Виды нарушения целостности стенок скважины
Обновлено: 07.07.2024
Осложнения в процессе эксплуатации нефтегазовых систем
Осложнением называют нарушение нормального состояния скважины, сопровождающееся затруднением или полной остановкой бурения. В большинстве случаев при осложнениях бурение продолжается, но с более низкой скоростью. Иногда для возобновления бурения требуется проведение специальных работ в скважине (чистка, разбуривание, тампонирование, крепление и др.).
Осложнения в процессе бурения вызываются нарушением состояния скважины, выражающиеся в нарушении целостности стенок, поглощении бурового раствора, в нефте-, газо- и водопроявлениях, в сероводородной агрессии.
Вероятность перехода осложнений в аварию существует постоянно, причем процесс этот, как правило, быстротечен. Накопление шлама или осыпающейся породы, отложение рыхлой глинистой корки, вспучивание пород происходит медленно. В дальнейшем эти процессы приводят к прихвату бурового снаряда.
Обвал стенок скважины является самым распространенным видом осложнений, вызывающим прихваты бурового снаряда и обсадных труб. Нарушение целостности стенок скважины происходит в определенных геологических условиях при наличии пластичных, сыпучих, раздробленных и крутозалегающих пород, а также пород, разбухающих и расслаивающихся при механическом и физико-химическом воздействии буровых растворов.
В частности, нарушение целостности стенок вызывают обвалы или обрушения, которые происходят в результате смачивания раствором глин, аргиллитов или глинистых сланцев. Обвалы и осыпи могут происходить в результате механического воздействия бурильного инструмента или действия тектонических сил. Характерными признаками появления обвалов являются: повышение давления в нагнетательной линии бурового насоса, прихваты бурильной колонны и обильный вынос кусков породы. Образование каверн затрудняет вынос шлама из-за уменьшения скорости восходящего потока промывочной жидкости.
Одна из основных причин, вызывающих нарушение целостности стенок, - достижение породами предельного напряженного состояния в приствольной зоне скважины. При внезапной потере промывочной жидкости уменьшается гидростатическое давление на стенки скважины, в результате чего последние обрушаются. Размыв и вязкопластическое течение соленосных толщ также ведут к потере устойчивости приствольной зоны.
Большое влияние на потерю устойчивости приствольной зоны оказывают гидродинамические процессы, протекающие при спускоподъемных операциях, а также импульсные колебания давления при бурении. С увеличением диаметра скважины устойчивость ее стенок снижается. Бурение с последующим расширением ствола обеспечивает более высокую устойчивость стенок, чем углубление сразу большим диаметром. Разрушение наклонных стволов происходит чаще, чем вертикальных скважин, поэтому с увеличением угла наклона скважины необходимо повышать плотность промывочной жидкости.
При прохождении монтмориллонитовых глин и аргиллитов происходит их набухание. За счет этого ствол скважины сужается, что приводит к затяжкам и прихватам бурильного инструмента. В случае прохождения высокопластичных пород и при недостаточном противодавлении на эти пласты породы ползут, заполняя ствол скважины. Выдавливание глинистых или соляных пород в скважину вызывает деформацию кровли и подошвы пласта. Явление ползучести обусловливает смятие обсадных и насосно-компрессорных труб. Проявление ползучести горных пород усиливается с ростом глубины бурения и увеличением температуры пород.
При проводке искривленных и наклонно-направленных скважин, когда велика площадь контакта бурильной колонны со стенками скважины, в стенках образуются желоба. Нижняя часть колонны при передаче крутящего момента и осевой нагрузки подвергается продольному изгибу, сжатию и кручению, приобретая форму пространственной синусоиды. Вращаясь, колонна касается стенок скважины вершиной полуволны, совпадающей с замковым соединением. В данном случае замковое соединение действует как фреза, делающая сечение скважины эллиптическим, овальным или еще более сложным по геометрии. В горизонтальных скважинах желоба возникают в процессе спускоподъемных операций. Желобообразование развивается постепенно с увеличением числа рейсов бурильного инструмента. В этих условиях возрастает опасность заклинивания инструмента. Для предупреждения этого процесса следует использовать предохранительные кольца и обеспечивать максималыгую проходку на долото.
Для предупреждения и ликвидации последствий обрушений, набухания и ползучести горных пород следует использовать утяжеленные буровые растворы, обеспечивать высокие скорости проходки, не допускать длительного пребывания бурильной колонны в покое.
Еще один вид осложнений: во время прохождения соляных пород происходит их растворение, что является причиной кавернообразования. В подобных случаях следует применить один из следующих технологических приемов: форсировать режим бурения, насытить солью промывочную жидкость или применить безводные буровые растворы.
Специфика осложнений при сооружении скважин в криолитозоне обусловлена высокой чувствительностью многолетнемерзлых пород к нарушению теплового режима. Применение рецептур промывочных жидкостей, не соответствующих этим особенностям, приводит к деградации мерзлоты, разрушению стенок скважин, сужению ствола, обвалам, некачественному цементированию и смятию обсадных колонн.
Предупреждение и борьба с поглощениями бурового раствора
Поглощение буровых растворов является одним из самых распространенных видов осложнений при бурении скважин. Различают поглощения малой интенсивности (до 15 ), средней (до 60 ) и высокой интенсивности. Причиной возникновения поглощений могут быть как геологические факторы (трещины, каверны), так и технологические факторы (гидравлический разрыв пород).
Среди существующих методов предупреждения и ликвидации поглощений используются следующие: снижение гидростатического и гидродинамического давления на стенки скважины, изоляция поглощающего пласта специальными тампонажными растворами. Известно большое число рецептур тампонажных и быстросхватывающихся смесей. Наиболее простой состав смеси следующий: цементный раствор плотностью 1400 и бентонитовый раствор плотностью 1200 в соотношении 1:2.
В случаях катастрофических поглощений используется бурение без выхода бурового раствора с последующим спуском буровой колонны. В этом случае разбуриваемый шлам поднимается с забоя и уходит в каналы поглощения вместе с промывочной жидкостью. Для борьбы с поглощениями широко применяют пакеры, которые герметизируют или разобщают затрубное пространство при задавливании тампонирующих смесей в поглощающий интервал. Тампонажную смесь подают в скважину через спущенную в нее бурильную колонну или через отвод превентора.
Одним из наиболее эффективных способов ликвидации поглощений является применение наполнителей, которые или добавляют в циркулирующий буровой раствор, или проводят разовую закачку в зону поглощения порции специальной жидкости с наполнителем. Применяют наполнители волокнистые (обрезки нитей и др.) и зернистые (керамзит и др.).
Физико-химическая кольматация наряду с предупреждением поглощений при бурении снижает вероятность прихвата колонны из-за перепада давления и обеспечивает нормальные условия цементирования обсадной колонны.
Конец труб для закачивания тампонажных смесей устанавливается выше кровли поглощающего пласта с целью предотвращения прихвата. Если ни один из способов ликвидации поглощения не дает результата, то для обеспечения нормального процесса бурения скважину закрепляют обсадными трубами с цементированием затрубного пространства.
Газовые и нефтяные проявления
Нефть и газ могут выбросить из скважины буровой раствор, если пластовое давление высокое, а раствор имеет недостаточно высокую плотность. В таких случаях возникает нефтяной или газовый фонтан. Как правило, открытые фонтаны возникают там, где нарушается технология проводки скважин и применяется несоответствующее устьевое и противовыбросовое оборудование.
Основное число открытых фонтанов наблюдается на газовых месторождениях. Это объясняется недооценкой особенностей проводки скважин: газ постепенно насыщает циркулирующий буровой раствор мельчайшими пузырьками вместе с выбуренной породой, а также во время перерывов в бурении. При циркуляции пузырьки поднимаются и по мере уменьшения давления увеличиваются в размерах. В скважине начинается холодное кипение. При этом плотность раствора уменьшается настолько, что его столб не в состоянии противостоять пластовому давлению и происходит выброс. Для предотвращения выброса давление столба жидкости в скважине должно быть примерно на 10% выше пластового. При утяжелении глинистого раствора его вязкость должна сохраняться минимальной.
Для предотвращения начавшегося выброса скважина закрывается установленным в ее устье специальным противовыбросовым оборудованием (ОП). Это оборудование для герметизации устья скважины устанавливается на фланце кондуктора и состоит из универсального противовыбросового превентора, плашечных превенторов, задвижек и другой арматуры).
К блоку превенторов присоединяются линия глушения и штуцерная линия. Штуцерная линия переориентирует поток жидкости из скважины в резервуар для бурового раствора или в амбар для сжигания нефти. Линия глушения используется для подключения циркуляции утяжеленного бурового раствора.
Большинство газо- и нефтепроявлений приурочено к началу подъема колонны бурильных труб или к началу промывки после спуска бурильной колонны. Следует избегать компоновок нижней части бурильной колонны с малыми зазорами, так как амплитуда колебания давления при СПО зависит от величины зазора. При снижении расчетной плотности раствора более чем на 0,02 необходимо принимать меры по ее восстановлению.
К опасным видам осложнений относится приток высокоминерализованной воды (рапы). Общая минерализация рапы может достигать 600 г/л, плотность - 1360 , температура на выходе из скважины C" />
. Рапа оказывает коррозионное воздействие на наземное оборудование, буровые и обсадные трубы, а также на цементный камень.
Для глушения флюидопроявления производится утяжеление раствора. Утяжеленный буровой раствор закачивается при пониженной подаче насоса, при этом следят за снижением давления на стояке. Когда правильно подобранный раствор глушения заполнит бурильную колонну, дойдет до долота, заполнит затрубное пространство и выйдет на устье скважины, скважина будет заглушена.
При угрозе выброса бурильщик поднимает колонну до выхода ведущей трубы из ротора и оставляет ее на весу, закрепив тормоз лебедки. Затем устье герметизируется превенторами, аскважинная жидкость через выкидные линии ОП направляется в циркуляционную систему.
При возрастании давления на устье открывается задвижка для фонтанирования скважины через отводы превентора. Поток газа направляется в сторону от буровой. Последующие работы по ликвидации фонтанирования проводятся по специальному плану.
В процессе бурения и эксплуатации скважин за пределами устья на поверхность по трещинам горных пород или по их контакту с обсадными трубами могут прорываться газ или несрть. Такие газо- и водопроявления называются грифонами. Грифоны и межколонные проявления возникают из-за некачественной изоляции высоконапорных пластов и зачастую вызывают гибель скважин. За всю мировую историю добычи углеводородов самой крупной аварией стал открытый выброс газа и конденсата на разведочной скважине в дельте реки Печоры. Шесть с половиной лет скважина ежесуточно выбрасывала в атмосферу два миллиона кубометров газа и сотни тонн конденсата.
Во многих случаях в составе нефти и газа залежей с аномально высоким пластовым давлением содержится сероводород. Это сильный яд, который, попадая в легкие, соединяется с гемоглобином. Концентрация сероводорода 1 мг/л вызывает мгновенную смерть от паралича дыхательного центра. В условиях сероводородной агрессии происходит сульфидное растрескивание сталей и, как следствие, разрушение бурильных, обсадных и насосно-компрессорных труб, устьевого и нефтепромыслового оборудования, разрушение цементного камня и ухудшение свойств буровых растворов.
При появлении в растворе на водной основе сероводорода необходимо добавлять в раствор ингибиторы коррозии, способные связывать серу в трудно растворимые соединения. В условиях сероводородной агрессии необходимо использовать оборудование, изготовленное из специальных сталей и тампонажные материалы, стойкие к воздействию сероводорода. Главное - все работы должны быть подчинены вопросам охраны труда и техники безопасности.
.
Авариями в процессе бурения обычно называют потерю подвижности (прихват) спущенной в скважину колонны труб, поломки, отвинчивание и оставление в скважине долота, забойного двигателя, частей колонн бурильных и обсадных труб, падение в скважину металлических предметов.
При бурении скважин турбобурами в скважинных трубах, заполненных буровым раствором, генерируются циклические возмущения давления с большой амплитудой. Это приводит к ударным и вибрационным нагрузкам на элементы бурового комплекса. В результате выходят из строя манифольды, разрушаются обсадные трубы, происходит отрыв турбобура. Аналогичные явления происходят при добыче несрти: при закрытии обратных клапанов, при запуске глубинных насосов давление может в 2-3 раза превысить рабочее давление. По статистике на одном нефтегазодобывающем предприятии ежегодно происходит до 30 случаев отрывов глубинных насосов. При этом помимо экономического наносится экологический ущерб в связи с утечкой нефти из разбираемых насосно-компрессорных труб.
Прихваты бурильных и обсадных колонн происходят по многим причинам:
- нарушение целостности ствола скважины, вызванной обрушением или течением пород;
- образование сальников на долоте, заклинивание колонн в желобах;
- оседание частиц выбуренной породы при прекращении циркуляции раствора;
- действие на буровую колонну прижимающей силы, возникающей вследствие перепада давления в скважине и в пласте;
- преждевременное схватывание тампонажного раствора в кольцевом пространстве при установке цементных мостов и др.
Для предотвращения заклинивания колонны в желобе следует устанавливать спиральный центратор. При наличии при-хватоопасных интервалов необходимо в течение всего цикла бурения поддерживать в растворе необходимое содержание смазочных веществ.
Самым многочисленным типом аварий в группе прихватов являются прихваты бурового снаряда шламом. Количество шлама, его форма, степень измельчения зависят от свойств пересекаемых пород, способов и параметров режима бурения и рецептуры очистных агентов. Недостаточная промывка ствола скважины в процессе бурения, а также после завершения рейса перед подъемом снаряда приводит к скоплению большого количества шлама, создающего пробки, сальники и последующие прихваты и затяжки.
Для предупреждения прихватов необходимо применять высококачественные глинистые растворы, обеспечивать их полную очистку и максимальную скорость восходящего потока. При вынужденных остановках необходимо расхаживать и поворачивать бурильную колонну через каждые 5 минут.
Следует предупреждать образование толстых фильтрационных корок на проницаемых стенках скважин, так как это способствует появлению затяжек и посадок колонны труб. Во избежание подобных осложнений следует осуществлять кольматацию проницаемого интервала специальной твердеющей смесью.
При использовании утяжеленного глинистого раствора необходимо применять профилактические добавки ПАВ, нефти, графита. Утяжелять раствор следует при вращении бурильной колонны.
Затяжки и небольшие прихваты ликвидируются расхаживанием и проворачиванием бурильной колонны. Для освобождения прихваченных колонн и устранения заклинивания долота в карбонатных глинистых породах применяют кислотные ванны. Если колонна прихвачена в отложениях солей, применяют водяные ванны. В других случаях прихваты устраняют нефтяными ваннами или при помощи сплошной промывки нефтью. Прихваты вследствие заклинивания колонны с наибольшим эффектом устраняют с помощью вибраторов, взрыва шнурковых торпед малой мощности и др.
Перед началом работ по ликвидации прихватов определяют верхнюю границу прихвата бурильной колонны, используя известное уравнение Гука: определяют удлинение свободной части колонны при заданном растягивающем усилии, превышающем собственный вес колонны. Расчет верхней границы прихвата строится на подтвержденном практикой факте: каждые свободные от прихвата 1000 м труб при натяжении с усилием, превышающим их собственный вес на 200 кН, удлиняются в зависимости от диаметра на 20-35 см.
Если для извлечения прихваченной части бурильной колонны требуется много времени, ее оставляют и обходят стороной, используя методы наклонного бурения.
На рис. 7.1 приводится пример разрушения скважины на газовом месторождении во Франции в 1987 г. При бурении скважина пересекла на глубине 2440 м сброс в слоях песчаника и консолидированных глин, в которых горизонтальные напряжения превышали по своей величине вертикальные напряжения. Длина участка пересечения сброса составила 60 м. При пересечении сброса скважина бурилась с продувкой воздухом. Во время проходки интервала сброса произошло образование больших каверн. В пластах вокруг скважины горное и поровое давления резко снизились. Под действием градиента давления в движение были вовлечены крупные куски пород, обвалы пород из выработанных каверн, начались прихваты бурильного инструмента. После этого пришлось перейти на бурение с промывкой забоя утяжеленным глинистым раствором с плотностью 1650 .
увеличить изображение
Рис. 7.1. Смятие обсадной и насосно-компрессорной колонн
Цементирование обсадной колонны диаметром дюймов проходило в трудных условиях. При достижении скважиной глубины 5250 м в нее спустили колонну насосно-компрессорных труб. К этому времени из продуктивного горизонта газового коллектора вдоль зацементированного затрубного пространства газ проник в породы сброса. Это привело к появлению в породах сброса большого порового давления, значительно превышающего первоначальное гидростатическое давление. Далее сработал эффект домкрата, и произошли подвижки пород. Когда в скважине было создано атмосферное давление, давление флюидов в сбросе раздавило обсадную колонну, а также колонну насосно-компрессорных труб.
Поломка долот происходит при чрезмерных нагрузках и передержках их на забое. Чаще всего происходит поломка подшипников шарошек. При этом забойный двигатель перестает принимать нагрузку, а при роторном бурении начинается вибрация и заклинивание колонны.
Одним из самых тяжелых видов аварий является падение бурильной колонны в скважину, которое происходит при обрыве талевого каната, открытии нагруженного элеватора при резкой посадке на ротор, при ударах колонных о выступы на стенках скважины.
Для ловли и захвата и удаления оставшейся в скважине колонных труб, для извлечения из скважины канатов, кабелей и других предметов применяют ловильный инструмент: метчики, колокола, ловители.
Нарушение целостности стенок скважины
Нарушение целостности стенок скважины наблюдается при наличии пластичных, раздробленных, состоящих из слабосвязанных между собой частиц, а также разбухающих и расслаивающихся при механическом и физико-химическом воздействиях буровых растворов пород.
Основные виды нарушений целостности стенок скважины: раскрытие естественных и образование новых трещин, образование каверн и желобов, набухание пород и сужение стволов скважин, осыпи и обвалы пород, пластическое течение соленосных отложений, растепление и разрушение горных мерзлых пород.
Характер обвала пород в скважине можно оценить по коэффициенту обвалообразования
К об =V ф /V т (17.29)
где V ф - объем ствола скважины с учетом каверн (по кавернограмме); V т -теоретический объем скважины (по диаметру долота).
Одна из основных причин, вызывающих нарушение целостности стенок скважины, - напряженное состояние пород в приствольной зоне скважины.
Лекция 2. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСЛОЖНЕНИЯ. ВИДЫ ОСЛОЖНЕНИЙ
Цикл строительства скважин не редко сдерживается непредвиденными обстоятельствами, которые приостанавливают процесс бурения или выполнения других работ в скважине. Это так называемые осложнения.
К осложнениям в процессе строительства скважины относятся: поглощение бурового и тампонажного растворов; водо-, нефте- и газопроявления через устье скважины и за его пределами (грифоны), обвалы стенок скважины.
При бурении ствола скважины теряет устойчивость в результате изменения напряженного состояния пород, которое может зависеть от геологических факторов и технологии проводки скважины.
Геологические факторы, способствующие обвало образованию, - большие углы падения пластов, трещиноватость и перемятость пород, литологический состав, структура и механические свойства пород и др. Наибольшее число обвалов происходит в глинистых породах вследствие их способности быстро набухать под действием фильтрата промывочной жидкости или разрушаются под действием расклинивающего и смазывающего действия фильтрата. Первое характерно для пластичных гидрофильных глин, а второе – для метаморфизованных малогидрофильных глин.
Технологические факторы, способствующие обвалам, - низкое гидростатическое давление на вскрываемые пласты ввиду малой плотности промывочной жидкости или водо- , нефте- и газопроявлений; низкое качество промывочной жидкости, особенно наличие большой фильтрации; резкие колебания давления бурового раствора в стволе скважины; длительное время воздействия бурового раствора на породы, склонные к обвалам.
Основные причины осложнений – отсутствие необходимой информации о геологическом строении разбуриваемой площади в стадии проектирования (углы залегания пластов, площадное распространение тектонических нарушений, недостаточная прочность и устойчивость горных пород), а также отклонение от проектированной технологии бурения, неисправность оборудования и других технических средств, низкая трудовая дисциплина и квалификация исполнителей работ.
Технически грамотная проводка скважины сокращает число осложнений и затрат на их ликвидацию.
Желобообразование — это процесс одностороннего продольного кавернообразования в стенке открытого ствола скважины. При этом образуется каверна особой формы — в виде замочной скважины (желобообразного овала). Осложнения этого вида наиболее характерны для искривленных и имеющих значительный прогиб участков скважин. Желоба могут образовываться при бурении в мягких породах в случае отклонения оси скважины от вертикали на 2—3°. При желобообразовании возникает опасность попадания колонны бурильных труб в суженную часть выработок и ее заклинивания, часто приводящего к обрыву бурильных труб.
Скопления рыхлого материала в стволе скважины также возникают при его обвале со стенок. Опасность прихвата при обвалах даже выше, ввиду их неожиданности. Обвалы связанны с наличием пластов глинистых пород, особенно если ими сложены крутозалегающие и трещиноватые пласты.Такие породы (глины, аргиллиты, глинистые сланцы) впитывают воду из бурового раствора, набухают и приобретают способность к скольжению и обрушению в скважину. Если обрушения происходят сразу, – то это обвалы, если же они продолжаются в течение длительного времени и мелкими порциями, то они называются осыпями. На месте обвалов или осыпей образуются расширения ствола скважины называемые кавернами
При бурении скважин довольно часто наблюдается случаи потери циркуляционной бурового раствора.
Уход бурового раствора в пласт в объеме, превышающем естественную убыль раствора в процессе бурения скважины, называют поглощением бурового раствора.
Потери бурового раствора при строительстве скважин – один из наиболее тяжелых и распространенных видов осложнений, требующих значительных затрат времени и средств на их ликвидацию.
По мимо потери раствора и сдерживание углубление скважины, поглощение способствует возникновению таких осложнений, как водо-,нефте- и газопроявления, осыпания, обвалы пород, сужение ствола скважины, которые, в свою очередь, ведут к тяжелым авариям – открытым фонтанам, прихватам колоны труб, смятию обсадных колонн и тд.
Поглощение может произойти только в том случае, если давление в столба раствора в скважине превысит предельное давление в пласте, и он начнет принимать раствор.
По интенсивности поглощения подразделяют на частичные – без потери циркуляции бурового раствора; полные – циркуляция бурового раствора отсутствует, но уровень жидкости находится у устья скважины; катастрофические – уровень бурового раствора устанавливается ниже устья скважины.
Авария в скважине – это внезапно возникшее событие, препятствующее продолжению операций по ее строительству. По причинам возникновения различают две основных разновидности аварий:
Первая разновидность – это аварии, связанные с нарушением целостности спускаемых в скважину устройств. Нарушения целостности могут выражаться в поломках, либо развинчивание элементов бурильных и обсадных колонн, а также в обрывах кабеля либо троса каротажных снарядов и других скважинных измерительных, испытательных и специальных средств. К этой же разновидности примыкают и аварии, вызванные неожиданным падением каких-либо из скважинных устройств в процессе их спуска или подъема. Иногда в скважину срываются предметы, предназначенные для работы на поверхности.
Аварии рассмотренной разновидности обычно бывают обусловлены ошибками, либо недосмотром персонала. Это может, например, быть недостаточная затяжка соединений, отсутствие контроля качества изготовления и степени износа, а также применение недопустимо-высоких нагрузок при работе.
Вторая разновидность – это аварии, связанные с невозможностью возврата извлекаемых скважинных устройств на поверхность. Аварии этого типа называют прихватами.Как правило, прихваты представляют собой более тяжелые аварии, чем обрывы, поломки и развинчивания. Обычно на ликвидацию прихватов требуется значительные затраты, труда, времени и средств.
Существует несколько разновидностей прихватов бурильных колонн, различающихся как по своим признакам, так и по причинам. Во-первых, прихваты можно разделить на два основных класса: прихваты с наличием циркуляции промывочной жидкости, и прихваты, когда циркуляция невозможна. Первый класс прихватов ликвидируется легче, поскольку многие эффективные методы ликвидации (например жидкостные ванны) применимы, только если циркуляция возможна.
Вторая классификация связана с местом прихвата. Прихваты могут происходить у забоя, либо в вышерасположенном интервале скважины. Вторая разновидность прихватов обычно происходит при спускоподъемных операциях (чаще всего она характеризуется сохранением циркуляции). Ликвидация таких прихватов нередко достигается проталкиванием колонны вниз, что невозможно при забойных прихватах.
На забое прихваты часто происходят в результате накопления шлама в пространстве между стенками скважины и забойной компоновкой (а нередко и выше последней). Циркуляция промывочной жидкости, в этих условиях, как правило, невозможна.
Признаками зашламованности забоя и возможности прихвата служат рост крутящего момента и давления на насосе.
Причина накопления шлама – в недостаточной подаче промывочной жидкости. Этот недостаток может ощущаться в двух случаях. Во-первых, это имеет место, в породахвысокой буримости, когда шлама в единицу времени образуется так много, что производительности насоса недостаточно для его полного удаления.
Ликвидация осложнений.
Под осложнением в скважине следует понимать затруднение ее углубления, вызванное нарушением состояния буровой скважины. Наиболее распространенные виды осложнений - осложнения, вызывающие нарушения целостности стенок скважины, поглощения бурового раствора, нефте-, газо- или водопроявления.
Осложнения, вызывающие нарушение целостности стенок скважины
Произведенные исследования, а также накопленный опыт бурения позволяют выделить основные виды нарушений целостности стенок скважины. На рис.8.3.1 приведена классификация видов нарушения целостности стенок скважин.
| Виды нарушений целостности стенок скважины | ||||
| Обвалы (осыпи) | Набухание | Ползучесть | Желобообразование | Растворение |
Рис.8.3.1. Классификация нарушений целостности стенок скважины (по
Обвалы (осыпи) происходят при прохождении уплотненных глин, аргиллитов или глинистых сланцев. В результате увлажнения буровым раствором или его фильтратом снижается предел прочности уплотненной глины, аргиллита или глинистого сланца, что ведет к их обрушению (осыпям). Обвалам (осыпям) может, способствовать набухание. Проникновение свободной воды, которая содержится в больших количествах в растворах, в пласты, сложенные уплотненными глинами, аргиллитами или глинистыми сланцами, приводит к их набуханию, выпучиванию в ствол скважины и, в конечном счете, к обрушению (осыпанию).
Небольшие осыпи могут происходить из-за механического воздействия бурильного инструмента на стенки скважины. Обвалы (осыпи) могут произойти также в результате действия тектонических сил, обусловливающих сжатие пород. Горное давление при этом значительно превышает давление со стороны столба бурового раствора. Характерные признаки обвалов (осыпей) резкое повышение давления в нагнетательной линии буровых насосов, обильный вынос кусков породы, интенсивное кавернообразование и недохождение бурильной колонны до забоя без промывки и проработки, затяжки и прихват бурильной колонны; иногда - выделение газа. Интенсивное кавернообразование существенно затрудняет вынос выбуренной породы на дневную поверхность, так как уменьшается скорость восходящего потока и его подъемная сила, возрастает аварийность с бурильными трубами, особенно при роторном бурении. Из-за опасности поломки бурильных труб приходится уменьшать нагрузку на долото, а это ведет к снижению механической скорости бурения.
Основные меры предупреждения и ликвидации обвалов (осыпей> следующие:
1) бурить в зоне возможных обвалов (осыпей) с промывкой буровым раствором, имеющим минимальную водоотдачу и максимально высокую плотность;
2) правильная организация работ, обеспечивающая высокие скорости проходки;
3) бурить скважины по возможности меньшего диаметра;
4) бурить от башмака (нижней части) предыдущей колонны до башмака последующей колонны долотами одного размера;
5) поддерживать скорость восходящего потока в затрубном пространстве не менее 1,5 м/с;
6) подавать бурильную колонну на забой плавно, без рывков;
7) избегать значительных колебаний плотности бурового раствора;
8) перед подъемом бурильной колонны утяжелять раствор, доводя его плотность до необходимой, если в процессе бурения произошло ее снижение;
9) не допускать длительного пребывания бурильной колонны без движения.
Набухание происходит при прохождении глин, уплотненных глин, в отдельных случаях аргиллитов (при значительном содержании минералов типа монтмориллонита). В результате действия бурового раствоpa и его фильтрата глина, уплотненная глина и аргиллиты набухают, сужая ствол скважины. Это приводит к затяжкам, посадкам, недохождениям до забоя, прихватам бурильного инструмента.
Основные меры предупреждения и ликвидации набухания следующие:
1) бурение в зоне возможных сужений с промывкой утяжеленными буровыми растворами, в фильтре которых содержатся химические вещества, способствующие увеличению предельного напряжения сдвига, а также степени и давления набухания;
2) правильная организация работ, обеспечивающая высокие механические скорости проходки;
3) после приготовления глинистого раствора, который отвечает требованиям, указанным в пункте 1), следует заполнить им скважину и выждать некоторое время, необходимое для протекания физико-химических процессов. Это нужно делать потому, что процесс бурения связан с резкими колебаниями давления при спуско-подъемных операциях;
4) выполнение рекомендаций 4), 5), 6), 7), 8), 9), перечисленных выше, как мер предупреждения и ликвидации обвалов (осыпей).
Ползучесть происходит при прохождении высокопластичных пород (глины, глинистые сланцы, песчанистые глины, аргиллиты, ангидрит или соляные породы), склонных под действием возникающих напряжений деформироваться со временем, т.е. ползти и выпучиваться в ствол скважины. В результате недостаточного противодавления на пласт глина, песчаные глины, ангидриты, глинистые сланцы или соляные породы ползут, заполняя ствол скважины. При этом кровля и подошва пласта (горизонта) глины, глинистых сланцев или соляных пород сложены устойчивыми породами, не склонными к ползучести. Осложнение может происходить и вследствие того, что кровля и подошва пласта (горизонта) глины или аргиллита ползет, выдавливая последние в скважину. При этом кровля и подошва пласта (горизонта) глины, глинистых сланцев или аргиллита сложены породами (например соляными), склонными к ползучести. Явление ползучести особенно проявляется с ростом глубины бурения и увеличения температуры пород. Характерные признаки ползучести-затяжки, посадки бурильной колонны, недохождение бурильной колонны до забоя; иногда прихват и смятие бурильной или обсадной колонны.
Основные меры предупреждения и ликвидации ползучести следующие:
1) разбуривание отложений, представленных породами, которые склонны к ползучести, с промывкой утяжеленными буровыми растворами;
2) правильная организация работ, обеспечивающая высокие механические скорости проходки;
3) использование при бурении вертикальных скважин такой компоновки бурильной колонны, при которой искривление скважин сводится к нулю;
4) подъем цементного раствора в затрубном пространстве при цементировании обсадных колонны проводить на 50-100 м выше отложений, которые представлены породами, склонными к ползучести (вытеканию).
При креплении скважины обсадной колонной в интервале пород, склонных к ползучести, необходимо устанавливать трубы с повышенной толщиной стенки для предотвращения смятия обсадной колонны.
Желобообразование может происходить при прохождении любых пород, кроме очень крепких. Основные причины желобообразования -большие углы перегиба ствола скважины, большой вес единицы длины бурильной колонны, большая площадь контакта бурильных труб с горной породой. Особенно часто желоба вырабатываются при проводке искривленных и наклонно-направленных скважин. Характерные признаки образования в скважине желоба-проработки, посадки, затяжки, прихваты, а также заклинивание бурильных и обсадных труб. Опыт бурения показал, что желобообразование происходит не сразу, а постепенно, с ростом числа рейсов бурильного инструмента. В условиях желобообразования опасность заклинивания возрастает, если диаметр бурильных труб превышает ширину желоба в 1,14-1,2 раза.
Основными мерами предупреждения и ликвидации желобообразования считаются следующие:
1) использование при бурении вертикальных скважин такой компоновки бурильной колонны, при которой искривление скважин сводится к минимуму. Недопущение различных азимутальных изменений;
2) стремление к максимальной проходке на долото;
3) применение предохранительных резиновых колец;
4) при прохождении уплотненных глин, аргиллитов, глинистых сланцев в целях предупреждения желобообразования, которое может предшествовать обвалам (осыпям), соблюдение всех рекомендаций, перечисленных как меры предупреждения обвалов (осыпей);
5) при бурении наклонно-направленных скважин для предупреждения заклинивания труб в желобах, соблюдение отношений наружного диаметра спускаемых труб к диаметру желоба не менее 1,35—1,4;
6) колонну бурильных труб следует поднимать на пониженной скорости, чтобы не допустить сильного заклинивания;
7) при заклинивании трубы надо сбивать вниз.
Желоба ликвидируют проработками ствола скважины в интервалах их расположения.
Растворение происходит при прохождении соляных пород. Соляные породы, слагающие стенки скважины, растворяются под действием потока жидкости. Характерный признак растворения соляных пород - интенсивное кавернообразование, а в особо тяжелых случаях -потеря ствола скважины.
Устойчивость (по отношению к растворению) стенок скважины, сложенных однородными соляными породами, независимо от скорости восходящего потока может быть достигнута лишь при условии полного насыщения промывочной жидкости солью (соль, содержащаяся в растворе, должна быть такой же, как соль, из которой сложены стенки скважины). При небольшой мощности неоднородных солей основной мерой предупреждения их растворения считается максимальное форсирование режима бурения с последующим спуском колонны и ее цементирование. При большой мощности неоднородных солей наиболее надежное средство предотвращения их интенсивного растворения - бурение с применением безводных буровых растворов. Хорошие результаты дает использование солестойких буровых растворов и растворов, приготовленных из палыгорскита.
Предупреждение и борьба с поглощениями бурового раствора
Поглощение буровых растворов - самый распространенный вид осложнений при бурении скважин. Ежегодные затраты времени на ликвидацию этого вида осложнений по стране составляют многие тысячи часов.
Основные причины поглощения бурового раствора. Поглощение бурового раствора объясняется, во-первых, превышением давления столба жидкости в скважине над пластовым давлением (чем больше эта разность, тем интенсивнее поглощение) и, во-вторых, характером объекта поглощения.
Факторы, влияющие на возникновение поглощений промывочной жидкости, можно разделить на две группы.
1. Геологические - тип поглощающего пласта, его мощность и глубина залегания, недостаточность сопротивления пород гидравлическому разрыву, величина пластового давления и характеристика пластовой жидкости, а также наличие других сопутствующих осложнений (обвалы, нефтегазоводопроявления, перетоки пластовых вод и др.).
2. Технологические количество и качество подаваемого в скважину бурового раствора, способ бурения, скорость проведения спускоподъемных операций и др. К этой группе относятся такие факторы, как техническая оснащенность и организация процесса бурения.
Методы предупреждения и ликвидации поглощений. В существующих методах предупреждения и ликвидации осложнений в скважине при разной интенсивности поглощений или полном прекращении циркуляции бурового раствора выделяются следующие основные направления: предупреждение осложнения путем снижения гидростатического и гидродинамического давлений на стенки скважины; изоляция поглощающего пласта от скважины закупоркой каналов поглощений специальными цементными растворами и пастами.
Лучшим средством борьбы с поглощением бурового раствора считается его предупреждение. Рекомендации по предупреждению поглощений, разработанные на основании многолетнего отечественного и зарубежного опыта, сводятся к следующему:
1. Регулирование свойства бурового раствора, прежде всего его плотности.
2. Регулирование скорости спуско-подъемных операций и других технологических операций, проводимых в скважине (скорость проработки, промежуточные промывки и др.).
3. Определение оптимального зазора между бурильными трубами и стенками скважины. За счет этого уменьшается перепад давления в затрубном пространстве и возможность сужения ствола скважины.
- Изменение конструкции скважины с целью избежания воздействия утяжеленного раствора на необсаженную часть горных пород, склонных к гидроразрыву.
Различают следующие три категории интенсивности поглощений (в м 3 \ч): малая интенсивность (< 10-15), средняя интенсивность (< 40-60) и высокая интенсивность (более 60). Один из видов закупорки поглощающих каналов - способ закачки в пласт структурированного, тиксотропного раствора, создающего с течением времени в проводящих каналах, поглощающего пласта, жесткую структурированную сетку. Заливка поглощающего пласта специальными тампонажными смесями - наиболее распространенный способ ликвидации поглощений.
Читайте также: