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

и пришли к двум математическим уравнениям. Первое — идеально вертикальной скважины, второе — винтовой ли­ нии. Предлагать бурить скважины таких профилей не было смысла, так как преимущество слишком очевидно, практи­ чески трудно осуществимо и, наконец, в этом не было и нет необходимости;

б) заклинивание бурильных замков, которыми образован желоб при подъеме инструмента.

Этот вид аварий происходит против толстых глинистых корок и проявляется в виде затяжек во время подъема не­ скольких свечей. При несоблюдении предосторожностей, при повышенных скоростях подъема инструмент может быть затянут, а иногда и оборван. При появлении призна­ ков затяжек необходимо тормозить плавно, с последующим переспусканием вниз, до исчезновения перегрузки. Очевид­ но, в этом случае торцы замков оказывают скребковое дей­ ствие на глинистые корки на стенках желоба [45];

в) заклинивание при наращивании, из-за попадания бурильных труб в желоб.

Подобные виды аварий в той или иной степени могут быть объяснены теми же причинами, что и предыдущие. В то же время этой разновидности прихватов присущи специ­ фические особенности, обуславливаемые образованием за­ стойной зоны промывочной жидкости, что приводит к на­ липанию толстой глинистой корки и оседанию шлама на стенках желоба, что в совокупности может служить причи­ ной заклинивания бурового инструмента;

г) прилипание колонны бурильных труб к стенке жело­ ба из-за остановки инструмента на некоторое время без

движения.

Возможная схема прихвата в этом случае представлена на рис. 3. Здесь важное значение имеет как толщина гли­ нистой корки, так и ее липкость [45]. Замечено, что при применении УЩР для обработки промывочной жидкости углещелочным реагентом в условиях Мангышлака количе­ ство прихватов из-за прилипания увеличивается, а при об­ работке КМЦ резко уменьшается.

Желоба, образованные против малоустойчивых песков, глин и других пород обычно не сохраняют своей первона­ чальной формы и напоминают обычные каверны. В таких случаях вообще трудно определить, имело ли место обра­ зование желоба. Это целиком зависит от степени потенци­ альной подверженности конкретно рассматриваемых пороД кавернообразованию. Как правило, образование каверИ

120

происходит раньше, чем начинает вырабатываться желоб (рис. 29, сеч. BBi и MMj), а затем приостанавливается [58]. При определенных условиях с этого периода может начаться образование желоба, который при достижении значительной глубины представляет собой прихватоопас­ ную зону (рис. 29, сеч. MMi).

§ 3. ОСЛОЖНЕНИЯ и АВАРИИ ПРИ КРЕПЛЕНИИ СКВАЖИН

Как известно, крепление является завершающей стади­ ей отдельного этапа или полного цикла строительства сква­ жины, поэтому качественное его завершение является од­ ним из важным вопросов в бурении. Естественно, что образо­ вание желобов, как нежелательное отклонение от заданной конфигурации ствола скважины, в какой-то мере оказывает влияние на качество крепления. Последнее включает два основных элемента работ — спуск колонны и цементирова­ ние. Отсюда очевидно, что связанные с креплением аварии и осложнения дожны рассматриваться в отдельности по этим этапам работ.

Осложнения и аварии при спуске колонн

Спуску колонны предшествуют подготовительные рабо­ ты, такие как проработка, спуск и подъем проверочного колена. При работах по проработке под колонну против желобов будут иметь место те же осложнения, что описаны во втором разделе настоящей главы. В этот период подго­ товительных работ необходимо проведение комплекса из­ вестных мероприятий по полной нейтрализации желоба. Пе­ ред спуском тяжелых колонн на значительную глубину с большим выходом из-под башмака предыдущей колонны нообходим контроль ствола скважины проверочным коле­ ном. В целом спуск и подъем проверочного колена, при на­ личии желобов нежелателен. В случае, когда этой проверки избежать нельзя, следует тщательно проанализировать соответствие «К» и «а» для выбранной компановки, уста­ новив достоверные информации об интервалах, протяжен­ ности, глубине и характере пород в зоне желоба. Компанов­ ка проверочного колена, особенно в зоне перехода от обсадной трубы к бурильному инструменту, предрасполо­ жена к прихвату в большей степени, чем вся колонна в Целом.

121

Спуск обсадных колонн сопровождается посадками и прихватами в прочных породах 1 категории, обуславливаю­ щих сохранение поминального или близкого к нему диамет­ ра долота. Практика бурения и исследования многих авто­ ров [26, 33, 45, 65] показывают, что посадки обсадных ко­ лонн в желобах приводят к таким тяжелым последствиям, как полет, слом, недоход и прихват, в результате которых скважины часто списываются по техническим причинам.

Осложнения при цементировании

В нашей работе [52] цементирование отнесено к техно­ логическому процессу, «при котором работы в скважине буровым инструментом не производятся», в связи с чем все возникающие затруднения, отклонения характеризуются как осложнения.

В интервалах желоба из-за дополнительного увеличения объема участка ствола резко снижается скорость движе­ ния цементного раствора, а из-за существования зон застоя промывочной жидкости имеет место одностороннее цемен­ тирование и, как следствие этого, некачественное разобще­ ние пластов. Пренебрежение фактором дополнительного увеличения объема скважины из-за наличия желоба приво­ дит к недоподъему цемента. Желоба, образованные между изолируемыми пластами без принятия специальных мер, представляет собой наибольшую опасность в смысле их раз­ общения [58]. В местах контакта глинистого и цементного растворов в результате физико-химических процессов про­ исходит обезвоживание глинистого раствора, и возникает «зазор-канал» [5].

§ 4. ОСЛОЖНЕНИЯ И АВАРИИ ПРИ ИСПЫТАНИИ И ОПРОБОВАНИИ СКВАЖИН

Испытание и освоение являются конечной задачей за­ ложения скважины и, по сути деля, считаются последними работами перед сдачей скважины в эксплуатацию или лик­ видацией, позволяющими качественно оценить завершенный строительством объект. Отсюда и исключительная важность и высокие требования к производству этих работ.

Известно, что испытание может проводиться как в обса­ женной колонне, так и в открытой скважине. Это и предоп­ ределяет характер осложнений при производстве испы­

122

таний при помощи испытателей пластов, в открытом ство­ ле с желобом, затрудняется установка герметичного пакера [19, 46]. В этом случае наиболее целесообразно проводить работы с испытателями пластов по методу «сверху вниз», Эффективность этого метода объясняется тем, что в верхних интервалах желоба еще не были образованы, что обуслов­ лено первопричинами и механизмом желобообразования

[50].

Как следует из § 3 настоящей главы, наличие желоба приводит к разобщению пластов, отсюда естественны меж­ пластовые перетоки, что требует проведения непредусмот­ ренных ремонтных, часто малоэффективных работ. Односто­ роннее цементирование в процессе длительного освоения или эксплуатации часто приводит к нарушению эксплуата­ ционных колонн.

Все мероприятия по предупреждению приведенных цсложнений и аварий при испытании и освоении скважины должны быть, главным образом, направлены на качествен­ ное цементирование.

§ 5. ОСЛОЖНЕНИЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИИ И ВЛИЯНИЕ ЖЕЛОБООБРАЗОВАНИЯ НА ПРАВИЛЬНОСТЬ ИНТЕРПРЕТАЦИИ ИХ РЕЗУЛЬТАТОВ

Одним из признаков наличия желоба на стенках ствола скважины является трудность ведения геофизических иссле­ дований, выражающаяся в недоходах приборов до забоя. Во Многих скважинах каротажные работы удается провести После неоднократных проработок ствола. Немало случаев, Когда при хорошей проходимости геофизические приборы Не достигают забоя. Как известно, при наличии желоба Циркуляция промывочной жидкости в скважине неравно­ мерна по сечению ствола скважины, вследствие чего образу­ ется зоны их загустевания.

В практике бурения разведочных скважин немало внеш­ не непонятных, необъяснимых случаев. Так, по скважине 5-Матенкужа при неоднократных специальных проработках Йсвободном прохождении бурильного инструмента не удаЧалось провести геофизические исследования. Приборы останавливались в прибашмачной зоне технической колонЧы на глубине 1200 м. Тогда решили, правда без каких-либо Ча то оснований и надежд на успех, спускать голый конец бурильных труб, промыть открытую часть ствола скважины Ча длину 5—6 свечей, начиная с места постоянной остановки

123

геофизических приборов. После первой же промывки сква­ жинный снаряд прошел без остановки до забоя — 2710 м. В дальнейшем не раз приходилось нам пользоваться, и не без­ успешно, подобной методикой.

Проработка в зоне желоба производится по основному стволу, циркуляция промывочной жидкости идет по нему, образуя застойную зону вдоль желоба. Очевидно, в такой зо­ не и останавливаются приборы. При промывке «голым кон­ цом», благодаря известной гибкости и эффекту маятника, бурильные трубы стремятся занять вертикальное положение и попадают в желоб (обычно препятствующее долото отсут­ ствует), при этом циркулирующий раствор, поднимаясь вдоль инструмента, приводит в движение застойную зону, заменив их промывочной жидкостью нормальной структу­ ры, обеспечивающей свободное прохождение геофизических приборов. Описанное хорошо согласуется с практикой про­ ведения каротажных работ.

Так, при достоверно установленном факте наличия же­ лоба, после обычных проработок, наилучшей проходи­ мостью из всех геофизических приборов обладает микро­ зонд. Обычно, опытные геофизики комплекс исследований начинают с микрозонда. Это объясняется тем, что микрозонд, благодаря центрирующим фонарям-башмакам, пол­ ностью не может попасть в желоб-застойную зону, а идет по основному стволу скважины, заполненному нормальной промывочной жидкостью.

Анализ промысловых данных показал, что наличие же­ лоба на стенках ствола скважины приводит к искажений показаний некоторых видов промыслово-геофизических ис­ следований, к которым, в частности относятся: инклиномет­ рия, кавернометрия и микрозондирование.

Важность знания таких искажений и правильной их ин­ терпретации очевидна.

Рассмотрим характер искажений и возможности их уче­ та для правильной корреляции материалов но видам про' мыслово-геофизических исследований при наличии желоба в скважине.

1. Инклинометрия

Как уже отмечалось, повторные замеры кривизны с пе* рекрытием ранее замеренных интервалов дают различнЫе показания на отдельных участках ствола скважины (рис. 2б>

124

26). Это затрудняет установление фактической кривизны скважины. По принятой методике в промыслово-геофизи­ ческих и буровых организациях повторные замеры кривиз­ ны проводятся в исключительных случаях, а если и прово­ дятся, то увязка между двумя замерами производится по показаниям трех точек, остальные отбрасываются. За от­ сутствием единой методики отбрасывание производится про­ извольно, часто за основу принимаются показания послед­ ней инклинометрии.

При такой методике обработки показаний инклиномет­ рии о фактической кривизне ствола скважины не прихо­ дится и говорить.

Возьмем для примера данные инклинометрии по двум замерам с перекрытием ранее замеренных интервалов по скважине 58-Жетыбай (табл. 5). Эту скважину мы выбрали по двум важным обстоятельствам:

1)ствол скважины имеет значительное зенитное искрив­ ление, что сводит до минимума допускаемую погрешность

впоказаниях инклинометрии;

2)расхождение показаний инклинометрии в рассматри­ ваемом интервале подтверждено достоверным наличием же­ лоба на стенке ствола скважины.

Из таблицы 5 видно, что показания зенитного угла Искривления между двумя замерами сильно расходятся и составляют по абсолютной величине, в среднем по интерва­

125

лу \°\7' на 25 м, в процентах — от первоначальных Д° 24,6%. При этом азимут искривления в обоих случаях сов­ падает и находится в пределах допустимой погрешности ±5°, за исключением одного замера (порядковый 6). Такое значительное расхождение зенитного искривления получе­ но за относительно короткое время (27 суток) бурения сква­ жины при суммарной проходке 309 м с глубины 1791 м до 2100 м. Подробное рассмотрение таблицы 5 указывает на закономерность характера этих расхождений. Так, при вто­ ром замере абсолютная величина зенитного искривления ствола скважины во всех точках уменьшается по сравнению с первым, а азимут сохраняется постоянным, что указывает на стремление ствола скважины к «выполаживанию». От­ сюда очевидно, что замеры кривизны во второй раз (от 24.06.62) указывают на какие-то изменения положения ствола скважины за прошедший период от первого замера (28.05.62). Таким изменением ствола в данном случае яв­ ляется образование желоба, что подтверждается проведен­ ными нами работами по обнаружению желоба в рассмат­ риваемом интервале по скважине 58 и исследованиями по другим скважинам.

Таким образом, как и в первых, так и во вторых замерах инклинометр показал определенное состояние ствола сква­ жины, фактически имевшее место в конкретно рассматри­ ваемый момент.

Следовательно, пренебрегать тем или другим замером кривизны ствола скважины нельзя. Поэтому необходимо уметь различать, какой замер характеризует какое положе­ ние скважины.

Согласно нашим исследованиям, при наличии желоба ствол скважины имеет как бы двойное положение: пер­ вое— ствол по номинальному диаметру долота и второе — продольный канал — желоб по замку бурильных труб. При таком разделении положения ствола скважины возможно наиболее правильное понимание расхождения в показаниях инклинометрии. В работах [46, 47, 49, 50] автором показа­ ны основные возможные положения инклинометра при его прохождении по стволу скважины с желобом, суть которых сводилась к тому, что прибор при подъеме с забоя по «эф­ фекту маятника» всегда стремится к вертикали и попадает в желоб, при отсутствии последнего идет по основному ство­ лу скважины по номинальному диаметру долота. В первом случае — он покажет кривизну по желобу, во втором слу­ чае— по основному стволу скважины. Если к изложенному

126

учесть и механизм образования желоба, согласно которому Желоб образуется на некотором удалении от забоя, в про­ цессе только спуска и подъема бурового инструмента, то задача правильной корреляции различных показаний ин­ клинометрии с неоднократным перекрытием ранее замерен­ ных интервалов становится разрешимой в пределах допус­ тимой точности для практических целей. На самом деле, имея несколько замеров кривизны с перекрытием, нетрудно на каждом из замеров выделить призабойные участки, где не успели еще образоваться желоба. Чем больше таких замеров, тем больше выделяются участки не подвергнутые образованию желоба, тем легче установить положение ство­ ла скважины по номинальному диаметру долота.

То же самое относится и к определению положения же­ лоба. Результаты графического определения положения ствола по номинальному диаметру долота и желоба пока­ заны на рис. 25. Методика обработки табличных данных замеров кривизны с перекрытием, при наличии в скважине Желоба, вкратце сводится к следующему:

1)отбираются все замеры с перекрытием ранее замерен­ ных интервалов и укладываются в обратном порядке по да­ там замеров. Желательно, чтобы замеры были от башмака предыдущей колонны до забоя к моменту замера;

2)из последнего замера берутся данные от забоя до за­ боя предыдущего замера, по общей методике привязывают­ ся по показаниям трех точек, остальные вышележащие ин­ тервалы по последнему замеру пока отбрасываются.

Втакой последовательности отбираются и другие заме­ ры, сведенные в единую таблицу; отобранные данные будут Характеризовать фактическое положение ствола скважины

По номинальному долоту; 3) совокупность такой сводной таблицы и данных по­

следнего замера (полностью от башмака последней колон­ ны до забоя) будет характеризовать окончательное поло­ жение желоба. Промежуточное положение желоба, в зави­ симости от времени, определяется совокупностью сводной Таблицы и данных каждого соответствующего замера к Конкретно рассматриваемому периоду. Как видно из изло­ женного, методика обработки не так сложна, поэтому на Конкретных примерах не будем останавливаться, тем более трафический метод представлен по скважинам 4,9-Жеты- бай на рис. 25, 26.

По данной методике, чем чаще замеры кривизны с пе­ рекрытием, тем ближе к фактическому профиль желоба и

127

ствола скважины по номинальному диаметру долота. Во избежание повторных замеров рекомендуется пользоваться таблицей 8.

Так, в условиях бурения на месторождении Жетыбай при наличии трех перегибов ствола, соответственно, на глу­ бинах:

до 2000 м — 1°30'— 2°;

достаточно провести замеры кривизны до забоя 1650 м че­ рез 700—750 м, ниже до проектной глубины 2700 м через 300—400 м проходки. Всего 4—5 замеров кривизны с пере­ крытием ранее замеренных интервалов.

Таким образом, правильная обработка показаний ин­ клинометрии предложенным методом позволит установить фактический профиль ствола скважины, что важно при ре­ шении как геолого-геофизических, так и технических во­ просов.

II. Кавернометрия

Общеизвестно, что кавернометрия, помимо изучения тех­ нического состояния ствола скважины, используется в комп­ лексе с другими видами промыслово-геофизических иссле­ дований для литологического расчленения разреза, выделе­ ния пород-коллекторов и др. При этом принято считать, что увеличение диаметра указывает на одну группу пород (глина, мергель и др.) с малой проницаемостью, а сужение или сохранение номинального диаметра по долоту — на другую группу пород (пески, песчаники и др.) с большой проницаемостью. В основу таких предположений заложены внутренние физико-химические свойства одних пород под­ вергаться размыву, обвалу, растворению и отсутствие эти* свойств в других породах [51]. Первая группа пород прак­ тически не обладает фильтрационной способностью, поэто­ му налипание глинистой корки из промывочной жидкости не имеет место или очень мало, против них отмечается уве­ личение диаметра. Вторая группа пород обладает значи­ тельной фильтрационной способностью, поэтому против ни* идет налипание глинистой корки, которое по кавернограмм® отличается как сужение или сохранение номинального диа­ метра.

Таким образом, при решении геологических задач с ис­ пользованием кавернометрии в комплексе с другими видИ'

128

ми промыслово-геофизических исследований принимается во внимание, в основном, состояние горных пород в сква­ жине, обусловленное присущим данной породе внутренним физико-химическим свойством. При образовании же желоба состояние горных пород (кажущееся изменение диаметра против них по стандартному каверномеру) обусловлено, главным образом, механическим воздействием колонны бурильных труб, внутренние физико-химические свойства пород имеют подчиненное значение, поэтому правильное литологическое расчленение разреза, выделение пород-кол­ лекторов затрудняется и почти невозможно. Из изложенно­

целью установления фактической конфигурации скважины и выявления истинных причин того или другого отклонения от номинального диаметра против конкретно рассматривае­ мой пачки горной породы (методы обработки данных ка­ вернометрии изложены в соответствующих разделах насто­ ящей работы).

Таким образом, о породе-коллекторе, о литологическом расчленении разреза можно судить, только установив ис­ тинную причину отклонения диаметра от номинальной ве­ личины.

Представим себе скважину, в которой против песчаника или другой породы с хорошей проницаемостью на некото­ рой глубине образовался желоб. Как следует из наших пре­ дыдущих исследований, против интервала образованного желоба стандартный каверномер покажет увеличение диа­ метра против номинального, что противоречит общеприня­ тым понятиям. К тому же БКЗ (боковое каротажное зонди­ рование) покажет на наличие породы с хорошей прони­ цаемостью, что не соответствует показаниям стандартной Кавернометрии. Подтверждение правильности показаний ■БКЗ можно получить, только установив природу отклоне­ ния диаметра от номинального, т. е. образованием желоба. Так, увеличение диаметра, по данным кавернометрии, про­ тив песчаника может быть вызвано механическим воздей­ ствием замков бурильных труб, что не может характеризо­ вать его нам как непроницаемую породу. Искажения, по­ лучаемые кавернометрией, могут быть намного уменьшены Применением различных видов профилеметрии.