Предупреждение прихватов. Предупреждение прихватов бурильной колонны по направлению 21. 04. 01 Нефтегазовое дело
 Скачать 191.06 Kb.
|
|
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования  «Самарский государственный технический университет» Кафедра «Бурение нефтяных и газовых скважин» Курсовая работа по дисциплине «Интеллектуальное заканчивание скважин» На тему: «Предупреждение прихватов бурильной колонны» по направлению 21.04.01 «Нефтегазовое дело» Магистерская программа «Строительство наклонно-направленных и горизонтальных скважин» Выполнил: студент 1-ЗФ-9А Пантелеев А.В. Проверил: Доцент, к.т.н. Подъячев А.А. Самара 2018 Содержание Введение 1. Глава 1 «Природа прихватов бурильных колонн» 1.1. Виды прихватов и их характеристика 2. Глава 2 «» Заключение Список литературы Введение Одним из самых распространенных серьезных и дорогостоящих видов осложнений при проводке скважин, иногда оканчивающихся ликвидацией скважины или бурением нового ствола, являются прихваты колонн бурильных и (или) обсадных труб. Как правило, прихватам предшествуют затяжки бурового инструмента, связанные с обвалами пород или попаданием бурильного инструмента в желоба, им же образованные и ликвидируемые без остановки технологического процесса. В современных условиях бурения, характеризующихся разнообразием геологического строения районов, ростом глубин скважин, высокими давлениями и температурами, а также солевой агрессией, приводящими к деструкции бурового раствора, наличием толщ проницаемых отложений и неустойчивых пород, сложными конструкциями скважин и компоновок низа бурильных колонн, разнообразием систем химических обработок буровых растворов, сложной пространственной конфигурацией скважин, вопросам предупреждения прихватов бурильных и обсадных колонн, а также способам ликвидации последствий осложнений отводится первостепенная роль. Природа их различна, поэтому и методы ликвидации их отличаются друг от друга и имеют свою специфику. На возникновение прихватов колонн труб оказывает влияние множество факторов, дифференцировать которые с целью оценки их влияния трудно. Можно схематично разделить действующие при прихвате колонн труб силы на силы механического прижатия труб к стенке скважины, связанные с действием перепада давления и горизонтальной составляющей веса колонны труб, и адгезионные силы взаимодействия, зависящие от свойств фильтрационной корки, состояния контактной зоны и условий среды. Эти силы действуют совместно. В зависимости от условий в скважине их соотношение меняется. Сопоставление данных о прихватах в России и за рубежом показывает наличие однотипных по причинам и тяжести прихватов. Однако более детальное изучение физико-механических свойств пород нефтегазовых месторождений, условий их формирования и залегания, более строгое нормирование показателей буровых растворов, исходных материалов для них, химических реагентов - все это позволило буровикам значительно сократить количество прихватов. Глава 1. «Природа прихватов бурильных колонн» Прихватом следует считать процесс, характеризующийся потерей подвижности колонны труб или скважинных приборов, которая не восстанавливается даже после приложения к ним максимально допустимых нагрузок с учетом запаса прочности материала (стали). Наибольшее распространение прихваты имеют в юго-западных и южных районах СНГ, что вызвано наличием сложных горно-геологических условий, значительными глубинами скважин и необходимостью преодоления встречающихся при этом различных осложнений процесса их сооружения. Для юго-западных районов характерны прихваты, вызываемые действием повышенного перепада давления, а для северо-восточных районов - в результате заклинивания труб в суженной части ствола из-за нарушения режима промывки (сальникообразования, оседания частиц шлама и др.). Большинство отечественных и зарубежных исследователей считает, что основная причина прихватов заключается в действии перепада давления и гидростатического давления, адгезионных сил и заклинивания долота в нерасширенных и суженных участках ствола скважин, а также заклинивание колонны труб вследствие скопления в стволе шлама в результате недостаточной промывки. На возникновение прихватов существенно влияют физические свойства фильтрационных корок (липкость, прочность структуры, связанность частиц, пористость, проницаемость), контактирующих с бурильным инструментом. Некоторые исследователи устанавливают прямую зависимость прихвата колонн труб от водоотдачи раствора. Установлено, что водоотдача растворов, обработанных УЩР, увеличивается с ростом давления, причем особенно интенсивно в пределах от 0 до 1,0 МПа. Для растворов, обработанных лигносульфонатами, характерно, что, начиная с некоторого значения, дальнейшее повышение давления приводит к снижению водоотдачи; объясняется это способностью глинистых корок, образованных из таких растворов, сжиматься в большей степени по сравнению с фильтрационными корками из других растворов. Рост степени сжимаемости связан с коагулирующим воздействием лигносульфонатов. В соответствии с отмеченным явлением очевидна зависимость степени сжимаемости корок от вида реагента, которым обрабатывают раствор. Поскольку прихват бурильного инструмента обычно происходит в процессе циркуляции бурового раствора, важным показателем является динамическая водоотдача, которая больше статической. В случае нормальной циркуляции бурового раствора через определенное время между процессами образования глинистой корки и ее размыва устанавливается динамическое равновесие. При этом толщина корки и водоотдача раствора в проницаемые пласты стабилизируются. Определено, что динамическое равновесие устанавливается тем быстрее, чем выше скорости потока бурового раствора. Значение силы трения покоя между глинистой коркой и металлической трубой зависит от количества прокачиваемой жидкости. При структурном режиме течения жидкости увеличение подачи насоса приводит к уменьшению силы трения вследствие интенсивного размыва рыхлого слоя корки, прилегающего к трубе, и в результате к уменьшению площади контакта между трубой и коркой. При турбулентном режиме течения увеличение расхода прокачиваемой жидкости вызывает повышение гидродинамического давления, следовательно, и перепада давления, а также силы трения. Увеличение содержания утяжелителя приводит к возрастанию коэффициента трения, а профилактические добавки нефти к буровому раствору в несколько раз снижают коэффициент трения и уменьшают связанность частиц в глинистой корке. Однако нефть при высоких температурах и давлениях теряет свои смазочные свойства. В этих условиях предпочтительнее использовать смазки на основе окисленного петролатума, жирных кислот, смеси гудронов, а также натуральных жиров. Более эффективно (для снижения коэффициента трения) совместное использование смазочных и поверхностно-активных веществ. Улучшить смазочные свойства буровых растворов можно добавками, содержащими сульфированные соли щелочных металлов, а также тризамещенный оксиамин и ненасыщенные карбоновые кислоты с 12 атомами углерода в молекуле и более, получаемые из хлопкового, льняного, касторового, пальмового, соевого масел. На возникновение прихватов под действием перепада давления существенно влияют структурно-механические свойства буровых растворов. Однако регулирование этих свойств не всегда помогает предотвратить прихваты инструмента, находящегося без движения в интервале залегания хорошо проницаемых пород. Поскольку прихваты такого вида широко распространены, а ликвидация их, особенно на больших глубинах, связана со значительными трудностями, рассмотрение факторов, приводящих к их возникновению, представляет несомненный интерес. Впервые теория возникновения прихвата под действием перепада давления выдвинута в 1944 г. А.И. Малышевым, а за рубежом (в США) разработана и подтверждена К.С. Пенфилдом, В.Е. Хелмиком и А.Д. Лонгли Результаты экспериментальных работ показали, что сила прихвата бурильного инструмента слагается из двух составляющих, зависящих от свойств бурового раствора: первая сила пропорциональна перепаду давления, коэффициенту трения металла о скелет корки и площади поверхности прихвата инструмента, а вторая - сила сцепления (в несколько раз меньшая, чем первая) - косвенно зависит от перепада давления в зоне прихвата. Для выявления роли перепада давления в возникновении прихвата В.Е. Хелмнк и А.Д. Лонгли провели опыты и установили: 1) сила прихвата возрастает с увеличением перепада давления в месте прихвата и времени пребывания бурильного инструмента в неподвижном состоянии; 2) сила прихвата складывается из двух составляющих - силы, возникающей под действием перепада давления (сила взаимодействия), и силы прилипания (адгезии) трубы к глинистой корке. Опыты показали, что для преодоления первой силы необходимо 55 % от общей, а для преодоления второй - 45 %. При исследовании факторов, влияющих на значение силы прихвата инструмента, установлено, что в присутствии нефти существенно уменьшались как сила взаимодействия, так и сила адгезии глинистой корки со стальной поверхностью. Это явление исследователи объяснили смачиванием трубы нефтью. Процесс смачивания ускоряют путем покрытия труб веществами, близкими по составу к нефти, а также добавками ПАВ. С резким увеличением глубины бурения скважин (с соответствующим повышением температур и давления) значительно возрастает опасность прихватов, вызванных действием перепада давления, особенно в тех районах бурения, где применяют утяжеленные буровые растворы. Установлено, что при перепаде 10 МПа сила прихвата зависит не только от перепада, но и от значения депрессии в зоне контакта инструмента и корки. Значение депрессии тем выше, чем больше уменьшается проницаемость глинистой корки. Когда сжатая часть корки непроницаема, инструмент прижимается к ней с силой, равной произведению перепада давления в зоне контакта на его площадь. Изменение проницаемости корки зависит от качества бурового раствора, степени его утяжеления, химической обработки и прочности структуры корки; при перепаде давления 16 МПа корка интенсивно формируется в течение первых 20 - 30 мин, когда скорость фильтрации максимальна. Сила прихвата при больших перепадах давления пропорциональна значению перепада давления. Коэффициент трения в паре диск - корка не зависит от перепада давления (нагрузки на диск) и изменяется в пределах 0,009 - 0,023 в соответствии с типом раствора. Кроме сил трения, как указывалось, на прихваты влияют и адгезионные силы. Увеличение диаметра применяемого бурильного инструмента приводит к повышению силы прихвата вследствие роста площади контакта труб с коркой, а также интенсивного нарастания корки вне зоны контакта. Измерения показателей адгезионных и фрикционных свойств корок (по отношению к стали труб) при заданном перепаде давления (во ВНИИБТ) показали, что сдвиг стали по корке, происходит не по поверхности контакта, а в слое корки - вблизи этой поверхности. При перепаде давления до 2 МПа силы сдвига возрастают пропорционально перепаду давления, а при 3 - 4 МПа - эта зависимость нарушается в результате упрочнения корки. Дальнейший рост перепада давления не увеличивает сил сдвига. При исследовании сил прилипания установлено, что они интенсивно возрастают в первые 30 - 40 мин контакта, а затем стабилизируются. Таким образом, согласно существующим в настоящее время мнениям, причина явлении, приводящих к прихвату труб при бурении скважин. - действие перепада давления. Однако при прочих равных условиях в возникновении прихвата существенную роль играют и физико-механические свойства фильтрационных корок, с которыми соприкасается бурильный инструмент при прихвате. Действие других факторов (температура, противодавление, качество смазочной добавки к буровому раствору, искривление ствола скважины, тип бурового раствора, проницаемость породы и фильтрационной корки, характер циркуляции) или не исследовали, или исследовали недостаточно, хотя в возникновении прихватов они (в ряде случаев) играют решающую роль.
Значительный объем исследований проведен А.К. Самотоем. К наиболее распространенным прихватам он относит: у стенки скважины под действием перепада давления; вследствие заклинивания низа колонн при их движении в скважине; в результате желобообразования; вследствие сальникообразования; из-за нарушения устойчивого состояния пород; вследствие заклинивания колонн посторонними предметами; вследствие нарушения режима промывки по причине заклинивания породоразрушающего инструмента; испытателей пластов при опробовании скважин в процессе бурения. 1. Прихваты у стенки скважины под действием перепада давления (между гидростатическим и пластовым) возможны при наличии в стволе скважины проницаемых отложений (песчаников, известняков и т.п.), при использовании бурового (глинистого) раствора и при наличии прижимающей силы, обусловленной нормальной составляющей веса труб, расположенных в зоне проницаемых отложений. Этот вид прихватов возникает вследствие оставления колонны труб в неподвижном состоянии на определенное время, в течение которого поверхность труб соприкасается с фильтрационной коркой, постепенно уплотняющейся и принимающей на себя действие перепада давления. Обычно при возникновении этого вида прихватов циркуляция бурового раствора сохраняется.
Обвалы пород характерны для отложений глинистого комплекса и отличаются внезапностью, особенно при бурении перемятых, тектонически нарушенных, сильнотрещиноватых и склонных к набуханию пород. В процессе бурения при промывке обвалы сопровождаются резким повышением давления, приводящим в ряде случаев к гидроразрывам пластов и поглощениям, интенсивным затяжкам и обильным выносам кусков обвалившейся породы, недохождением долота до забоя. В некоторых случаях обвалообразование возникает в результате поглощения бурового раствора со снижением уровня и, как следствие, противодавления в пространстве. Признаками осыпей пород являются: вынос оскольчатого шлама во время промывки скважины, посадки, затяжки инструмента, затруднения при спуске долота без проработок и интенсивных промывок, повышение давления в нагнетательной линии при бурении и проработках, сопровождающееся иногда поглощением бурового раствора Обвалообразования и осыпи связаны с циклическими колебаниями гидродинамического давления в процессе бурения скважин, большими значениями составляющих горного давления, несоответствием свойств бурового раствора горногеологическим условиям бурения скважин, длительным оставлением пробуренных интервалов без крепления обсадными колоннами. Проявления пластических течений пород (в основном соленосных отложений) обусловлены недостаточными противодавлениями, несоответствием типа бурового раствора составу пород, а также влиянием термодинамических процессов.
Приведенное распределение прихватов по видам осуществлено по наиболее вероятным признакам или совокупностям признаков их возникновения. В природе взаимодействие различных факторов и процессов не приводит к возникновению прихвата только определенного вида. Так, при остановке колонны труб (например, при заклиниваниях в суженных частях ствола или желобных выработках) начинается процесс прихвата вследствие действия перепада давления, а при прекращении циркуляции - осаждения частиц шлама, утяжелителя и т.п. Процессы, происходящие в скважине при прихвате инструмента, взаимосвязаны и усложняют явления, дополняя друг друга. По сочетаниям конкретных ситуаций и признаков обычно удается определить причину происшедшего прихвата, а также способы его ликвидации. |