при максимальной нагрузке на долото столб глинистого рас­ твора может подниматься вместе с колонной бурильных труб, т. е. создается своего рода поршневой эффект.

Отсутствие должного внимания к этим признакам, которые при­ нято обобщать под названием «зависание шлама над долотом», при­ водит часто к прихвату колонны бурильных труб. Вероятность прихвата усугубляется временным прекращением циркуляции гли­ нистого раствора или остановкой колонны бурильных труб. Без­

условно, наиболее часты случаи прихвата колонны при бурении в пластичных породах. Однако не следует забывать, что прихват колонны может произойти при бурении в любых породах.

Приведем следующий пример: колонна бурильных труб в течение 10 дней оставалась неподвижной на забое скважины; поддержива­ лась только циркуляция глинистого раствора. Так как скважина была пробурена на глубину около 1700 м и ствол ее был открыт только в слоях миоцена, можно было предполагать естественно прихват колонны, последствия которого было бы очень трудно устра­ нить. Подсоленный глинистый раствор, большое искривление ствола усугубляли вероятность возникновения прихвата. Однако, несмотря на все это, колонну бурильных труб удалось очень легко извлечь из скважины, применив нефтяные ванны. Этот факт можно объяс­

Меры предотвращения аварии

Механическая скорость проходки должна полпостыо обеспечи­ ваться скоростью восходящего потока глинистого раствора, обеспе­ чивающей чистоту забоя, числом оборотов ротора, высоким качест­ вом глинистого раствора, применением шарошечного долота и т. д., т. е. условиями, определяющими оптимальный режим бурения.

А. Очистка долота и меры по предупреждению возможности образования зоны накопления частиц выбуренной породы

При решении проблемы возникновения «заваливания» долота или задачи о величине этого «заваливания» в определенный момент могут быть несколько различных мнений и несколько путей решения этих проблем. Однако все они основываются на внимательном наблю­ дении и последующем изучении изменений, происходящих в процессе бурения. Так, например, существующие буровые установки не пред­ усматривают устройств, которые указывают изменения производи­ тельности бурового насоса. Применение такого устройства было бы, безусловно, целесообразным, так как при его помощи можно было бы зафиксировать «заваливание» долота. В этом случае изменялись бы параметры бурового насоса — давление или производительность.

В подобных случаях необходимо следить за ритмичностью работы бурового насоса по шуму.

Необходимо также учитывать, что долото в момент извлечения из скважины должно быть полностью очищено.

Для очистки долота или всей колонны бурильных труб долото несколько поднимается над забоем скважины, увеличивается скорость вращения ротора и колонна своей нижней частью начинает ударять по стенкам скважины.

Можно поднять также с определенной скоростью долото на высоту около 10 м над забоем скважины, а затем резко опустить его, вращая при этом ротор. Вращение ротора прекращается до соприкосновения долота с забоем скважины.

Этот метод применяется в комплексе с продольным трением буриль­ ных труб о стенки скважины и увеличением скорости циркуляции промывочной жидкости в месте уменьшения сечения скважины.

Шарошечные долота находятся на забое скважины при натяжке инструмента (без нагрузки на долото) и вращаются с большой ско­ ростью в течение 5—10 мин. Поток глинистого раствора с достаточно большой скоростью вместе с вращением долота создает усиленную турбулентность жидкости в скважине, что способствует в значитель­ ной степени очистке скважины от выбуренной породы.

Б. Спуско-подъемные операции (маневрирование колонной бурильных труб)

Спуско-подъемные операции являются достаточно эффективными мерами, предупреждающими возникновение прихвата колонны бу­ рильных труб не только в непосредственной близости забоя, но также по длине всего ствола скважины. Это важно, так как зоны отложения частиц выбуренной породы могут возникать в любом месте скважины, особенно в местах образования каверн. Если прове­ дение спуско-подъемных операций невозможно, приводится во вра­ щение ротор.

' Если же во время долбления происходит авария, после чего даль­ нейшее бурение невозможно, необходимо попытаться поднять долото хотя бы на несколько метров любыми подручными средствами (трак­ тором, ручной лебедкой, цепным ключом на вспомогательной катушке).

Частный случай рассматриваемой проблемы представляет собой бурение без циркуляции промывочной жидкости вследствие наличия отверстий в колонне бурильных труб, либо вследствие ухода потока через нагнетательную линию превентера. Это может произойти вслед­ ствие невнимательной манипуляции с вентилями, что влечет очень часто за собой самые тяжелые последствия. Бурение без циркуляции промывочной жидкости неизбежно приводит к прихвату колонны бурильных труб. Возобновление циркуляции в этом случае практи­ чески невозможно.

При закупорке промывочных отверстий долота резко уменьшается эффективность очистки забоя скважины. Закупорка промывочных

18

отверстий долота немедленно вызывает резкое увеличение давления на выкиде насосов.

Если в колонне бурильных труб имеются трещины или отверстия, давление на выкиде буровых насосов падает.

Таким образом, показания манометра бурового насоса могут достаточно точно характеризовать процессы, происходящие в сква­ жине. Так, например, повышение давления на выкиде буровых насосов выше нормального может быть вызвано следующими причи­ нами: большая вязкость глинистого раствора, большая зона скопле­ ния частиц выбуренной породы, «заваливание» долота, закупорка промывочных отверстий долота, засорение нагнетательной линии, обваливание стенок скважины.

Падение рабочего давления на выкиде насосов может означать в свою очередь: разрыв в колонне бурильных труб, трещину в бу­ рильной трубе, разрушение уплотнения колонны бурильных труб, дефект насоса, потерю промывочной жидкости на устье самой сква­ жины, проявление скважины, потерю циркуляции через нагнета­ тельную линию превентсра.

Когда изменение рабочего давления на выкиде буровых насосов достигает значительной величины, буровой мастер и бригадир обязаны немедленно рассмотреть возможные причины этого явления и определить методом исключения наиболее вероятную для осуще­ ствления правильных мер по ее устранению. Для этого необходимо, чтобы показаниям манометра на нагнетательной линии бурового насоса придавалось бы такое же большое значение, как и показаниям индикатора веса, а именно: манометр следует монтировать на том же щите, что и индикатор веса; подводящая трубка к манометру должна быть защищена от возможности засорения или замерзания зимой; манометр следует систематически тарировать для получения точных показаний.

Помимо этого необходимо соблюдать следующие дополнительные правила. Для облегчения визуального наблюдения следует приме­ нять манометр большого размера; максимальное давление по мано­ метру в зависимости от рабочего давления должно совпадать с давле­ нием 2,5; при монтаже манометра необходимо избегать возможного проникновения глинистого раствора в его рабочую пружину; для снятия точных показаний манометра необходимо предусмотреть также возможность амортизации вибраций.

С. Образование сальника на колонне бурильных труб при спуске пх в скважину

На стенках скважины образуется со временем глинистая корка в результате отложения твердых частиц при фильтрации воды из глинистого раствора в проходимых породах.

Глинистая корка покрывается в свою очередь слоем сгущенного глинистого раствора и образует полутвердую массу, задерживающую частицы выбуренной породы, которые не были вынесены на поверх­ ность.

При спуске инструмента долото и утяжеленный низ бурильной колонны проходят сквозь эту массу и проталкивают перед собой пробку из эластичного и неоднородного материала.

Бурильную колонну можно спустить до забоя скважины или до места, где благодаря осевой нагрузке долото и утяжеленный низ проходят через пробку из глинистой массы. После прохождения колонны глинистая масса образует достаточно плотный сальник на бурильных трубах.

При запуске бурового насоса и возникновении циркуляции рас­ твора скопившийся глинистый материал на стенках скважины начи­ нает выталкиваться на поверхность промывочной жидкостью. При этом может возникнуть следующее явление.

Сальник при движении встречает сужение ствола скважины и под давлением восходящего потока промывочной жидкости уплот­ няется, вследствие чего полностью прекращается циркуляция и происходит прихват колонны.

В этом случае необходимо немедленно снизить давление и попы­ таться освободить колонну при помощи изменения натяга.

Как только удастся освободить бурильную колонну, следует немедленно возобновить циркуляцию раствора с относительно малым расходом и очень жидким глинистым раствором. Затем в зависимости от показания манометра производительность насоса нужно увеличи­ вать до нормального значения. Таким образом удается размыть образовавшийся в скважине сальник.

Если глинистый раствор очень ж и д к и й ; а разбуриваемые породы достаточно пористы, возможна потеря циркуляции промывочной жидкости. В этом случае для удаления сальника необходимо значи­ тельно увеличить вязкость глинистого раствора и добиться нормаль­ ной циркуляции промывочной жидкости.

Необходимо еще раз подчеркнуть, что наиболее рациональным Способом ликвидации сальника в скважине является разбивка его на несколько частей путем периодической прокачки промывочной жидкости.

6. СТВОЛЫ СКВАЖИН С ЖЕЛОБАМИ

Механическое воздействие колонны бурильных труб на стенки скважины способствует в значительной степени их укреплению. Однако в искривленных скважинах это воздействие имеет отрица­ тельный эффект, так как движение колонны бурильных труб по каса­ тельной к криволинейной стенке скважины приводит к образованию продольного канала неправильной формы (желоба). Форма попереч­ ного сечения скважины (рис. 4) напоминает собой замочную сква­ жину. Ширина канала а определяется наружным диаметром приме­ няемых бурильных замков, а длина его — целым рядом факторов, наиболее значительными из которых являются: 1) характер пройден­ ных пород; 2) давление колонны бурильных труб на стенки сква­ жины; 3) длительность бурения скважины.

20