Осложнения в процессе бурения скважин. Осложнением в скважине следует понимать затруднение ее углубления, вызванное нарушением состояния буровой скважины

• Название: Осложнением в скважине следует понимать затруднение ее углубления, вызванное нарушением состояния буровой скважины
• Дата: 13.12.2021
• Размер: 0.85 Mb.
• Имя файла: Осложнения в процессе бурения скважин.docx
• Тип: Документы; #302358
• страница: 1 из 3

1.1. Общие положения.

Под осложнением в скважине следует понимать затруднение ее углубления, вызванное нарушением состояния буровой скважины.

К наиболее распространенным видам осложнений относятся осложнения, вызывающие нарушения целостности стенок сква­жины, поглощения бурового раствора, нефте-, газо- или водопроявления. В связи с расширением географии работ по освоению нефтегазовых месторождений получили распространения ослож­нения, связанные с сероводородной агрессией и бурением сква­жин в условиях многолетнемерзлых пород.

1.2. Осложнения, вызывающие нарушение целостности

стенок скважины.

Произведенные исследования и накопленный опыт бурения позволяют выделить основные виды нарушений целостности сте­нок скважины (рис. 1.1).



Обвалы (осыпи) происходят во время прохождения уп­лотненных глин, аргиллитов или глинистых сланцев. В результате увлажнения буровым раствором или его фильтратом снижается предел прочности этих слоев, что ведет к их обрушению (осыпям). Обвалам (осыпям) может способствовать и набухание за счет про­никновения в пласты свободной воды, содержащейся в растворах, что приводит к 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 происходить в резуль­тате действия тектонических сил, обусловливающих сжатие пород. В этом случае горное давление значительно превышает давление со стороны столба бурового раствора. Характерными признаками обвалов (осыпей) являются: резкое повышение давления на выкиде буровых насосов, обильный вынос кусков породы, интен­сивное кавернообразование и недохождение бурильной колонны до забоя без промывки и проработки, затяжки и прихваты бурильной колонны, выделение газа. Интенсивное кавернообразование существенно затрудняет вы­нос выбуренной породы на дневную поверхность за счет уменьшения скорости восходя­щего потока и его подъемной силы, вследствие чего возрастает аварийность с бурильной колонны, выделение газа. Интенсивное кавернообразование существенно затрудняет вы­нос выбуренной породы на дневную поверхность за счет уменьшения скорости восходя­щего потока и его подъемной силы, вследствие чего возрастает аварийность с бурильными тру­бами, особенно при роторном бу­рении. Из-за опасности поломки бурильных труб следует умень­шать нагрузку на долото, что ве­дет к снижению механической скорости бурения.

Основными мерами предуп­реждения и ликвидации обвалов (осыпей) являются:

бурение в зоне возможных обвалов (осыпей) с промывкой бу­ровым раствором, имеющим минимальную водоотдачу и макси­мально высокую плотность;

организация работ, обеспечивающая высокие скорости про­ходки;

выполнение следующих рекомендаций:

• 
  бурить скважины по возможности меньшего диаметра;
  
• 
  бурить от башмака (нижней части) предыдущей колонны до башмака последующей колонны долотами одного размера;
  
• 
  поддерживать скорость восходящего потока в затрубном про­странстве не менее 1,5 м/с;
  
• 
  подавать бурильную колонну на забой плавно, без рывков;
  
• 
  избегать значительных колебаний плотности бурового раствора;
  
• 
  перед подъемом бурильной колонны утяжелять раствор, до­водя его плотность до необходимой, если в процессе бурения про­изошло ее снижение;
  
• 
  не допускать длительного пребывания бурильной колонны без движения.
  

Набухание происходит в результате действия бурового ра­створа и его фильтрата при прохождении глин, уплотненных глин и аргиллитов, при значительном содержании минералов типа монт­мориллонита, которые и набухают, сужая ствол скважины. Это приводит к затяжкам, посадкам, недохождениям до забоя и при­хватам бурильного инструмента.

Для предупреждения и ликвидации набухания необходимо:

бурить 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;

организовывать работу, обеспечивающую высокие механичес­кие скорости проходки;

после приготовления глинистого раствора заполнять им сква­жину и выждать определенное время, необходимое для протека­ния физико-химических процессов;

выполнять меры предупреждения и ликвидации обвалов. Ползучесть происходит в случае прохождения высокоплас­тичных пород (глин, глинистых сланцев, песчанистых глин, аргил­литов, ангидрита или соляных пород), склонных под действием воз­никающих напряжений деформироваться со временем. В результате недостаточного противодавления на пласт эти 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 сложены породами, например соляными, склонными к ползучести. При этом выдавливание глины или аргиллита в скважину обуслов­лено деформацией кровли и подошвы пласта (горизонта). Явление ползучести особенно проявляется с ростом глубины бурения и уве­личения температуры пород. К характерным признакам ползучес­ти относятся затяжки, посадки бурильной колонны до забоя, при­хват и смятие бурильной или обсадной колонны.

Основными мерами предупреждения и ликвидации ползучести являются:

разбуривание отложений, представленных породами, склонными к ползучести с промывкой утяжеленными буровыми растворами;

организация работ, обеспечивающая высокие механические скорости проходки;

использование при бурении вертикальных скважин такой ком­поновки бурильной колонны, при которой искривление скважин сводится к нулю;

выполнение следующих рекомендаций:

• 
  подъем при цементировании обсадных колонн цементного раствора в затрубном пространстве производить на 50... 100 м выше отложений, которые представлены породами, склонными к пол­зучести (вытеканию);
  
• 
  при креплении скважины обсадной колонной в интервале по­род, склонных к ползучести, устанавливать трубы с повышенной толщиной стенок для предотвращения смятия обсадной колонны.
  

Желобообразование может происходить при прохожде­нии любых пород, кроме очень крепких. Основные причины желобообразования — увеличение углов перегиба ствола скважины, массы единицы длины бурильной колонны и площади контакта бурильных труб с горной породой. Особенно часто желоба выраба­тываются при проводке искривленных и наклонно-направленных скважин. Характерными признаками образования в скважине желоба являются 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 являются:

использование при бурении вертикальных скважин такой ком­поновки бурильной колонны, при которой искривление скважин сводится к минимуму; недопущение различных азимутальных из­менений;

стремление к максимальной проходке на долото;

использование предохранительных резиновых колец;

выполнение следующих рекомендаций:

• 
  при прохождении уплотненных глин, аргиллитов, глинистых сланцев соблюдать меры предупреждения обвалов (осыпей);
  
• 
  при бурении наклонно-направленных скважин для предуп­реждения заклинивания труб в желобах соблюдать отношения на­ружного диаметра спускаемых труб к диаметру желоба не менее 1,35... 1,40;
  
• 
  колонну бурильных труб поднимать на пониженной скорос­ти, чтобы не допустить сильного заклинивания;
  
• 
  при заклинивании колонну труб сбивать вниз; желоба ликви­дировать проработками ствола скважины в интервалах их располо­жения. Одной из распространенных мер ликвидации образовавшихся желобов является взрыв шнуровых торпед (ТДШ).
  

Растворение происходит во время прохождения соляных пород. Соляные породы, слагающие стенки скважины, раство­ряются под действием потока жидкости. Характерным призна­ком растворения соляных пород является 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 является максимальное форсирование режима бурения с последующим спуском колонны и ее цементирование. При боль­шой мощности неоднородных солей наиболее надежным средством предотвращения их интенсивного растворения является бурение с применением безводных буровых растворов. Хорошие результаты дает использование солестойких буровых растворов и растворов, приготовленных из палыгорскита.
Во второй половине 1950-х гг. Ю.В. Вадецким было предло­жено использовать многократную кавернометрию для оценки ус­тойчивости горных пород при бурении скважин. С тех пор этот способ нашел широкое применение в практике бурения сква­жин на нефть и газ. Многократная кавернометрия позволяет су­дить о состоянии ствола скважины в процессе бурения, опреде­лять эффективность применяемых методов для предотвращения осложнений, разрабатывать мероприятия по предотвращению осложнений, связанных с нарушениями целостности стенок сква­жин.

1.3. Предупреждение и борьба с поглощениями бурового раствора.

Поглощение буровых растворов является одним из самых рас­пространенных видов осложнений при бурении скважин. Ежегод­ные затраты времени на ликвидацию этого вида осложнений по стране и за рубежом составляют многие тысячи часов, несмотря на разработку и применение различных способов предупреждения и борьбы с поглощениями буровых и цементных растворов при бурении и креплении скважин.

Основные причины поглощения бурового раствора. Поглощение бурового раствора объясняется превышением давления столба жид­кости в скважине над пластовым давлением (чем больше эта раз­ность, тем интенсивнее поглощение) и характером объекта погло­щения.

Факторы, влияющие на возникновение поглощений промывоч­ной жидкости, можно разделить на две группы:

геологические факторы — 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, нефте-, газо- и водопроявления, пе­реток пластовых вод и др.);

технологические факторы — количество и качество подаваемо­го в скважину бурового раствора, способ бурения, скорость про­ведения спускоподъемных операций и др. К этой группе относятся также такие факторы, как техническая оснащенность и организа­ция процесса бурения.

Исследования зон поглощений. Данные о строении поглощающего пласта, его мощности и местоположении, интенсивности погло­щения (водопроявления), величине и направлении перетоков мо­гут быть получены различными методами исследований: гидроди­намическими, геофизическими и с помощью отбора керна или шлама.

В зависимости от степени изученности разбуриваемого место­рождения (или его части) применяют оперативный или деталь­ный комплекс исследований.

Оперативный комплекс исследований включает в себя: опре­деление границ поглощающего пласта (горизонта), его относи­тельной приемистости и наличия перетоков жидкости по стволу скважины из одного пласта (горизонта) в другой (гидродина­мические исследования); измерение фактического диаметра сква­жины в интервале поглощающего пласта (горизонта) с помо­щью каверномера; замер пластового давления глубинным мано­метром.

Детальные исследования включают в себя оперативный комп­лекс и промыслово-геофизические методы: гамма-каротаж, ней­тронный гамма-каротаж и акустический каротаж.

Методы предупреждения и ликвидации поглощений. Среди суще­ствующих методов предупреждения и ликвидации осложнений в скважине при различной интенсивности поглощений или пол­ном прекращении циркуляции бурового раствора выделяются следу­ющие основные мероприятия: предупреждение осложнения путем снижения гидростатического и гидродинамического давлений на стенки скважины, изоляция поглощающего пласта от скважины закупоркой каналов поглощений специальными цементными ра­створами и пастами, бурение без выхода бурового раствора с по­следующим спуском обсадной колонны.

Мероприятия по снижению гидростатического и гидродинами­ческого давления сводятся к обеспечению минимального избы­точного давления на поглощающий пласт и предотвращению рез­ких колебаний давления в стволе скважины.

Лучшим средством борьбы с поглощением бурового раствора является его предупреждение. Для предупреждения поглощений на основании многолетнего отечественного и зарубежного опыта раз­работаны следующие рекомендации:

регулировать свойства бурового раствора, прежде всего его плот­ность;

регулировать скорость спускоподъемных операций и других тех­нологических операций, проводимых в скважине (скорость прора­ботки, промежуточные промывки и др.);

определять оптимальный зазор между бурильными трубами и стенками скважины. За счет этого уменьшается перепад давления в затрубном пространстве и возможность сужения ствола скважин;

изменять конструкции скважины в целях избежания воздействия утяжеленного раствора на необсаженную часть горных пород, склон­ных к гидроразрыву.

Различают три категории поглощений: малой интенсивности (до 10... 15 м³/ч), средней интенсивности (до 40...60 м³/ч) и высокоинтенсивные (более 60 м³/ч).

Рассмотрим методы ликвидации поглощений малой и средней интенсивности. Одним из видов закупорки поглощающих каналов является 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 является наиболее распространенным способом ликвидации поглощений (рис. 1.2).

Тампонажные смеси должны быть в достаточной мере структу­рированными и иметь необходимое время схватывания и затверде­ния. Этим требованиям удовлетворяют гальцементные пасты (ГЦП), специальные растворы и быстросхватывающиеся смеси (БСС).

Гальцементами называются цементные пасты, приготовленные на глинистом растворе. Параметры ГЦП зависят от соотношения цемента и глинистого раствора. Для ее получения сухой тампонажный или глиноземистый цемент затворяют на заранее приготов­ленном растворе из бентонитовой глины.

Сроки схватывания цементных растворов регулируются добав­ками реагентов-ускорителей, в качестве которых наиболее ши­рокое применение получили жидкое стекло, хлористый кальций и кальцинированная сода. Смеси цемента и других материалов, резко уменьшающих сроки схватывания раствора, закачиваемого в зоны поглощения, называются быстросхватывающимися смесями. Применяются и быстросхватывающиеся нефтецементные смеси, в состав которых входят цемент и дизельное топливо.

В каждом отдельном случае рецептуру ГЦП или БСС разраба­тывает лаборатория. Время от момента затвердения до начала схва­тывания БСС должно быть рассчитано так, чтобы можно было успеть выполнить все операции от начала приготовления смеси до конца продавки ее в скважину. Гальцементные пасты и быст­росхватывающиеся смеси можно закачивать в скважину через бу­рильные трубы. Конец бурильных труб следует устанавливать выше кровли поглощающего пласта (горизонта). Количество продавочной жидкости принимается равным внутреннему объему опущен­ных бурильных труб, соответствующему их длине, за вычетом по­ложения статического уровня и еще 50 м. Во избежание прихвата бурильных труб во время заливки их надо все время расхаживать.

Для борьбы с поглощениями промывочной жидкости широко применяют пакеры различных конструкций, которые герметизи­руют и разобщают затрубное пространство в целях:

предотвращения разбавления тампонирующих смесей; возможности применения БСС с небольшими сроками схваты­вания;

задавливания тампонирующих смесей в поглощающие каналы; определения места расположения пласта, поглощающего жид­кость, методом последовательных опрессовок ствола скважины;



определения возможности замены воды глинистым раствором (особенно при бурении на площадях с повышенным пластовым дав­лением) при создании различных перепадов давления на пласты, поглощающие жидкость.

Кроме того, если вскрыто несколько поглощающих пластов (го­ризонтов) на различных глубинах, применение пакера позволяет пос­ледовательно заливать цементный раствор снизу вверх без затраты времени на ожидание затвердения цемента (ОЗЦ). При этом предот­вращается влияние поглощающих пластов (горизонтов) друг на дру­га. Пакеры, применяющиеся при изоляции зон поглощений промы­вочной жидкости, подразделяются на две группы: многократного и разового действия (разбуриваемые). Пакеры разового действия ос­тавляются в скважине на время твердения цемента или его смеси и затем разбуриваются вместе с цементным мостом.

По принципу действия пакеры многократного действия делят­ся на гидравлико-механические, гидравлические и механические.

Устройство и принцип действия пакеров гидравлико-механического действия рассмотрим на примере пакера конструкции ТатНИПИ ГМП-2 (рис. 1.3).



Промывочные отверстия переводника 1 перед спуском пакера в скважину перекрывают­ся поршнем 2, фиксируемым в нужном положе­нии винтами. Вывод плашек в рабочее положе­ние осуществляется давлением жидкости, а сжа­тие резинового элемента — массой колонны бу­рильных труб. Четыре плашки 8 насажены на общем кольце 9, которое опирается на четыре кулачка 17. Каждый кулачок крепится к плунже­ру 11 двумя винтами. Плашка удерживается в транспортном положении двумя пружинами 10. Нижняя часть плунжера вставлена в цилиндр 12 и закреплена штифтами 13, которые предотвра­щают движение плунжера вверх при спуске паке­ра в скважину. Снизу в ствол пакера ввинчивает­ся обратный клапан, предотвращающий обрат­ное движение цементного раствора (смеси) пос­ле закачки его в зону поглощения под давлением.

После спуска пакера в скважину до нужной глубины в бурильные трубы закачивается про­мывочная жидкость. Центральное отверстие клапана, создавая сопротивление движению жидкости, вызывает повышение давления в стволе пакера. Под действием давления штифты 13 срезаются, плунжер с плашками движется вверх. Ко­нус отжимает плашки к стенам скважины и при посадке (подаче вниз) бурильных труб плашки окончательно заклинивают пакер, а резиновый элемент сжимается, разобщая зону поглощения от затрубного пространства. Цементный раствора (смесь) закачивают в пласт, поглощающий жидкость, а пакер извлекают на поверх­ность. При подъеме его конус освобождает плашки, которые пру­жиной возвращаются в транспортное положение.

В случае высокоинтенсивного поглощения возможно бурение без выхода бурового раствора на поверхность. Оно целесообразно в твердых породах (известняках, доломитах, песчаниках и т.п.). После вскрытия всей зоны поглощения бурение немедленно пре­кращают. Далее проводят заливки ГЦП или БСС до полной ликви­дации поглощения. При бурении без выхода промывочной жидко­сти разбуриваемый шлам поднимается с забоя и уходит в каналы поглощения вместе с промывочной жидкостью. Во избежание при­хвата бурильной колонны необходимо тщательно следить за стрел­кой индикатора массы. Экономически целесообразно применять бурение без выхода циркуляции только при использовании воды в качестве промывочной жидкости. Для ликвидации сильных погло­щений (более 200 м³/ч) снижают их интенсивность путем намыва в зону поглощения песка или шлама выбуренной породы или забра­сывания и продавки инертных материалов (глины, торфа, соломы и т. п.). Затем зону заливают цементным раствором. После затверде­вания цемента скважину прорабатывают и продолжают углубление.

Для ликвидации высокоинтенсивных поглощений бурового раствора, приуроченных к большим трещинам и кавернам, во ВНИИБТ были разработаны специальные перекрывающие уст­ройства. Перекрывающее устройство представляет собой эластич­ную сетчатую оболочку (капроновую, нейлоновую, капроновый эластик, металлическую специального плетения и др.). Установ­ленная в интервале поглощения сетчатая оболочка под действием закачиваемой тампонажной смеси с наполнителем расширяется и заполняет трещины и каверны. Расширение сетчатой оболочки происходит вследствие закупорки ее ячеек наполнителем, находя­щимся в тампонажной смеси. При твердении тампонажная смесь связывает оболочку с породой.

Известны и другие способы ликвидации высокоинтенсивных поглощений: спуск «летучки» (кассеты), замораживание зоны поглощения, изоляция зон поглощения с помощью взрыва и др. Но все они весьма трудоемки, не всегда дают положительный ре­зультат, поэтому применяются в буровой практике редко. Крайняя мера борьбы с поглощением промывочной жидкости — спуск про­межуточной обсадной колонны.