Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
2764.Осложнения и аварии при бурении нефтяных и газовых скважин..pdf
Скачиваний:
103
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
28.33 Mб
Скачать

Глава

ПРИХВАТЫ, ЗАТЯЖКИ

7

И ПОСАДКИ КОЛОННЫ ТРУБ,

 

ЖЕЛОБООБРАЗОВАНИЕ

Одним из самых распространенных серьез­ ных и дорогостоящих видов осложнений при проводке сква­ жин, иногда оканчивающихся ликвидацией скважины или бу­ рением нового ствола, являются прихваты колонн бурильных и (или) обсадных труб. Как правило, прихватам предшеству­ ют затяжки бурового инструмента, связанные с обвалами по­ род или попаданием бурильного инструмента в желоба, им же образованные и ликвидируемые без остановки технологи­ ческого процесса.

В современных условиях бурения, характеризующихся разнообразием геологического строения районов, ростом глубин скважин, высокими давлениями и температурами, а также солевой агрессией, приводящими к деструкции бурово­ го раствора, наличием толщ проницаемых отложений и неус­ тойчивых пород, сложными конструкциями скважин и ком ­ поновок низа бурильных колонн, разнообразием систем хи ­ мических обработок буровых растворов, сложной простран­ ственной конфигурацией скважин, вопросам предупреждения прихватов бурильных и обсадных колонн, а также способам ликвидации последствий осложнений отводится первостепен­ ная роль.

Природа их различна, поэтому и методы ликвидации их отличаются друг от друга и имеют свою специфику.

На возникновение прихватов колонн труб оказывает вли­ яние множество факторов, дифференцировать которые с це­ лью 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 адгези­ онные силы взаимодействия, зависящие от свойств фильтра­ ционной корки, состояния контактной зоны и условий сре­ ды. Эти силы действуют совместно. В зависимости от усло­ вий в скважине их соотношение меняется. Сопоставление данных о прихватах в России и за рубежом показывает на­

личие однотипных по причинам и тяжести прихватов. Одна­ ко более детальное изучение физико-механических свойств пород нефтегазовых месторождений, условий их формирова­ ния и залегания, более строгое нормирование показателей буровых растворов, исходных материалов для них, химичес­ ких реагентов — все это позволило буровикам значительно сократить количество прихватов.

7.1. ПРИРОДА ПРИХВАТОВ КОЛОНН ТРУБ

Прихватом следует считать процесс, характе­ ризующийся потерей подвижности колонны труб или сква­ жинных приборов, которая не восстанавливается даже после приложения к ним максимально допустимых нагрузок с уче­ том запаса прочности материала'(стали).

Наибольшее распространение прихваты имеют в югозападных и южных районах СНГ, что вызвано наличием сложных горно-геологических условий, значительными глу­ бинами скважин и необходимостью преодоления встречаю­ щихся при этом различных осложнений процесса их соору­ жения. 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 про­ мывки (сальникообразования, оседания частиц шлама и др.).

Большинство отечественных и зарубежных исследователей считает, что основная причина прихватов заключается в дей­ ствии перепада давления и гидростатического давления, адге­ зионных сил и заклинивания долота в нерасширенных и су­ женных участках ствола скважин, а также заклинивание к о ­ лонны труб вследствие скопления в стволе шлама в результа­ те недостаточной промывки.

На возникновение прихватов существенно влияют физиче­ ские свойства фильтрационных корок (липкость, прочность структуры, связанность частиц, пористость, проницаемость), контактирующих с бурильным инструментом.

Некоторые исследователи устанавливают прямую зависи­ мость прихвата колонн труб от водоотдачи раствора. Уста­ новлено, что водоотдача растворов, обработанных УЩР, уве­ личивается с ростом давления, причем особенно интенсивно в пределах от 0 до 1,0 МПа. Для растворов, обработанных лиг-

носульфонатами, характерно, что, начиная с некоторого зна­ чения, дальнейшее повышение давления приводит к сниже­ нию 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 к о ­ агулирующим воздействием лигносульфонатов. В соответст­ вии с отмеченным явлением очевидна зависимость степени сжимаемости корок от вида реагента, которым обрабатыва­ ют раствор.

Поскольку прихват бурильного инструмента обычно про­ исходит в процессе циркуляции бурового раствора, важным показателем является динамическая водоотдача, которая больше статической. В случае нормальной циркуляции буро­ вого раствора через определенное время между процессами образования глинистой корки и ее размыва устанавливается динамическое равновесие. При этом толщина корки и водо­ отдача 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 уве­ личение подачи насоса приводит к уменьшению силы трения вследствие интенсивного размыва рыхлого слоя корки, при­ легающего к трубе, и в результате к уменьшению площади контакта между трубой и коркой. При турбулентном режиме течения увеличение расхода прокачиваемой жидкости вы зы ­ вает повышение гидродинамического давления, следовательно, и перепада давления, а также силы трения.

Увеличение содержания утяжелителя приводит к возраста­ нию коэффициента трения, а профилактические добавки нефти к буровому раствору в несколько раз снижают коэф ­ фициент трения и уменьшают связанность частиц в глинис­

той корке.

Однако нефть при высоких температурах и давлениях те­ ряет свои смазочные свойства. В этих условиях предпочти­ тельнее использовать смазки на основе окисленного петрола­ тума, жирны* кислот, смеси гудронов, а также натуральных жиров. Более эффективно (для снижения коэффициента тре­ ния) совместное использование смазочных и поверхностно­ активных веществ.

Улучшись смазочные свойства буровых растворов можно добавками, содержащими сульфированные соли щелочных

металлов, а также тризамещенный оксиамин и ненасыщен­ ные карбоновые кислоты с 12 атомами углерода в молекуле и более, получаемые из хлопкового, льняного, касторового, пальмового, соевого масел.

На возникновение прихватов под действием перепада дав­ ления существенно влияют структурно-механические свойства буровых растворов. Однако регулирование этих свойств не всегда помогает предотвратить прихваты инструмента, нахо­ дящегося без движения в интервале залегания хорошо про­ ницаемых пород. Поскольку прихваты такого вида ш ироко распространены, а ликвидация их, особенно на больших глу­ бинах, 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 эксперимен­ тальных работ показали, что сила прихвата бурильного инст­ румента 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 пер­ вая) — косвенно зависит от перепада давления в зоне при­ хвата.

Для выявления роли перепада давления в возникновении прихвата В.Е. Хелмик и А.Д. Лонгли провели опыты и уста­ новили: 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 — силь1» 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 исследова­ нии факторов, влияющих на значение силы прихвата инст­ румента, установлено, что в присутствии неф™ существенно уменьшались как сила взаимодействия, так и сила адгезии глинистой корки со стальной поверхность#- Эт0 явление исследователи объяснили смачиванием трубы нефтью. Процесс смачивания ускоряют путем покрытая труб вещест­ вами, близкими по составу к нефти, а также .добавками ПАВ.

С резким увеличением глубины бурения скважин (с соот­ ветствующим повышением температур и давления) значитель­ но 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 за ­ висит 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 прони­ цаемости корки зависит от качества бурового раствора, сте­ пени его утяжеления, химической обработки и прочности структуры корки; при перепаде давления 16 МПа корка ин­ тенсивно формируется в течение первых 20 —30 мин, когда скорость фильтрации максимальна. Сила прихвата при больших перепадах давления пропорциональна значению пе­ репада давления. Коэффициент трения в паре диск — корка не зависит от перепада давления (нагрузки на диск) и изменя­ ется 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 бу­ рильного 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 вре­ мя мнениям, причина явлений, приводящих к прихвату труб при бурении скважин, — действие перепада давления. Однако при прочих равных условиях в возникновении прихвата су­ щественную роль играют и физико-механические свойства фильтрационных корок, с которыми соприкасается буриль­ ный инструмент при прихвате.

Действие других факторов (температура, противодавление, качество смазочной добавки к буровому раствору, искривле­ ние ствола скважины, тип бурового раствора, проницаемость породы и фильтрационной корки, характер циркуляции) или не исследовали, или исследовали недостаточно, хотя в воз­ никновении прихватов они (в ряде случаев) играют решаю­ щую 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 предмета­ ми;

вследствие нарушения режима промывки; по причине заклинивания породоразрушающего инструмен­

та;

испытателей пластов при опробовании скважин в процес­ се 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, распо­ ложенных в зоне проницаемых отложений.

Этот вид прихватов возникает вследствие оставления ко ­ лонны труб в неподвижном состоянии на определенное вре­ мя, в течение которого поверхность труб соприкасается с фильтрационной коркой, постепенно уплотняющейся и при­ нимающей на себя действие перепада давления. Обычно при возникновении этого вида прихватов циркуляция бурового раствора сохраняется.

2. Прихваты вследствие заклинивания низа колонн труб характерны для зон сужения стволов скважин, вызванных сработкой долот по диаметру в твердых породах, для интер­ валов резкого искривления оси ствола скважины, а также для интервалов интенсивного нарастания фильтрационных корок, обвалообразования и др. Как правило, такие прихваты про­ исходят при спуске инструмента и характеризуются его пол­ ной разгрузкой.

3.Прихват вследствие желобообразования характеризуется появлением мгновенных больших затяжек при подъеме инст­ румента. Попытки освободить инструмент дополнительными натяжками приводят к еще большему затягиванию его в желобную выработку. Обычно циркуляция после возникновения прихвата восстанавливается легко, но не способствует осво­ бождению инструмента.

4.Прихваты вследствие сальникообразования возникают в

основном при разбуривании глинистых

отложений или х о ­

рошо проницаемых пород, на которых

формируется толстая

фильтрационная корка. В этих условиях образованию саль­ ников способствуют загрязненность ствола скважины выбу­ ренной породой при его неудовлетворительной промывке, плохая очистка бурового раствора от выбуренной породы и шлама, слипание частиц породы и фильтрационных корок, спуск инструмента до забоя без промежуточных промывок и проработок ствола или недостаточное и некачественное их проведение, длительное бурение в глинистых отложениях без периодического отрыва долота от забоя, ступенчатость ство­ ла, уширения, каверны, желоба и т.п., негерметичность бу­ рильной колонны, загрязнение приемных емкостей насосов. Обычно в случае прихватов вследствие сальникообразований циркуляция теряется частично или полностью.

5. Прихваты вследствие нарушения устойчивого состояния пород приурочены к интервалам обвалообразования и осы ­ пей, а также пластического течения пород, слагающих стенки скважин.

Обвалы пород характерны для отложений глинистого комплекса и отличаются внезапностью, особенно при буре­ нии перемятых, тектонически нарушенных, сильнотрещино­ ватых и склонных к набуханию пород. В процессе бурения при промывке обвалы сопровождаются резким повышением давления, приводящим в ряде случаев к гидроразрывам плас­ тов и поглощениям, интенсивным затяжкам и обильным вы­ носам 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 ин­ струмента, затруднения при спуске долота без проработок и интенсивных промывок, повышение давления в нагнетатель­ ной линии при бурении и проработках, сопровождающееся иногда поглощением бурового раствора.

Обвалообразования и осыпи связаны с циклическими ко ­ лебаниями гидродинамического давления в процессе бурения скважин, большими значениями составляющих горного дав­ ления, несоответствием свойств бурового раствора горно­ геологическим условиям бурения скважин, длительным остав­ лением пробуренных интервалов без крепления обсадными колоннами. Проявления пластических течений пород (в ос­ новном соленосных отложений) обусловлены недостаточны­ ми противодавлениями, несоответствием типа бурового рас­ твора составу пород, а также влиянием термодинамических процессов.

6.Прихваты, связанные с заклиниванием колонн посто­ ронними предметами (упавшими с устья скважины или нахо­ дившимися в стволе и не проявлявшими себя ранее), возни­ кают мгновенно, ликвидировать их расхаживанием и уста­ новкой ванн обычно не удается. Этот вид осложнений харак­ терен и для скважин, находящихся в эксплуатации.

7.Прихваты, происшедшие вследствие нарушения режима промывки, характеризуются постепенным повышением дав­ ления при промывке, появлением затяжек, постепенным пре­ кращением циркуляции. Указанное приводит к накоплению осадка из частиц шлама или утяжелителя в затрубном прост­ ранстве и трубах, а иногда и к поглощениям бурового рас­ твора. Одной из причин подобных аварий являются промои­ ны в колонне бурильных труб, хорошо прослеживаемые по снижению давления при циркуляции раствора. В ряде случаев, например при использовании в качестве утяжелителя барита, наблюдаются его флокуляция и выпадение в осадок, что ста­ новится заметным при восстановлении циркуляции и про­ мывке.

8.Породоразрушающий инструмент заклинивается чаще всего при спуске, а также вращении на забое. Циркуляция бурового раствора при этом не теряется. Ремонт скважин, вызванный осложнением, связанным с заклиниванием колон­ ковых долот и снарядов малого диаметра, очень сложен. Не­ редко приходится бурить второй ствол, а иногда ликвидиро­ вать скважину.

9.Прихваты испытателей пластов при опробовании сква­ жин в процессе бурения следует отнести в особую катего­ рию. В большинстве случаев прихват происходит вследствие "заиливания" фильтра при интенсивном притоке жидкости вместе с частицами слабосцементированных пород.

Приведенное распределение прихватов по видам осуществ­ лено по наиболее вероятным признакам или совокупностям

признаков их возникновения. В природе взаимодействие раз­ личных факторов и процессов не приводит к возникновению прихвата только определенного вида. Так, при остановке к о ­ лонны труб (например, при заклиниваниях в суженных час­ тях ствола или желобных выработках) начинается процесс прихвата вследствие действия перепада давления, а при пре­ кращении циркуляции — осаждения частиц шлама, утяжели­ теля и т.п. Процессы, происходящие в скважине при прихва­ те инструмента, взаимосвязаны и усложняют явления, допол­ няя друг друга. По сочетаниям конкретных ситуаций и при­ знаков обычно удается определить причину происшедшего прихвата, а также способы его ликвидации.

Способы ликвидации прихватов очень разнообразны (рис. 7.1). Из диаграммы видно, что в южных районах страны с

а

1 80г

80

 

Г н П 'П П м

%6<Ц-

lll.L.1 2 3 4 l5 6

 

 

60

 

 

Пр 1//тГТ1/и

и 40

7

 

40

11

6

kiL1 12 3 10

13

1 20-

 

20

I

______ а !

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

80г

 

 

80

 

 

 

 

 

 

 

 

 

!<ю-

U J8

L3

5i2

 

60-

 

 

60

 

1 40-

 

40-

 

 

40-

 

 

914

20-

10 6

5

6 3 1

6 13

Рис. 7.1. Диаграммы способов ликвидации прихватов.

Причины прихватов: а - перепад давления; б - заклинивание инструмента; в - заклинивание в желобных выработках; г - обвалообразования; д - нару­

шение режима промывки

Объединения: I - Краснодарнефтегаз; II - Грознефть; III - Дагнефть; IV -

Ставропольнефтегаз

Способы ликвидации прихватов: I - установка нефтяных ванн; 2 - установ­ ка кислотных и водяных ванн; 3 - работа шнуровыми торпедами; 4 - про­ мывка нефтью; 5 - забуривание нового ствола; 6 - обуривание прихвачен­ ных труб; 7 - работа Яссами; 8 - работа кумулятивными торпедами; 9 - от­ бивка инструмента ротором; 10 - промывка водой; 11 - применение лафет­ ных колец; 12 - расхаживание инструмента; 13 - работа райбером вдоль УБТ; 14 - авария не ликвидирована

Э0О

помощью установки нефтяных ванн ликвидируют 40 —80% прихватов, возникших вследствие действия перепада давле­ ния, и 20 —40 % прихватов, возникших в результате заклини­ вания колонн в суженной части ствола скважины. Ликвиди­ ровать прихваты, возникшие вследствие обвала пород, чрез­ вычайно трудно, и они часто переходят в категорию аварий, так как приходится или фрезеровать прихваченную часть к о ­ лонны, или устанавливать цементный мост и забуривать но­ вый ствол.

В настоящее время в мировой практике широко исполь­ зуют следующие средства и способы предупреждения и лик­ видации прихватов: растворы на углеводородной основе; рас­ творы, обработанные лигносульфонатными реагентами, эф ­ фективные смазочные добавки (СМАД, СГ, ОЖК) и ПАВ; центрирующие элементы оснастки бурильной колонны, уменьшающие площадь контакта ее со стенками скважины; механические и гидромеханические устройства; нормирова­ ние плотности бурового раствора и расхода смазочных доба­ вок; УБТ профильных сечений; профилеметрию и своевре­ менное разрушение желобов специальными компоновками и взрывами гибких торпед; предупреждение естественного всплывания рабочих агентов ванн; предупреждение произ­ вольного искривления стволов путем использования специ­ альных компоновок низа бурильной колонны; выбор конст­ рукции скважин с учетом недопущения совместного вскры ­ тия горизонтов с различными градиентами пластовых давле­ ний и резкого повышения скорости бурения.

7.2. СОВРЕМЕННОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О СПОСОБАХ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ И ЛИКВИДАЦИИ ПРИХВАТОВ

Профилактика предусматривает: использова­ ние рациональных конструкций скважин; применение буро­ вых растворов, свойства которых способствуют предупреж­ дению прихвата колонны и обеспечению устойчивого состоя­ ния пород, слагающих стенку скважин; нормирование пре­ вышения гидростатического давления над пластовым; недо­ пущение непланируемого искривления ствола скважины; пре­ дупреждение образования желобов и ликвидацию желобных выработок; применение противоприхватных компоновок ни-

400

за бурильных колонн; использование специальных приспо­ соблений и устройств, предупреждающих заклинивание ко ­ лонн труб в скважине в процессе бурения и при спускоподъ­ емных операциях.

Наименьшая вероятность прихвата у инструментов, име­ ющих меньший диаметр и длину (центратор, наддолотный калибратор, пакеры и др.).

При выборе рациональной конструкции скважины необ­ ходимо строго придерживаться следующих основных требо­ ваний: не допускать совместное вскрытие горизонтов с раз­ личными градиентами пластовых давлений; своевременно пе­ рекрывать опасный участок ствола промежуточной колонной или хвостовиком. Нарушение этих требований приводит к возникновению прихватов под действием перепада давления, ликвидация которых на большой глубине не всегда возмож ­ на.

Способствуют устранению осложнений, приводящих к прихватам, и многокомпонентные буровые растворы, сохра­ няющие устойчивость пород, слагающих стенку скважин. Ре­ комендовано: предупреждать термическую и термосолевую деструкции бурового раствора, кольматировать высокопро­ ницаемые породы, уменьшать колебания гидродинамического давления, формировать тонкую эластичную фильтрационную корку с низкими показателями фрикционных свойств и улучшать буримость пород.

Проблема сохранения устойчивости пород, слагающих стенки скважин, пока еще не полностью решена.

Применение известковых, гипсовых, малосиликатных с полимерными добавками при минимальной водоотдаче, с до­ бавками поваренной соли и хлористого кальция, эмульсион­ ных высокополимерных на неводной основе буровых рас­ творов дает удовлетворительные результаты только в некото­ рых условиях, так как причины разупрочнения пород неоди­ наковы.

Противоприхватными свойствами обладают буровые рас­ творы на углеводородной основе и обращенные эмульсии. Применение таких растворов благоприятствует улучшению буримости пород. Однако высокая стоимость, сложность ре­ гулирования их свойств в условиях высоких температур и давлений при агрессивной среде, дефицитность некоторых компонентов, повышенная пожароопасность сдерживают широкое использование этих буровых растворов.

Одна из наиболее сложных проблем при бурении - пре­ дотвращение коагуляции буровых растворов под действием

высоких температур, сопровождающаяся ростом водоотдачи и интенсивным структурообразованием, что повышает прихватоопасность.

Осложнения в скважинах, вызываемые термоокислитель­ ной деструкцией бурового раствора и являющиеся потенци­ ально возможными причинами прихватов, удается предотвра­ тить обработкой бурового раствора специальными термо­ стойкими защитными реагентами. Считается, что УЩР и

КССБ термостойки

при отсутствии солевой агрессии. К рах­

мал и КМЦ термостойки до температуры

соответственно 100

и 120—150 °С (КМЦ

— в зависимости от

степени полимери­

зации). Акриловые сополимеры термостойки при более вы­ соких температурах, что позволяет иметь низкую водоотдачу солевых растворов при температуре 180 —200 °С, пресных — до 250 °С (гипан, метас). Однако до сих пор для условий полиминеральной агрессии и высокой температуры (200— 300 °С) проблема регулирования свойств бурового раствора остается нерешенной.

Предотвратить прихваты в интервалах залеганий проница­ емых пород можно их кольматацией, так как существующие механические и физико-химические способы кольматации просты и с успехом применяются в различных условиях (М.Р. Мавлютов).

Время выравнивания давления в приствольной зоне и фильтрационной корке до значения гидростатического, при прочих равных условиях, зависит от проницаемости пласта и заполняющего его флюида. По мере увеличения степени кольматации проницаемых пород процесс выравнивания дав­ ления интенсифицируется, и вероятность возникновения прихвата в кольматированном участке ствола при действии гидростатического давления резко уменьшается. При создании больших гидростатических давлений значительно возрастает опасность возникновения прихвата. Так, ранее пробуренный участок ствола скважины, представленный проницаемыми породами, становится прихватоопасным с увеличением перепада давления, вызванного необходимостью повышения гидростатического давления для предупреждения возникнове­ ния нефте-, газо-, водопроявлений или обвалообразований.

Свойства бурового раствора не должны способствовать возникновению больших колебаний гидродинамического дав­ ления в стволе скважины в процессе циркуляции, при ее вос­ становлении и спускоподъемных операциях. Для этого реоло­ гические свойства буровых растворов должны быть по ВОЗ-

402

можности минимальными и регулируемыми с помощью реа­ гентов — понизителей вязкости и структурообразователей.

На возникновение прихватов в значительной степени вли­ яют структурно-механические свойства фильтрационных по­ род (адгезионная способность, сопротивление сдвигу, проч­ ность), зависящие от содержания твердой фазы в буровом растворе и ее состава, вида химической обработки и смазоч­ ной способности раствора.

Фрикционные свойства фильтрационных корок снижают применением высококачественных глинопорошков и утяже­ лителей, улучшением очистки раствора. Фильтрационные корки должны быть тонкими, эластичными, малоили не­ проницаемыми, с минимальными силами адгезии и коэф ф и ­ циентом трения.

Наименьшими показателями фрикционных свойств обла­ дают (А.К. Самотой) фильтрационные корки, образовавшиеся из растворов, содержащих нефтепродукты с длинными угле­ водородными цепями (окисленный петролатум, синтетические жирные кислоты и т.п.).

Самая распространенная смазочная добавка на промыслах в настоящее время — сырая нефть, рациональное содержа­ ние которой в буровом растворе в зависимости от его плот­ ности и температуры окружающей среды колеблется в пре­ делах 10—18%. Расчеты показывают, что в зависимости от геолого-технических условий бурения расход нефти для пре­ дупреждения прихватов составляет 0,05 —0,10 т на 1м про­ ходки.

Эффективность применения нефти как смазочной добавки при высокой температуре резко снижается, поэтому целесо­ образнее использовать другие, менее дорогие и более эф ф ек­ тивные продукты, например смеси гудронов (СГ), омыленные жирные кислоты (ОЖК), поверхностно-активные вещества (ПАВ).

Строгие требования должны предъявляться к выполнению условия нормирования превышения гидростатического давле­ ния в скважине над пластовым. Существующие способы оценки пластовых давлений не совершенны и применяются главным образом при исследовании продуктивных пластов. В остальных случаях сведения о предполагаемых пластовых давлениях получают в результате анализа данных о различ­ ных осложнениях, возникающих при проводке скважин.

Как правило, вероятность возникновения прихватов воз­ растает с увеличением произвольного искривления скважины. Характер искривления скважин, бурящихся в различных гео­

лого-технических условиях, различен и зависит от совместно­ го действия многих факторов. Используются жесткие компо­ новки низа бурильных колонн и регулирование осевых на­ грузок на долото в зависимости от угла падения пластов и перемежаемости пород по твердости; внедряется контроль за искривлением скважин; применяется для бурения скважин большого диаметра реактивно-турбинный способ бурения (РТБ) и долотный бур (БД). Следует обратить особое внима­ ние на возможность увеличения прихватов в горизонтальном бурении.

Наиболее серьезные осложнения, наблюдаемые при про­ водке скважин (особенно искривленных и наклонно направ­ ленных), — затяжки и посадки бурильного инструмента в участках ствола с желобными выработками, которые важно своевременно обнаружить и нейтрализовать.

Ж елобообразование можно обнаружить и оценить профилеметрией, а нейтрализовать — проработкой его интерва­ лов специальными компоновками бурильного инструмента и взрывом в них гибких торпед. Для профилеметрии зон желобообразования необходим надежный многоточечный (шести-, восьми-) профилемер, позволяющий также исследо­ вать азимутальное развитие желобных выработок в стволе скважины.

Как эффективные мероприятия для предупреждения при­ хватов можно использовать уменьшение фактической площа­ ди контакта труб со стенкой скважины, достигаемое в ре­ зультате применения центрирующих приспособлений, УБТ профильного сечения, квадратных УБТ со смещенными гра­ нями и т.д.

Около 50 % прихватов происходят вследствие заклинива­ ния труб в результате огромной силы инерции колонны, пре­ дотвратить которую при высоких скоростях движения бу­ рильного инструмента практически невозможно, так как бу­ рильщик реагирует на появление затяжки или посадки только через 5 —7 с после ее возникновения. Для торможения требу­ ется 10—15 с, а общее время, в течение которого низ бу­ рильной колонны взаимодействует со стенками скважины в момент посадки или затяжки, доходит до 25 —30 с. Причем значение затяжки порой превышает допустимое, а значение посадки достигает веса бурильного инструмента. Для предот­ вращения заклинивания бурильной колонны необходимо чет­ ко контролировать нагрузки при спуске, подъеме, вращении и экстренно останавливать колонну при появлении малейших дополнительных сил сопротивления.

Борьба с прихватами базируется на совокупности исполь­ зования опыта по ликвидации прихватов и селективного под­ бора наиболее эффективного для каждого конкретного слу­ чая способа или последовательного их применения. Однако подобный метод увеличивает затраты на борьбу с прихвата­ ми, особенно когда трудно определить их основную причину. Чтобы выбрать оптимальный способ ликвидации прихвата, необходимо получить минимальные затраты, рассчитать к о ­ торые можно с использованием методов математической ста­ тистики, в частности теории статистических решений.

Для ликвидации‘прихватов широко применяются жидкост­ ные ванны с применением в качестве рабочих агентов нефти, воды, кислот, щелочей, а также их комбинаций. Однако наи­ более эффективны нефтяные ванны с использованием ПАВ, например с дисольваном. Механизм действия химически ма­ лоактивных веществ (нефть, вода) до конца не изучен. Види­ мо, наряду с проникновением этих веществ в зону контакта труб с породой или с фильтрационной коркой, сопровожда­ ющимся смачиванием и смазыванием трущихся пар, проис­ ходят эрозия фильтрационных корок, образование в корках каналов, способствующих сообщению скважины с пластом и выравниванию давлений, повышение пластового давления в приствольной зоне скважины вследствие фильтрации нефти и воды в пласт при определенных условиях, в результате уменьшается перепад давления, действующий в зоне прихва­ та. Явления на границе сред металл — фильтрационная корка или порода, рабочий агент ванны — буровой раствор — стенка скважины — металл изучены недостаточно.

Для предупреждения миграции агентов ванн из зоны при­ хвата применяются буферные жидкости. Растворы, содержа­ щие макромолекулярные соединения, обладают хорошо регу­ лируемыми структурно-механическими свойствами (путем изменения концентрации полимера и подбора растворителей и разбавителей). Фильтратоотделение таких растворов крайне мало, несмешение их с буровым раствором и агентом ванны выгодно отличает их от других разделителей. При необходи­ мости плотность жидкости, используемой в качестве буфер­ ной, может быть доведена до требуемых значений. Среди композиций указанных жидкостей в первую очередь могут найти широкое применение: а) раствор натурального каучука (НК) концентрацией 0,3 —3,0 % в предельных углеводородах (бензине, керосине, дизельном топливе); б) раствор синтети­ ческих каучуков (СК) концентрацией 0,5 —5,0 % в предельных или ароматических углеводородах (дизельном топливе, арома­

тизированном газоконденсате, сланцевом конденсате, ксило­ лах и др.); в) раствор полистирола концентрацией 0,2 —3,0% в ароматических углеводородах; г) растворы поливинилацета­ та в простых и сложных эфирах. С точки зрения экономич­ ности наиболее целесообразно применение растворов НК и СК, приготовляемых из соответствующих латексов.

Причинами безрезультатной установки ванн являются не­ соответствие виду прихвата; несоблюдение определенной технологически необходимой и достаточной последователь­ ности проведения работ; значительная задержка во времени после возникновения прихвата; недостаточно выбранный объем рабочего агента для полного перекрытия зоны прихва­ та, уменьшения перепада давления и проведения необходимо­ го цикла работ; непринятие мер по предупреждению мигра­ ции рабочего агента из зоны прихвата, смешивания его с бу­ ровым раствором, а также флокуляции барита в растворе.

Соблюдение правил установки жидкостных ванн позволяет устранить указанные недостатки и значительно повысить эффективность применения этого способа.

Взрыв (в сочетании с прихватоопределителями) также можно рекомендовать для ликвидации прихватов, причем на­ иболее эффективно немедленное его использование с целью встряхивания колонны труб (применяют гибкие торпеды) и ликвидирования заклинивания долота (применяют фугасные торпеды).

Для ликвидации прихватов используют гидроимпульсный способ (ГИС), при котором реализуется эфф ект упругих к о ­ лебаний колонны труб и жидкости при резком снятии пред­ варительно созданных в них напряжений вследствие избы ­ точного давления внутри колонны труб.

Этот способ наиболее эффективен для устранения прихва­ тов, вызванных действием перепада давления, а также саль­ ников и осыпей пород, реже — желобообразованием.

Ограничивающие условия применения ГИС

 

Применение..................................................................................

Немедленное

Определенная длина неприхваточной части труб, м..............

> 1500

Избыточное давление, МПа на 1000 м колонны.....................

> 7

Циркуляция...................................................................................

Обязательная

Плотность бурового раствора, г/см3........................................

>1,35

Целостность и герметичность колонн......................................

Обязательные

Породы в разрезе........................................................................

Устойчивые

Специальные приспособления для мгновенного сообщения

Отсутствуют

внутритрубного и затрубного пространства...........................