Прихваты бурильной колонны, предупреждение и ликвидация

Введение

В процессе бурения и испытания нефтяных и газовых скважин вследствие явлений горно-геологического характера возникают нарушения технологического процесса, называемые осложнениями. Осложнением является нарушение нормального состояния скважины, в результате которого дальнейшее углубление затрудняется или должно быть временно прекращено во избежание аварии. Осложнения как нарушения непрерывности технологического процесса строительства скважины вызываются явлениями горно-геологического характера. Это поглощения буровых и тампонажных растворов, нефтегазоводопроявления, выбросы и открытые фонтаны нефти, газа или воды, осыпи и обвалы горных пород в ствол скважины и др. В проектах на строительство буровых скважин предусматриваются возможности и условия появления осложнений, разрабатываются мероприятия по их предотвращению и ликвидации. Но эти расчеты не всегда основаны на точной информации о горно-геологических условиях бурения. Проходка разведочных скважин нередко проектируется по информационным данным о горных породах и пластовых флюидах, полученным по соседним площадям. Именно этим объясняется возникновение ситуаций, когда основные технологические параметры становятся несовместимыми с условиями бурения.

Определенная часть осложнений переходит в аварии. Авария - это непредвиденное нарушение непрерывности технологического процесса бурения или испытания скважин, требующее для его ликвидации проведения специальных работ, не предусмотренных проектом. Характерными видами аварий бывают поломки бурильных или обсадных колонн с оставлением в стволе скважины отдельных элементов, потеря подвижности колонн труб, смятие или нарушение обсадных колонн и др.

Основной причиной возникновения аварий является нарушение параметров технологии бурения буровой бригадой, несоблюдение инструкций и требований проектных документов.

В соответствии с инструкцией по классификации, расследованию и учету аварий при бурении скважин на нефть и газ все аварии подразделяются на следующие виды:

- аварии с элементами  бурильной колонны;

- прихваты бурильных и  обсадных колони;

- аварии с долотами;

- аварии с обсадными  колоннами и элементамиих оснастки;

- аварии из-за неудачного  цементирования;

- аварии с забойными  двигателями;

- падение в скважину  посторонних предметов:

- прочие аварии.

При бурении эксплуатационных и разведочных скважин самым распространенным и наиболее тяжелым видом аварии является прихват бурильных и обсадных колонн. Ежегодно в управлениях буровых работ Тюменской области возникает 70 - 80 прихватов бурильных труб. Число прихватов на разведочном бурении также велико - 40 - 43 прихвата бурильных труб и 2 - 5 случаев прихвата обсадных колонн. Этот вид аварий является самым трудоемким. Он занимает 35 - 45% общих затрат времени на ликвидацию аварий.

 

1. Прихват бурильных и обсадных колонн.

Прихватом называют непредвиденное при бурении скважины нарушение процесса, которое характеризуется потерей подвижности колонны и не может быть ликвидировано при приложении допустимых нагрузок. Допустимая величина натяжения для освобождения прихваченной бурильной колонны определяется из условия, что материал труб не может быть подвергнут напряжениям, равным пределу его текучести. Расчет допустимого натяжения  производится по формуле:

     (2.1)

где: - предел текучести материала труб, кН;

F - площадь поперечного сечения тела гладкой части бурильной трубы,м2;

k - коэффициент запаса прочности, определяющий степень износа труб. Принимается равным 1,2-1,3.

В случае, если при ликвидация прихвата величина натяжения будет превышать , бурильные трубы подлежат списанию, так как в последующем возможны поломки труб из-за усталостных явлений и микротрещин.

В качестве признаков возможного прихвата колонны при движении в стволе скважины служат ее затяжки и посадки. Затяжка колонны возникает при подъеме в виде значительного увеличения нагрузки на крюке сверх собственного веса труб. Посадка инструмента происходит при его спуске и выражается в существенном снижении нагрузки на крюке, отмеченном гидравлическим индикатором веса (ГИВ). При прохождении сужений, желобных выработок, уступов иногда возникают ситуации, когда колонна при технически допустимой разгрузке на крюке не идет вниз. Обычно прихват труб возникает не мгновенно, поэтому его можно предотвратить. Основной причиной образования прихвата труб следует считать нарушение правил технологии бурения исполнителями работ. Как и любой другой вид аварий, прихват требует изучения обстоятельств его возникновения.

К ним относятся: состояние ствола скважины, в том числе наличие зон осыпей, обвалов, сужений ствола, расположение уступов, горизонтов, поглощающих буровой раствор, или пластов, проявляющих флюиды. Изучается состояние бурильной колонны и продолжительность ее работы, Важную рольпри возникновении прихвата играет состояние технологии промывки скважины и наличие в буровом растворе смазывающих добавок.

1.1. Разновидности прихватов, условия их возникновения и признаки

По факторам, способствующим возникновению прихватов, следует различать несколько их разновидностей.

1.1.1. Прилипание к стенке скважин под действием перепада давлений.

Это так называемые дифференциальные прихваты. Дифференциальное давление (перепад между гидростатическим и пластовым) прижимает колонну к стенке скважины. Прихват возможен при наличии в разрезе хорошо проницаемых пород (песчаников, алевролитов, известняков в продуктивной толще) с проницаемостью до 600 - 800 миллидарси.

Другими условиями возникновения дифференциального прихвата являются образование липкой фильтрационной корки на стенке скважины, возникновение механической прижимающей силы в виде нормальной составляющей веса труб в наклонно направленных скважинах и в искривленных участках ствола вертикальных скважин, оставление бурильной колонны без движения на какое-то время. Эта разновидность прихватов наиболее часто встречается на промыслах Западной Сибири. Обычно циркуляция бурового раствора при возникновении прихвата не прекращается.

1.1.2. Заклинивание низа колонны.

Заклинивание - это жесткое сопротивление колонны продольному перемещению и вращению, которое возникает при резкой посадке инструмента в желобную выработку, сужение, сильно искривленный участок ствола.

Эта разновидность также встречается часто. Преобладающими являются прихваты в суженной части ствола, а также в желобных выработках, в интервалах резкого изменения оси скважины, в интервалах интенсивного роста фильтрационных корок, при заклинивании труб посторонними предметами, шламом и утяжелителем, кусками обвалившейся породы,

В случае небольших превышений нагрузки или крутящего момента при натяжении или вращении колонны явление жесткого сопротивления называют подклиниванием.

Заклинивание низа колонны труб характерно для зон сужения ствола скважин, вызванных интенсивным нарастанием фильтрационных корок, для интервалов резкого изменения оси ствола, для интервалов твердых и абразивных пород, пройденных долотом с потерей диаметра, а также при замене компоновки низа бурильной колонны на более жесткую при бурении наклонно направленных и горизонтальных скважин. Обычно этот тип прихватов возникает при спуске, реже - при подъеме инструмента.

Признак прихвата при спуске - это разгрузка инструмента на 3-4 тс, а при подъеме - затяжка.

Наиболее сложной разновидностью прихвата является заклинка инструмента в образующейся на стенке скважины продольной выработке, называемой желобом. Желоб является следствием механического воздействия замков бурильной колонны на наклонные участки наклонно направленных и горизонтальных скважин. При движении колонны происходит разрушение пород типа резания замками, прижатыми к стенке горизонтальной составляющей веса определенной части бурильной колонны.

Признаками образования желобов служат возникновения мгновенных значительных затяжек при подъеме колонны. Как правило, дополнительные затяжки ведут к осложнению аварии. Инструмент при этом еще более затягивается в желоб, а циркуляция, восстанавливающаяся без затруднений, не помогает освобождению колонны.

Заклинивания инструмента посторонними предметами происходят вследствие ошибок членов буровой вахты при работе на устье. В скважину падают рабочие инструмента в виде цепных ключей, кувалд, ломов, клинья ротора, сухари АКБ и т.д. Заклинивание бурильной колонны возможно при ее спуске с большой скоростью в искривленных интервалах ствола при наличии сильно трещиноватых перемятых пород. Замками сбиваются отдельные куски пород, которые при падении по затрубному пространству заклинивают трубы.

Заклинивание колонн обычно происходит мгновенно при сохранении циркуляции.

Прихваты колонны при заклинивании ее шламом или утяжелителем возникают из-за нарушения режима промывки скважины. Накопление осадка из частиц шлама или утяжелителя в кольцевом пространстве при определенных условиях может привести к заклиниванию бурильной колонны. Признаки этой разновидности заклинивания следующие:

- постепенное повышение  давления в нагнетательной линии,

- появление затяжек инструмента,

- постепенное прекращение  циркуляции.

При турбинном бурении с двумя насосами и расходе бурового раствора 40 - 45 л/с возможен размыв резьбовых соединений.

Это приводит к тому, что ухудшаются условия промывки в нижней части ствола и увеличиваются шансы на прихват колонны.

1.1.3. Прихваты бурильной колонны обвалившимися неустойчивыми породами.

Они характерны для интервалов, состоящих из глинистых пород, склонных к осыпям и обвалам, а также к пластическому течению.Из геологических факторов, способствующих потере устойчивости пород, следует отметить наличие в разрезе перемятых, трещиноватых, тектонически нарушенных пород, склонных к быстрому набуханию под действием фильтрата бурового раствора.

Технологические факторы включают:

- низкое качество бурового  раствора, прежде всего, большая  величина фильтрации;

- несоответствие типа  буровогораствора разбуриваемымгорным  породам;

- большие колебания давления  промывочнойжидкости в открытом  стволе скважины, приводящие к  поглощениямраствора игидроразрывам  пластов, а следовательно и к  снижению уровняраствора и уменьшению  противодавления на стенкискважины;

- длительное оставление  вскрытых малоустойчивыхотложений  без крепления их обсадными  трубами;

- механическое воздействие  замковыхсоединений бурильнойколонны  на стенки скважины.

Признаки осыпей следующие:

- вынос во время циркуляции  оскольчатогошлама, необработанного  вооружением буровых долот;

- посадки и затяжки  инструмента, недохождение долота  дозабоя из-за накоплении осадка  после проведенияспуска колонныи  наращиваний;

- некоторое повышение  давления нанасосах при углублениискважины  и проработках ствола;

- интенсивный рост вязкости  и содержаниякусков породы вбуровом  растворе.

Обвалы, в отличие от осыпей, имеют более объемный характер. Признаки обвалов таковы:

- резкое повышение давления  в нагнетательной линии, сопровождающееся  иногда поглощением раствора  или потерей циркуляции;

- больной интервал недохождения  инструмента дозабоя;

- малая скорость проработки  ствола.

1.1.4. Прихват бурильной колонны сальником.

Образование в буровом растворе крупных пластичных кусков бурового глинистого шлама, названных сальниками, происходит при проходке глинистых отложений. Сальники возникают, главным образом, при сдирании со стенок замками колонны толстых рыхлых глинистых корок, отложившихся на высокопроницаемых породах. Образованию сальников способствует загрязненность ствола скважины частицами выбуренной породы при недостаточной скорости восходящего потока жидкости. При этом в зоне работы долота возникает концентрация частиц шлама и слипание их при условии низкой смазывающей способности раствора и значительного содержания в нем твердой фазы. В процессе подъема по стволу масса сальника увеличивается, а скорость подъема падает. Сальники накапливаются в местах увеличения поперечного сечения кольцевого пространства, прилипая к элементам низа бурильной колонны над долотом, выше турбобура, выше УБТ. Прихват колонны сальником возникает чаще всего при подъеме инструмента, когда формируются условия перекрытия затрубного пространства крупными сальниками в местах сужений ствола. Прихват труб может сопровождаться потерей циркуляции.

Признаками появления сальников являются:

- возникновение посадок, инструмента при спуске и затяжек  при подъеме;

- уменьшение механической  скорости проходки долотом, сохранившим  работоспособность всех узлов;

- увеличение крутящего  момента при роторном способе  бурения:

- повышение давления в  нагнетательной линии в процессе  проходки и во время промывок;

- уменьшение веса колонны  на крюке при спуске и восстановлении  циркуляции;

- обнаружение плотных  кусков глины на замках и  других элементах бурильной колонны  во время ее подъема;