книги из ГПНТБ / Танкибаев, М. А. Желобообразования при бурении скважин

Г Л А В А V

ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСЛОЖНЕНИЯ, АВАРИИ И ДРУГИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ ЖЕЛОБООБРАЗОВАНИЕМ

§ 1. НЕКОТОРЫЕ ПРИЗНАКИ, УКАЗЫВАЮЩИЕ НА НАЧАВШИЕСЯ ПРОЦЕССЫ ОБРАЗОВАНИЯ ЖЕЛОБА В БУРЕНИИ

Как показал анализ промысловых данных, трудно наз­

определить момент, до которого ствол сохраняет первона­ чальный диаметр, вскрытый бурением, и после, когда нару­ шается его целостность. Очевидно, это объясняется тем, что сам по себе процесс образования желоба, будучи обуслов­ лен многими факторами, характеризуется явлением посте­ пенного нарастющего развития, первоначально не прояв­ ляющим себя ничем до определенного состояния, когда пос­ леднее переходит в качество в виде первых признаков ос­ ложненное™ ствола скважины.

Период перехода количественного развития желоба до качественного проявления осложненное™ ствола скважины представляет собой сложную зависимость, определяющую­ ся совокупностью факторов для конкретно взятых условий. Поэтому до наших работ считалось, что в этот период от­ сутствует какая-либо возможность определения призна­ ков, указывающих на начавшиеся процессы образования желоба.

Все исследователи, без исключения, подозревают нали­ чие желоба по мере проявления признаков осложненности ствола скважины. Тем не менее очевидна важность опре­ деления признаков начавшегося образования желоба имен­ но в этот период, т. е. задолго до первых проявлений ослож­ ненности ствола скважины.

Прежде чем изложить нашу точку зрения на основные признаки, указывающие на начавшиеся процессы образова­ ния желоба, рассмотрим существующие мнения других ис­ следователей по этому вопросу.

Одни исследователи справедливо считают, что образо­ вание желоба не всегда возможно вовремя заметить [19, 24, 25, 30, 62]. Часто первое заклинивание бурового инстру­ мента носит чисто случайный характер, затем такие случай

112

очень быстро учащаются, и ликвидации их с каждым разом становятся сложнее [33]. Иногда признаки образования Желоба обнаруживают только при спуске обсадных колонн [65]. Другие авторы наличие желоба подтверждают тем, что не удается накрыть голову обрыва инструмента, попав­ шего в желоб [26].

Все перечисленные мнения являются не столько призна­ ками, указывающими на начавшиеся процессы образования Желоба, сколько тяжелыми последствиями таковых явле­ ний. Это подтверждается анализом производственных ма­ териалов.

Часть исследователей считают, что образование желоба можно заметить несколько раньше появления осложнен­ ное™ ствола скважины по двум признакам:

1)по сработке замков и части тела трубы ниже муфты

[68].Мы проводили осмотр и замер степени сработки зам­ ков и части тела труб ниже муфты по нескольким скважи­ нам на месторождениях Жетыбай, Узень, Прорва и Кумсай, в которых наличие желобов не вызывает сомнений.

Результаты осмотра показали, что практически этими при­ знаками пользоваться нельзя. Трудность заключается в том, Что материалы замка, трубы, обладая намного большей из­ носостойкостью, чем породы, склонные к образованию же­ лобов, не успевают заметно изнашиваться не только в на­ чальный период, но даже при работе иа нескольких (2—3) скважинах. Поэтому при сработке замков и труб можно судить вообще о возможном образовании желоба, в це­ лом по всему месторождению, но не о начавшемся процессе таковых по отдельной скважине;

2) по появлению затяжек, посадок и прихватов инстру­ мента, иногда зависанию инструмента при наличии нагрузки на долото в процессе бурения, обусловленных сменой соеди­ нительных замков на большой диаметр. Во всех случаях Циркуляция промывочной жидкости нормальная.

Эти признаки тоже не могут характеризовать начавшие­ ся процессы образования желоба. Во-первых, они являются явным признаком уже образовавшегося желоба, во-вторых, как считают авторы [45, 68] (этого мнения придерживаем­ ся и мы), смена соединительных замков на большой диа­ метр недопустима. При наличии желоба в скважине такая смена может привести к заклиниванию при первых же спуско-подъемах инструмента. В этом случае отношение Диаметра новых замков к диаметру прежних будет мень-

ше 1,4—1,5, иначе К = < 1 ,4 — 1,5, что очень опасно

(табл. 10).

Таким образом, в практике бурения и литературе до сих пор не известны внешние признаки, указывающие на начав­ шиеся процессы образования желоба. Тем не менее, как по­ казали практика бурения на месторождении Жетыбай и др., такие признаки имеются. Основные из них мы условно сгруппировали в две категории по принципу проявления этих признаков.

1. Основные признаки начавшегося образования жело­ ба, проявляющиеся в поведении бурового инструмента, иначе по технологическим данным бурения:

а) незначительные посадки в одних и тех же интервалах при спуске инструмента. Это обусловлено, с одной стороны, жесткостью низа инструмента с турбобуром или УБТ, с другой ■— большой растягивающей нагрузкой при спуске, чем при подъеме.

Отсюда следует, и это подтверждается практикой, что посадки инструмента при спуске появляются несколько раньше проработок и затяжек, однако тяжелых последствий в виде прихватов не имеют. Здесь и в дальнейшем имеется в виду одна и та же компановка инструмента;

б) проработка (что следует из «а») при промывочной жидкости нормального качества, на некотором расстоянии от забоя в одних и тех же интервалах, где таковые раньше не замечались;

в) в дальнейшем появляются затяжки инструмента при подъеме в тех же интервалах, при прочих одинаковых усло­ виях. Появление первых затяжек часто носит случайный характер, обычно бурильщики на них не обращают внима­ ния, при последующих спуско-подъемах посадки учащают­ ся. Это уже будет указывать на наличие в скважине желоба опасных размеров. Продолжительность периода от первых затяжек до заклинивания инструмента по разным скважи­ нам весьма различна и зависит от многих конкретных усло­ вий. Поэтому необходимо срочно принять меры по обнару­ жению желоба специальными исследованиями скважины при появлении первых же затяжек.

2. Основные признаки начавшегося желобообразованиЯ по результатам стандартных исследований скважины, вхо­ дящих в обязательный промыслово-геофизический ком­ плекс:

114

а) «выполаживание» ствола скважины в отдельных ин­ тервалах по данным замеров кривизны.

Из практики бурения замечено, что при различных за­ мерах кривизны в одном и том же интервале, в каждом последующем случае, как правило, уменьшается величина зенитного искривления. Анализ подобных случаев показал, что они происходят в скважинах, в которых возможно обра­ зование желоба. Эти случаи позволили нам использовать их как основной принцип методики качественного обнаружения желоба в стволах бурящейся скважины, подробности опи­ саны в соответствующем разделе (гл. II, § 1).

При определении признаков начавшегося желоба по «выполаживанию» ствола скважины сопоставляются два или несколько данных замеров кривизны одного и того же интервала. Желательно иметь кривизну, наиболее близкую к ее первоначальному значению, т. е. сразу же после вскры­ тия рассматриваемого интервала. Для сопоставления при­ нимается кривизна к моменту появления технологических признаков, указывающих на возможное начало желобообразования. Уменьшение величины искривления в последую­ щих замерах указывает па начавшийся процесс образова­ ния желоба в этом интервале. Проведение такого сопостав­ ления не вызывает трудностей в наклонно-направленных скважинах, где замеры кривизны проводятся довольно час­ то. В вертикальных скважинах это связано с небольшими Дополнительными затратами. Однако они многократно оку­ пятся, если же в первых пробуренных на месторождении скважинах будут выявлены осложнения, обуславливающие Наличие желоба;

б) увеличение номинального диаметра скважины по данным стандартного каверномера.

Как показал анализ промысловых данных, интервалы об­ разованного желоба совпадают с интервалами кавернообразования по данным стандартной кавернометрии. Здесь име­ ется в виду, во-первых, отсутствие каверн в аналогичных Условиях бурения по другим скважинам, во-вторых, отсут­ ствие или незначительность каверн в рассматриваемом ин­ тервале по данной или соседним скважинам при замерах, близких во времени к вскрытию этих отложений, iB-третьих, постепенность развития кавернообразования во времени по Различным замерам.

Сопоставление проводится по наиболее ранним и посДедним замерам, когда возникнут подозрения на начавше­ еся образование желоба по технологическим данным;

115

в) искажение показании микрозопдов.

При бурении глубоких скважин, во время проведения промежуточного каротажа, следует повторять записи пока­ заний микрозондирования в интервалах подозреваемых в возможном образовании желоба.

Таким образом, внешние признаки могут служить для определения начавшихся процессов желобообразования, задолго до появления осложнений или аварий в стволе бу­ рящейся скважины.

§ 2. ОСЛОЖНЕНИЯ И АВАРИИ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН

В предыдущем разделе нами отмечалось, что количест­ венное развитие желоба со временем переходит в качествен­ ное проявление осложненное™ ствола скважины. В опре­ деленных условиях они перерастают в аварии с тяжелыми последствиями.

Это подтверждается практикой бурения скважин на месторождениях Западного Казахстана, Краснодарского края, Таджикистана и других районах.

Согласно нашей классификации [54], представляется возможным довольно четко выделить виды осложнений и аварий, возникающих вследствие образования желобооб­ разных выработок.

Основные осложнения, вызываемые наличием желоба при бурении, следующие:

а) проработка в интервалах образовавшегося желоба. Непредусмотренные проработки (за исключением про­ работок перед производством промыслово-геофизических исследований, спуском колонны), как правило, обусловлены несоответствием принятой технологии бурения к конкрет­ ным геологическим условиям, в связи с чем они отнесены

нами к категории осложнений [54].

Рассмотрим на конкретном примере влияние желоба на увеличение проработки (рис. 33).

По частоте проработок выделяются три основных участка.

Первый участок в интервале 950—1150 м. В этом интер­ вале почти по всем скважинам месторождения Жетыбай наблюдаются проработки. Интересно то, что проработки я этой зоне начинаются после углубления ниже этого участка

116

на 600—700 м, т. е. с глуби­ ны 1700—1750 м. При этом по достижении проектной глубины 2600—2700 м на этих участках количество проработок достигает 38— 50 (скв. 4, 9) с общей затратой времени от 50 до 400 часов по одной скважи­ не. Проработки не связаны с качеством промывочной жидкости. Здесь возможное образование желоба уста­ новлено специальными ис­ следованиями. Сужение от­ сутствует, каверномеры по­ казывают увеличение диа­ метра скважины в интерва­ лах проработки.

Второй участок в интер­ вале 1650—1750 м. Прора­ ботки появляются с глуби­ ны 2150 м и ниже, при вы­ ходе на 400 м и более от рассматриваемой зоны. Ко­ личество проработок раз­ личное по отдельным сква­ жинам и колеблется в пре­ делах 25—40.

Третий участок в интер­ вале 1850—2100 м. Прора­ ботки появляются с глубины 2300 м и ниже. При этом, в зависимости от различных факторов, они могут поя­ виться и раньше. Так, по скважине 4-Жетыбай за­ клинивание бурового инс­ трумента в желобе произо­ шло при забое 2161 м. Про­ должительность бурения в интервале 1900—2161 м—45

Дней. Очевидно, этим объ­ ясняется и то, что здесь об­

17

разование желоба началось несколько раньше, чем по дру­ гим скважинам (при относительно малом выходе из-под участка).

Помимо этих трех основных участков, проработки из-за наличия желоба замечены еще в двух интервалах. На участке 300—400 м (скв. 4, 1) при бурении под технические колонны из-за большой продолжительности работ в этих интервалах образовались желоба. На скважинах, которые бурились в более позднее время, где взамен технических ко­

бурении и на них задалживается от 200 до 800 часов по каж­ дой скважине. Трудность борьбы с такого вида проработ­ кой заключается в том, что она почти не зависит от качест­ ва применяемой промывочной жидкости. Их сокращение возможно только путем предупреждения образования жело­ ба или его разрушения;

б) посадки и затяжки бурового инструмента.

Посадки при спуске, затяжки при подъеме инструмента появляются после первых же проработок в интервалах об­ разованного желоба. Вначале они могут быть незначитель­ ными, затем учащаются, с каждым разом на их ликвидацию затрачивается все больше времени и труда. Затраты време­ ни на их ликвидацию колеблются в широких пределах и поч­ ти не поддаются учету.

Такие посадки и затяжки со временем переходят в заклинивание инструмента с весьма тяжелыми последст­ виями.

Основные аварии в бурении, обусловленные желобообразованием:

а) заклинивание при подъеме турбобура, УБТ или дру­ гих узлов инструмента, имеющих диаметр, превышающий диаметр применяемых бурильных замков.

Аварии этого вида чаще всего происходят в желобах даже незначительной глубины, образованых в прочных по­ родах, в большинстве случаев представленных коллектора­ ми, обуславливающими нарастание глинистой корки.

Заклиниванию способствуют, главным образом, четыре фактора: 1) несоответствие коэффициента безопасности «К» и клинового угла «а» [45]; 2) резкое изменение режи­ ма движения узлов инструмента, потенциально подвержен­

118

ного заклиниванию из-за наличия выше и нижележащих зон расширения ствола скважины [58]; 3) перегиб — интен­ сивное искривление ствола скважины в зоне желоба [50]; 4) малая мощность прочных пород с желобом (рис. 29, сеч. AAi).

Рассмотрение приведенных факторов, способствующих заклиниванию инструмента в желобе, показывает, что пре­ дупреждение подобных аварий воздействием извне, воз­ можно только при одном варианте — при правильном под­ боре или неизменной конструкции бурильной колонны в со­ ответствии с необходимыми теоретическими значениями «К» и «а». В остальных случаях заклинивание неизбежно. Отсюда напрашивается основной вывод: прежде всего не­ обходимо не допускать образования желоба против проч­ ных пород, если же образование желоба предотвратить не­ возможно, то необходимо принять срочные меры по разру­ шению желобообразной выработки.

Здесь будет уместно остановиться на ошибочном мнении некоторых исследователей о наиболее опасной для прихва­ тов форме желоба. Так, С. Б. Фролов и Н. А. Сидоров счи­ тают, что наиболее опасными, с точки зрения прихватов и последующих трудностей по их ликвидации, являются спи­ ралеобразные желоба с небольшим шагом [59]. Такие при­ хваты не могут быть опасными хотя бы потому, что суще­ ствование спиралеобразных выработок вообще невозможно. Постараемся объяснить это, исходя из изложенного в пре­ дыдущих главах. Одним из основных факторов, обуславли­ вающих образование желоба, является нормальная сила (контактное давление), возникающая от веса части колонны бурильных труб, находящихся ниже искривленного участка ствола, потенциально подверженного желобообразованию. Отсюда следует, что чем больше длина свободно висящей (не лежащей на других перегибах) части колонны, тем больше контактное давление, тем интенсивней образование Желоба и наоборот. Допустить возможность спиралевидной Желобообразной выработки, это значит признать спирале­ видное искривление ствола с небольшим шагом. Из послед­ него следует (по закону винта), что вес части колонны бурильных труб претерпевает разгрузку, что, в свою оче­ редь, обуславливает уменьшение контактного давления Р. При этом, чем меньше шаг винта, тем меньше Р.

Можно добавить, что в свое время мы занимались теоре­ тическими исследованиями оптимального профиля ствола скважины, при котором образование желоба исключается,

119