Материал: Прихваты колонн при бурении скважин

ствия могли достичь только в том случае, когда площадь контакта бурильной колонны с пластичными глинами составляет почти поло­ вину боковой поверхности утяжеленных бурильных труб (УБТ). Это возможно, если УБТ находятся в желобной выработке.

ПРИХВАТЫ ПРИ РАЗБУРИВАНИИ ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ

При проводке скважин в районах Урало-Поволжья характерен прихват бурильной колонны при разбуривании цементных мостов, устанавливаемых с целью ликвидации поглощений или в зонах, склонных к обвалообразованиям, например при бурении верейских глин. Так, в скв. 667 Покровская (объединение Оренбургнефть) по­ сле разбуривания цементного моста в интервале 1719—1819 м и углубления ствола в интервале 2119—2130 м параметры бурового раствора были следующими: плотность 1220 кг/м3, вязкость 40 с по СПВ-5, водоотдача 21 см3 за 30 мин, толщина корки 3 мм. При дальнейшем бурении раствор не обрабатывали. В процессе спуска 71-й свечи произошла посадка бурильной колонны с прекращением циркуляции; повернуть колонну не удалось. Вероятная причина прихвата — накопление осадка из частиц разбуренного цементно­ го камня и шлама породы. Усугубила ситуацию недостаточная про­ мывка скважины вследствие ограниченной подачи раствора.

В скв. 239 Бобровская после разбуривания цементного моста, установленного для предупреждения обвала верейских глин, углуб­ ление было продолжено при промывке скоагулированным при раз­ буривании цементного камня раствором. После бурения 19 м сква­ жину промывали с помощью одного насоса с подачей 25 л/с. При подъеме седьмой свечи произошла затяжка с последующим при­ хватом. В случае подобных нарушений происходят накопление и уплотнение осадка и усиление взаимодействия поверхности труб с уплотнившейся массой.

Для определения скорости осаждения частиц в естественной промывочной жидкости провели исследования на седиментометреВигнера. В техническую воду был добавлен измельченный извест­

к исходному раствору .плотностью 1060 кг/м3 6% дробленого це­ мента плотность раствора возросла до 1080 кг/м3. После седиментационных исследований оказалось, что уже через 33 мин осаж­

31

дения плотность раствора упала до 1050 кг/м3. Размеры чгастиц, рассчитанные по формуле Стокса, составляли 0,02—0,1 мм, ско­ рость их осаждения —от 0,11 до 2 см/с.

В реально существующем процессе соприкосновения частиц при осаждении их размеры, определенные по формуле Стокса, за­ нижены. При проведении экспериментов наблюдались частицы размером более 1 мм, скорость осаждения доходила до 2,6 м/с.

давление «осевшей массы» на трубы и стенки скважины. Высота этой зоны составила (по седиментометру) через 6, 12, 18, 24 и 30 мин соответственно 5, 10, 14, 17, 22 м.

Страгивающее усилие, которое необходимо приложить к трубе после прекращения циркуляции и образования осадка, рассчиты­

где г — радиус трубы, м; рг — плотность частиц осевшей массы. кг/м3; Я —высота осевшего столба за время t\ f — коэффициент трения осевшей массы о металл труб;

t = 0,5 ч, Я = 21,5 м, получим QCTp = 390 кН.

В условиях скважины, когда осевшая масса будет уплотнять­ ся под действием долота и муфт бурильной колонны, эта сила возрастет в связи с увеличением f и б. Таким образом, при оседа­ нии частиц шлама и дробленого цемента в стволе скважины име­ ются реальные возможности для возникновения прихвата. Чтобы предупредить прихват, разбуривать цементный мост необходимо с использованием структурированного бурового раствора, обрабо­ танного специальными реагентами, предупреждающими коагуля­ цию при попадании в него цемента (например, кальцинированной содой).

Уплотнение осадка происходит параллельно с его загустеванием. Для подтверждения этого провели следующий эксперимент. Из цемента Вольского завода, затворенного на пресной воде с во­ доцементным отношением 0,5, изготовили в формочках блоки. После 24-ч твердения их размололи до среднего размера частиц 0,1—0,5* 10~3 м и затворили на воде, содержащей 6% известняка и 3% глинопорошка. После 3 сут масса загустела в результате коа­ гуляции раствора, распускания частиц глины и частично цемента и известняка. В скважине образование такого осадка приводит к возрастанию гидравлического сопротивления при попытке возоб­ новить циркуляцию. В некоторых случаях, как показала практи­ ка, были безуспешными попытки возобновить циркуляцию с по-

32

мощыо цементировочного агрегата, при этом отмечался рост сил сопротивления при страгивании колонны труб, приводящих к воз­ никновению затяжек различной интенсивности.

Так как при разбуривании цементного моста параметры буро­ вого раствора ухудшаются (растет водоотдача, увеличиваются реологические показатели раствора, его плотность, а также содер­ жание в нем твердой фазы), создаются условия для прихвата труб под действием перепада давления в зонах проницаемых от­ ложений. Расчеты показывают, что если УБТ прихвачены на дли­ не L — 50 м, ширина полосы прихвата b = 0,07 м, то при перепаде давления Д р — 2 МПа сила прихвата составит

1 см2 поверхности контакта).

Примерами прихватов при кратковременном оставлении бу­ рильной колонны без движения в зоне разбуриваемого цементного моста являются аварии в скв. 242 Пономаревская, скв. 225, 245, 253 Бобровская. Характерно, что циркуляция раствора во всех случаях сохранялась, а ликвидация прихвата осуществлялась ус­ тановкой солянокислотных ванн.

Один из факторов, способствующих образованию густеющей массы при установке мостов, — смешение цементного раствора с буровым. Согласно В. А. Шишову, длина зоны смешения, может быть определена по формуле

где L\ — путь, пройденный серединой зоны смешения, м; Ре — без­ размерный параметр Пекле.

Расчеты показали, что длина зоны смешения может достигать 15—25% высоты цементного моста. Приобретение смесью иных реологических свойств определяется степенью несовместимости бурового и цементного растворов, из которых последний вызыва­ ет электролитическую коагуляцию бурового раствора с образова­ нием пастообразной пробки. Вязкость бурового раствора, содер­ жащего 10% цементного, возрастает приблизительно в 40 раз по сравнению с исходным, .причем с увеличением количества глины и известняка в смеси процесс загустевания интенсифицируется.

При наличии в скважине пастообразной пробки повышается опасность прихвата труб при их спуске без промывки. С целью

И З У Ч Е Н И Е П Р О Х О Д И М О С Т И О Б С А Д Н Ы Х К О Л О Н Н

Наиболее сложная трудоемкая операция при проводке глубоких скважин —доведение обсадных колонн проектных отметок. Недоспуск колонн до забоя составляет от 300 до 1500 м и более. Вследствие разнообразия причин иедоспуска колонн статистически трудно отнести их к определенным условиям, например глубинам, диаметрам скважин и др. Однако можно утверждать, что главней­ шие факторы, влияющие на проходимость колонн, — конфигурация ствола скважины и жесткость колонны.

В скв. 2 Степновская (объединение Ставропольнефтегаз) при спуске 219-мм хвостовика длиной 1093 м произошла остановка на глубине 3765 м (при забое скважины 4200 м). Хвостовик был под­

слеживается желобообразная выработка, внутри которой в интер­ валах твердых песчаников (3765—3768, 3774—3780, 3787—3792, 3797—3800 м) образовались выступы.

Скважину бурили 269-мм долотом с применением 178-мм УБТ без включения в компоновку низа бурильной колонны центраторов.

После подъема хвостовика приступили к проработке ствола в интервале 3300—4200 м с использованием компоновки, включаю­ щей 269-мм долото, 203-мм УБТ и один центратор. При повторной проработке этого интервала компоновка была следующая: долото Б269С, 10 м 203-мм УБТ, роликовый центратор диаметром 265 мм, 10 м 203-мм УБТ, роликовый центратор диаметром 265 мм, 116 м 178-мм УБТ.

При повторном спуске произошла посадка хвостовика на глу­ бине 3757 м. С затяжками (до 300 кН) хвостовик подняли и при­ ступили к переподготовке ствола скважины со следующей компо­ новкой: долото Б269С, 219-мм стабилизатор длиной 9 м, 260-мм лопастной центратор, 219-мм стабилизатор длиной 9 м, 265-мм ло­ пастной центратор, 219-мм стабилизатор длиной 9 м, 265-мм ло­ пастной центратор, 10 м 178-мм УБТ, 265-мм роликовый центратор, 10 м 178-мм УБТ, 265-мм роликовый центратор, 85 м 178-мм УБТ.

Во время проработки на глубине 3645 м бурильную колонну начало заклинивать, а при подъеме на глубине 3608 м произошла затяжка (300 кН). Колонна была освобождена после установки двух водяных и пяти нефтяных ванн. Причиной прихвата был слом ролика одного из центраторов. Дальнейшуюпроработку ствола осуществляли со следующей компоновкой низа бурильной колон­ ны: долото Б269С, 12 м 203-мм УБТ, 265-мм шестилопастиой центратор, 12 м 203-мм УБТ, 250-мм шестилопастной центратор, 105 м 178-мм УБТ, после чего 219-мм хвостовик был спущен до проектной глубины (4200 м).

Наиболее вероятные причины недоспуска его: образование ус­ тупов в стволе, желобные выработки и смещение ствола, чему спо-*

* Раздел написан совместно с Е. А. Лебедевым.

34

собствовало бурение без включения в компоновку низа колонны центрирующих и калибрующих устройств.

В скв. 4 Советская (объединение Ставроиольнефтегаз) недоспуск 2 19-мм обсадной колонны произошел вследствие ее прихвата под действием перепада давления в интервалах высокопроницае­ мых нижнемеловых песчаников на глубине 4102 м. Подобный при­ хват 194-мм обсадной колонны произошел в скв. 159 ТахтаКугультинская, где перед спуском колонны в буровой раствор не была введена нефть, а бурение и проработка осуществлялись без использования УБТ в компоновке низа колонны.

В результате сальникообразования произошли прихваты обсад­ ных колонн в скв. 161 Северо-Ставропольская, скв. 3 Григорополисская. В скв. 18 Мектебская после окончания бурения под 245-мм колонну из-за отсутствия обсадных труб бурение было про­ должено 214-мм долотом до глубины 1517 м. За время этого буре­ ния произошло нарушение сарматских глин, что и явилось причи­ ной остановки обсадной колонны на глубине 969 м при ее спуске.

Одно из технологических мероприятий по обеспечению прохо­ димости колонн — увеличение зазора между колонной и стенкой скважины. Как правило, это дает положительный результат, однако приводит к излишним энергетическим и материальным затратам.

У исследователей нет определенного мнения о влиянии на недоспуск колонн искривления скважин. В связи с этим целесооб­ разно разработать методику расчета проходимости колонн в искривленных стволах скважин и определения сил сопротивления движению колонны в интервалах искривления.

Силы сопротивления, возникающие под действием веса колонны

Силы сопротивления рассчитывают по методике М.М. Алексан­ дрова. Ствол скважины разбивают на участки с одинаковой кри­ визной и расчет ведут снизу вверх.

Средний угол наклона ствола

(ап и ак— углы наклона ствола в начале и "конце участка, град). Величина параметра А, позволяющего перейти от искривления

в плоскости к искривлению в пространстве:

Угол обхвата для вогнутого и выпуклого участков (вогнутым считается участок набора кривизны, выпуклым — участок сниже­ ния кривизны) определяется следующим образом: