Заклинивание долота во время бурения часто происходит по причинам, не связанным с качеством промывочной жидкости, но в результате заклинивания бурильные трубы остаются без движения на длительный срок и тогда проявляются другие виды прихватов, в том числе прихват бурильных труб под действием перепада давлений.
Прихват под действием перепада давлений может произойти только в случае, когда колонна находится без движения, между колонной и проницаемыми стенками скважины находится плотная корка и гидростатическое давление превышает пластовое. В случае, если перечисленные условия имеют место, бурильные трубы прижимаются к стенке скважины силой, величину которой согласно схеме (рис. 87) можно определить по формуле
b — длина хорды, соединяющей периметр касания бурильных труб и глинистой корки; h — длина части бурильных труб, касающихся стенок скважины, сложенных проницаемыми породами; Арк — перепад давлений на границах фильтрационной корки.
Величина Apк зависит от толщины и проницаемости фильтрационной корки. Для абсолютно непроницаемой корки Арк = ргс—рпл. С увеличением проницаемости фильтрационной корки Арк снижается и в пределе (при проницаемости корки, равной со) становится равным нулю. Точное значение величины б можно определить из треугольников ОAB и О1АВ (см. рис. 87).
где u — коэффициент трения металла о глинистую корку.
Следовательно, коэффициент трения металла о глинистую корку оказывает решающее влияние на возможность освобождения прихвата под действием перепада давлений между скважиной и пластом. Предполагают, что на стенках скважины, сложенных практически непроницаемыми породами, образуется корка студнеобразной консистенции, па которую оседают твердые частицы. Эта корка (пленка), уплотнившаяся под действием давления жидкости, может иметь состояние геля, аморфного или твердого вещества. Если такая корка существует, то она может служить причиной прихвата под действием полного гидростатического давления жидкости.
Одним из наиболее распространенных и тяжелых видов осложнений, встречаемых в ходе бурения скважин различного типа, является так называемый прихват бурового инструмента, то есть ситуация потери подвижности инструмента, которую невозможно восстановить без проведения специальных мероприятий.
Разработка эффективных методов борьбы с прихватами бурового инструмента позволит существенно повысить скорость работы по сооружению скважин и снизить общий объем затрат буровых компаний. Однако существующие тенденции увеличения глубины разведывательных скважин, а также применения буровых растворов, в составе которых присутствует значительное количество частиц твердой фазы, обуславливает высокую частоту возникновения прихватов бурового инструмента.
Классификация видов прихватов бурового инструмента основывается на различных критериях. По типу причины образования исследователи выделяют прихваты, вызванные перепадом давления, прихваты инструмента в результате заклинивания, а также прихваты, возникающие при уменьшении диаметра ствола скважины. Частные случаи применения такой классификации могут уточнять причину образования заклинивания инструмента: например, при проведении буровых работ на твердые полезные ископаемые прихват инструмента может произойти в результате нарушения целостности ствола скважины или стать следствием загрязнения ствола или самого бурового раствора и другими причинами.
С точки зрения степени тяжести последствий прихваты бурового инструмента могут быть классифицированы на следующие категории: без потери циркуляции, с ее потерей, а также прихваты, сопровождаемые авариями. По типу причин возникновения специалисты выделяют также три ключевых вида: геологические (обусловленные геологическими характеристиками и особенностями местности, являются единственным неустранимым типом причин прихвата), технологические (вызванные нарушениями технологий или режимов работы) и организационные (включающие все возможные виды влияния человеческого фактора при организации работ).
Основным признаком образования прихвата инструмента в скважине, который является общим для всех типов подобных явлений – это повышение показателя тягового усилия при проведении подъемов бурового инструмента, а также рост крутящего момента при холостом вращении бурильной колонны.
Прихваты бурового инструмента оказывают крайне негативное влияние на показатель производительности буровых работ, а также способны стать причиной потери отдельного отрезка или даже всей скважины. Также прихват бурового инструмента часто сопровождается значительными показателями потери бурильных и обсадных труб. Именно поэтому изучение возможных причин возникновения прихватов и методов их распознавания позволяет обеспечить возможность выбора наиболее подходящей технологии борьбы с данным типом осложнения.
Чтобы задать вопрос или сделать заявку, нажмите на кнопку ниже:
Название: Причины возникновения прихватов Раздел: Рефераты по географии Тип: статья Добавлен 23:43:03 18 июня 2009 Похожие работы Просмотров: 531 Комментариев: 20 Оценило: 3 человек Средний балл: 5 Оценка: неизвестно Скачать
Основные причины прихватов бурильной колонны в скважине следующие.
1. Длительное нахождение бурильной колонны в неподвижном положении в скважине, заполненной глинистым раствором (не соответствующим условиям бурения), что бывает вызвано обрывом редукторных цепей, плохим состоянием аккумуляторов для запуска дизелей, ремонтом нагнетательной линии и главным образом — сменой прокладок в местах соединения ее секций, ремонтом насосов и т. д. Чтобы предупредить возникновение таких аварий, необходимо сообщать бурильной колонне периодическое движение в осевом направлении (вверх и вниз). Вращение бурильной колонны без подъема ее на некоторую высоту и спуска не исключает возникновения прихвата.
2. Низкое качество глинистого раствора, которое способствует отложению толстой глинистой корки на стенках скважины, а также наличие сальников.
3. Промывы в бурильной колонне.
4. Заклинивание долот в нерасширенных или в суженных зонах ствола и посадка колонны в шлам.
5. Обвалы пород, вызванные наличием в разрезе пород, склонных к обвалам (аргиллитов, сланцевых глин и т. д.), или техническими причинами, например длительным бурением скважины с низкой механической скоростью проходки, длительными простоями, большой водоотдачей промывочной жидкости, спуском обсадной колонны в интервале залегания неустойчивых пород и т. д.
6. Заклинивание колонны бурильных труб в желобах ствола скважины.
Различные исследователи объясняют прихваты по-разному. Так, Н. И. Шацов считал [45], что «. основной причиной прихвата инструмента является образование толстой и липкой глинистой корки на стенках скважины, когда даже при кратковременном прекращении бурения или вращения бурильной колонны происходит сильное прилипание инструментаЭ».
Ф. А. Дадишдамиров и А. А. Шамсиев [10а] в результате опытов пришли к выводу, что одними из основных причин прихвата бурильной колонны являются гидростатическое давление, и плотное прилегание какой-то части бурильной колонны к стенке скважины.
С. Ю. Жуховицкий и А. П. Войцеховский главной причиной прихвата полагают влияние перепада, существующего между давлением глинистого раствора, находящегося в стволе скважины, и пластовой жидкостью. По их данным, величина усилий, необходимых для смещения бурильной колонны, прижатой к стенкам скважины перепадом давления (вернее, составляющей этого перепада), достигает 50% и более от величины перепада и в абсолютных значениях равна десяткам кГ/см2.
В. С. Федоров и М. М. Александров считают [41], что кроме прихватов бурильных колонн под влиянием перепада давления, они могут происходить и в результате непосредственного воздействия полной величины гидростатического давления. В их работе изложен аналитический метод количественной оценки прижимающей силы в условиях скважины, когда решающую роль играет полная величина гидростатического давления и когда действует перепад давления (рскв>рпл) В работе этих исследователей приведено также сравнение прижимающих сил от действия перепада давления, от полной величины гидростатического давления и от веса бурильной колонны. В результате сравнения авторы сделали следующие выводы:
1) прижимающие силы от веса бурильной колонны и от полной величины гидростатического давления зависят не только от граничных условий, но и от формы участка;
2) прижимающая сила, обусловленная перепадом давлений, от формы участка не зависит;
3) прижимающая сила от веса колонны может в десятки раз превышать величину нормальной составляющей веса труб в пределах данного участка и, по всей вероятности, в отдельных случаях может прижать колонну к стенке скважины и способствовать проявлению прижимающего эффекта от гидростатического давления;
4) порядок величин прижимающих сил как при действии полной величины гидростатического давления, так и в случае, когда действует перепад давлений, таков, что попытки вырвать прихваченную колонну непосредственным приложением усилия к колонне обречены на неудачу;
5) хотя прижимающая сила от веса колонны мала по сравнению с двумя другими видами прижимающих сил, учет ее необходим не только для выделения интервалов, опасных в смысле прихвата от полного гидростатического давления, но и для оценки усилия, которое потребуется для освобождения бурильной колонны после снятия перепада давлений (т. е. после промывки скважины водой или нефтью).
Как видно из изложенного, в настоящее время нет единого мнения о причинах прихвата бурильной колонны. Над получением правильного представления о причинах прихватов работают многие исследователи. Бесспорно одно, что некачественный глинистый раствор в скважине является главной опасностью, которая при- водит к прихвату. Поэтому ведутся усиленные работы по созданию безглинистых промывочных жидкостей, отвечающих требованиям проходки скважин без прихватов. Значительные достижения химии за последние годы, очевидно, позволят создать такой раствор.
Работы перечисленных исследователей подтверждают наше мнение о том, что при прихвате нерационально расхаживать бурильную колонну более 1 ч. Тем более нецелесообразно расхаживать прихваченную бурильную колонну с нагрузками, превышавшими ее вес на 15 — 20 т. Особенно это относится к скважинам, где в разрезе встречаются каверны и диаметр скважины превышает диаметр бурильной колонны на 100 мм и более. Каверны и большая разница между диаметрами скважины и бурильной колонны создают условия для увеличения амплитуды изгиба колонны и образования резкого перегиба на одном из участков ее. Последующие резкие сжатия и растяжения бурильной колонны при рассаживании приводят к обрыву ее в этом месте.
Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев
Под прихватом следует понимать непредвиденный при сооружении скважин процесс, характеризующийся потерей подвижности колонны труб или скважинных приборов при приложении к ним максимально допустимых нагрузок с учетом запаса прочности труб и применяемого оборудования. В процессе проводки скважины могут возникать различные прихваты, наиболее рас* пространенные из них:
1) у стенки скважины под действием перепада давления;
2) вследствие заклинивания низа колонн при их движении в скважине;
3) вследствие желобообразования;
4) вследствие сальникообразования;
5) вследствие нарушения устойчивого состояния пород;
6) вследствие заклинивания колонн посторонними предме* тами;
7) вследствие заклинивания породоразрушающего инструмента;
8) вследствие нарушения режима промывки;
9) испытателей пластов при опробовании скважин в процессе бурения.
Прихваты у стенки скважины под действием перепада давления обычно происходят при наличии в стволе скважины проницаемых отложений (песчаников, известняков и т. п.), использовании в качестве промывочного агента глинистого раствора, действии перепада давления (между гидростатическим и пластовым), наличии прижимающей силы, обусловленной нормальной составляющей веса труб, расположенных в зоне проницаемых отложений. Как правило, этот вид прихватов возникает в результате 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. При возникновении этого вида прихватов циркуляция бурового раствора сохраняется.
Прихваты вследствие заклинивания низа колонн труб приурочены к зонам сужения стволов скважин, вызванным сработ-
кой долот по диаметру в твердых породах, к интервалам резкого изменения оси ствола скважины, а также к интервалам интенсивного нарастания фильтрационных корок, осыпеобразова — ний и др. В большинстве случаев такие прихваты возникают при спуске инструмента и характеризуются его полной разгрузкой. Иногда заклинивание низа колонн труб происходит вследствие увеличения их жесткости.
Прихват в результате желобообразования характеризуется появлением мгновенных затяжек большой величины при подъеме инструмента. Попытки освободить инструмент дополнительными натяжками приводят к еще большему затягиванию его в желобную выработку. Обычно циркуляция после возникновения такого вида прихватов вызывается легко, но не способствует освобождению колонны.
Прихваты вследствие сальникообразования возникают, в основном, при разбуривании глинистых отложений или хорошо проницаемых пород, на которых формируется толстая фильтрационная корка. В этих условиях образованию сальников способствуют: загрязненность ствола скважины выбуренной породой при неудовлетворительной его промывке; плохая очистка промывочной жидкости 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; наличие ступенчатого ствола, уширений, каверн, желобов и т. п.; негерметичность бурильной колонны; загрязнение приемных емкостей насосов. Циркуляция в этом случае теряется частично или полностью.
Прихваты в результате нарушения устойчивого состояния пород возникают в интервалах обвалообразования и осыпей, а также пластического течения пород, слагающих стенки скважин. Обвалы пород приурочены к отложениям глинистого комплекса и характеризуются внезапностью, особенно при бурении перемятых, сильнотрещиноватых и склонных к набуханию пород, а также тектонически нарушенных. В процессе бурения обвалы сопровождаются резким повышением давления при промывке, приводящим иногда к гидроразрывам пластов и поглощениям,, интенсивным затяжкам, недохождениям долота до забоя. В некоторых случаях процесс обвалообразования является следствием поглощения промывочной жидкости со снижением уровня и противодавления в затрубном пространстве.
Основные причины обвалообразований и осыпей связаны е циклическими колебаниями гидродинамического давления в процессе проводки скважины, значительными величинами горизонтальной составляющей горного давления, несоответствием качества промывочной жидкости годно-геологическим условиям бурения скважин, длительным оставлением пробуренных интер-
валов без крепления обсадными колоннами. Проявления пластических течений пород (в основном соленосных отложений) обусловлены недостаточными противодавлениями, несоответствием типа промывочной жидкости составу пород, а также влиянием процессов тепломассопереноса.
При заклинивании колонн посторонними предметами (упавшими с устья скважины или находившимися в стволе и не проявлявшими себя ранее) прихваты, как правило, возникают мгновенно, ликвидировать их расхаживанием и установкой ванн обычно не удается.
Породоразрушающий инструмент заклинивается чаще всего при, пуске, а также вращении на забое. Циркуляция при этом не теряется. Очень сложно ликвидировать прихваты, вызванные заклиниванием колонковых долот и снарядов малого диаметра.
Особую категорию составляют прихваты испытателей пластов при опробовании скважин в процессе бурения. Причины — прихват бурильных труб выше пакера в результате действия перепада давления, выпадение частиц породы, образовавшееся при разрушении подпакерной зоны и приводящее к «заклиниванию» фильтра в случае интенсивного притока жидкости, выпадение утяжелителя в зонах контакта глинистого раствора с пластовым флюидом, релаксация резиновых элементов пакеров.
‘ Приведенное распределение прихватов по видам основано на наиболее вероятных признаках или их совокупности при возникновении прихватов. В природе одни и те же факторы и процессы могут вызывать различные виды прихватов. Так, при остановке колонн труб (например, при заклинивании в суженных частях ствола или желобных выработках) начинается процесс прихвата вследствие действия перепада давления, а при прекращении циркуляции — осаждение частиц шлама, утяжелителя и т. п.
Процессы, происходящие в скважине при прихвате инструмента, взаимосвязаны и осложняют явление, дополняя друг друга.
Основные причины прихватов бурильной колонны в скважине следующие.
1. Длительное нахождение бурильной колонны в неподвижном положении в скважине, заполненной глинистым раствором (не соответствующим условиям бурения), что бывает вызвано обрывом редукторных цепей, плохим состоянием аккумуляторов для запуска дизелей, ремонтом нагнетательной линии и главным образом — сменой прокладок в местах соединения ее секций, ремонтом насосов и т. д. Чтобы предупредить возникновение таких аварий, необходимо сообщать бурильной колонне периодическое движение в осевом направлении (вверх и вниз). Вращение бурильной колонны без подъема ее на некоторую высоту и спуска не исключает возникновения прихвата.
2. Низкое качество глинистого раствора, которое способствует отложению толстой глинистой корки на стенках скважины, а также наличие сальников.
3. Промывы в бурильной колонне.
4. Заклинивание долот в нерасширенных или в суженных зонах ствола и посадка колонны в шлам.
5. Обвалы пород, вызванные наличием в разрезе пород, склонных к обвалам (аргиллитов, сланцевых глин и т. д.), или техническими причинами, например длительным бурением скважины с низкой механической скоростью проходки, длительными простоями, большой водоотдачей промывочной жидкости, спуском обсадной колонны в интервале залегания неустойчивых пород и т. д.
6. Заклинивание колонны бурильных труб в желобах ствола скважины.
Различные исследователи объясняют прихваты по-разному. Так, Н. И. Шацов считал [45], что «. основной причиной прихвата инструмента является образование толстой и липкой глинистой корки на стенках скважины, когда даже при кратковременном прекращении бурения или вращения бурильной колонны происходит сильное прилипание инструментаЭ».
Ф. А. Дадишдамиров и А. А. Шамсиев [10а] в результате опытов пришли к выводу, что одними из основных причин прихвата бурильной колонны являются гидростатическое давление, и плотное прилегание какой-то части бурильной колонны к стенке скважины.
С. Ю. Жуховицкий и А. П. Войцеховский главной причиной прихвата полагают влияние перепада, существующего между давлением глинистого раствора, находящегося в стволе скважины, и пластовой жидкостью. По их данным, величина усилий, необходимых для смещения бурильной колонны, прижатой к стенкам скважины перепадом давления (вернее, составляющей этого перепада), достигает 50% и более от величины перепада и в абсолютных значениях равна десяткам кГ/см2.
В. С. Федоров и М. М. Александров считают [41], что кроме прихватов бурильных колонн под влиянием перепада давления, они могут происходить и в результате непосредственного воздействия полной величины гидростатического давления. В их работе изложен аналитический метод количественной оценки прижимающей силы в условиях скважины, когда решающую роль играет полная величина гидростатического давления и когда действует перепад давления (рскв>рпл) В работе этих исследователей приведено также сравнение прижимающих сил от действия перепада давления, от полной величины гидростатического давления и от веса бурильной колонны. В результате сравнения авторы сделали следующие выводы:
1) прижимающие силы от веса бурильной колонны и от полной величины гидростатического давления зависят не только от граничных условий, но и от формы участка;
2) прижимающая сила, обусловленная перепадом давлений, от формы участка не зависит;
3) прижимающая сила от веса колонны может в десятки раз превышать величину нормальной составляющей веса труб в пределах данного участка и, по всей вероятности, в отдельных случаях может прижать колонну к стенке скважины и способствовать проявлению прижимающего эффекта от гидростатического давления;
4) порядок величин прижимающих сил как при действии полной величины гидростатического давления, так и в случае, когда действует перепад давлений, таков, что попытки вырвать прихваченную колонну непосредственным приложением усилия к колонне обречены на неудачу;
5) хотя прижимающая сила от веса колонны мала по сравнению с двумя другими видами прижимающих сил, учет ее необходим не только для выделения интервалов, опасных в смысле прихвата от полного гидростатического давления, но и для оценки усилия, которое потребуется для освобождения бурильной колонны после снятия перепада давлений (т. е. после промывки скважины водой или нефтью).
Как видно из изложенного, в настоящее время нет единого мнения о причинах прихвата бурильной колонны. Над получением правильного представления о причинах прихватов работают многие исследователи. Бесспорно одно, что некачественный глинистый раствор в скважине является главной опасностью, которая при- водит к прихвату. Поэтому ведутся усиленные работы по созданию безглинистых промывочных жидкостей, отвечающих требованиям проходки скважин без прихватов. Значительные достижения химии за последние годы, очевидно, позволят создать такой раствор.
Работы перечисленных исследователей подтверждают наше мнение о том, что при прихвате нерационально расхаживать бурильную колонну более 1 ч. Тем более нецелесообразно расхаживать прихваченную бурильную колонну с нагрузками, превышавшими ее вес на 15 — 20 т. Особенно это относится к скважинам, где в разрезе встречаются каверны и диаметр скважины превышает диаметр бурильной колонны на 100 мм и более. Каверны и большая разница между диаметрами скважины и бурильной колонны создают условия для увеличения амплитуды изгиба колонны и образования резкого перегиба на одном из участков ее. Последующие резкие сжатия и растяжения бурильной колонны при рассаживании приводят к обрыву ее в этом мес
Разработка эффективных методов борьбы с прихватами бурового инструмента позволит существенно повысить скорость работы по сооружению скважин и снизить общий объем затрат буровых компаний. Однако существующие тенденции увеличения глубины разведывательных скважин, а также применения буровых растворов, в составе которых присутствует значительное количество частиц твердой фазы, обуславливает высокую частоту возникновения прихватов бурового инструмента.