книги / Предупреждение и ликвидация прихватов труб при бурении скважин

А. К. САМОТОИ

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ И ЛИКВИДАЦИЯ ПРИХВАТОВ ТРУБ ПРИ БУРЕНИИ

СКВАЖИН

МОСКВА, «НЕДРА», 1979

УДК 622.248.56

Самотой А. К. Предупреждение и ликвидация при­ хватов труб при бурении скважин. М., Недра, 1979.

182с.

Вкниге обобщены результаты лабораторных и про­ мысловых исследований в области прихватов труб при бурении скважин. Проанализировано влияние отдель­ ных факторов на возникновение прихватов. Рассмот­ рены современные способы предупреждения и ликви­ дации прихватов, включающие определения верхней границы прихвата разномерных колонн, допустимого угла закручивания неприхваченной части бурильной колонны, распознавание, предупреждение и прогнози­ рование прихватов методом последовательной диаг­

ностики. Даны рекомендации по выбору способа лик­ видации прихвата методами теории статистических решений.

Книга предназначена для специалистов буровых предприятий нефтяной и газовой промышленности, а также для специалистов геологоразведочных органи­ заций.

Табл. 39, ил. 32, список лит.,— 89 назв.

043(01)—79

кой долот по диаметру в твердых породах, к интервалам резко­ го изменения оси ствола скважины, а также к интервалам ин­ тенсивного нарастания фильтрационных корок, осыпеобразований и др. В большинстве случаев такие прихваты возникают при спуске инструмента и характеризуются его полной разгруз­ кой. Иногда заклинивание низа колонн труб происходит вслед­ ствие увеличения их жесткости.

Прихват в результате желобообразования характеризуется появлением мгновенных затяжек большой величины при подъе­ ме инструмента. Попытки освободить инструмент дополнитель­ ными 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 ос­ новном, при разбуривании глинистых отложений или хорошо проницаемых пород, на которых формируется толстая фильтра­ ционная корка. В этих условиях образованию сальников спо­ собствуют: загрязненность ствола скважины выбуренной поро­ дой при неудовлетворительной его промывке; плохая очистка промывочной жидкости от выбуренной породы и шлама; слипа­ ние частиц породы и фильтрационных корок; спуск инструмен­ та 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, ка­ верн, желобов и т. п.; негерметичность бурильной колонны; за­ грязнение приемных емкостей насосов. Циркуляция в этом слу­ чае теряется частично или полностью.

Прихваты в результате нарушения устойчивого состояния по­ род 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 пере­ мятых, 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 не­ которых случаях процесс обвалообразования является следст­ вием поглощения промывочной жидкости со снижением уров­ ня и противодавления в затрубном пространстве.

Основные причины обвалообразований и осыпей связаны е циклическими колебаниями гидродинамического давления в процессе проводки скважины, значительными величинами гори­ зонтальной составляющей горного давления, несоответствием качества промывочной жидкости годно-геологическим условиям бурения скважин, длительным оставлением пробуренных интер­

5

валов без крепления обсадными колоннами. Проявления пласти­ ческих течений пород (в основном соленосных отложений) обусловлены недостаточными противодавлениями, несоответст­ вием типа промывочной жидкости составу пород, а также влия­ нием процессов тепломассопереноса.

При заклинивании колонн посторонними предметами (упав­ шими с устья скважины или находившимися в стволе и не про­ являвшими себя ранее) прихваты, как правило, возникают мгно­ венно, 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, вы­ званные заклиниванием колонковых долот и снарядов малого диаметра.

Признаками прихватов, происшедших вследствие нарушения режима промывки, являются: постепенное повышение давления при промывке, появление затяжек и постепенное прекращение циркуляции. Все это приводит к накоплению осадка из частиц шлама или утяжелителя в затрубном пространстве и трубах, а иногда и к поглощениям промывочной жидкости. Одна из при­ чин подобных аварий — промоины в колонне бурильных труб, Наличие которых хорошо прослеживается по снижению давле­ ния и температуры в процессе циркуляции раствора. В ряде случаев (например, при использовании в качестве утяжелителя барита) наблюдается флокуляция и выпадение барита в оса­ док, легко определяемые по повышению давления при восста­ новлении циркуляции и промывке, а также по накоплению ба­ ритового осадка в циркуляционной системе (желобах, емко­ стях) .

Особую категорию составляют прихваты испытателей пла­ стов при опробовании скважин в процессе бурения. Причины — прихват бурильных труб выше пакера в результате действия пе­ репада давления, выпадение частиц породы, образовавшееся при разрушении подпакерной зоны и приводящее к «заклини­ ванию» фильтра в случае интенсивного притока жидкости, вы­ падение 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 воз­ никновении прихватов. В природе одни и те же факторы и про­ цессы могут вызывать различные виды прихватов. Так, при остановке колонн труб (например, при заклинивании в сужен­ ных частях ствола или желобных выработках) начинается про­ цесс прихвата вследствие действия перепада давления, а при прекращении циркуляции — осаждение частиц шлама, утяжели­ теля и т. п.

6

Процессы, происходящие в скважине при прихвате инстру­ мента, взаимосвязаны и осложняют явление, дополняя друг друга.

§ 2. ХАРАКТЕРИСТИКА СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ ПРИХВАТОВ

Современное состояние бурения нефтяных и газовых скважин характеризуется неуклонным ростом их глубины. Особенно ин­ тенсивно растет глубина разведочных скважин. Так, в настоя­ щее время объем проходки по разведочным скважинам глуби­ ной более 3000 м составляет по Миннефтепрому более поло­ вины всего объема проходки в разведочном бурении [87]. Ско­ рости бурения (особенно разведочного) при этом невысоки и для скважин глубиной более 3500 м составляют 220— 290 м/ст.-мес. Графики показателей аварийности по Министер­ ству нефтяной промышленности за 1971—1975 гг. приведены на рис. 1.

Прихваты — одно из наиболее серьезных препятствий улуч­ шения показателей бурения. Ежегодно по Министерству нефтя-

Рис. 1. Графики показателей аварийности в бурении по Миннефтепрому за 1971—1975 гг.:

7

ной промышленности регистрируются около 500 прихватов с аварийным временем около 500 тыс. ч, что составляет полови­ ну всех затрат времени на аварийные работы. Сложность ава­ рий, связанных с прихватами, зачастую вынуждает ликвиди­ ровать скважины по техническим причинам. Так, из общего чис­ ла скважин, ликвидированных по техническим причинам в 1971—-1973 гг., 36% ликвидировано в результате прихватов ко­ лонн бурильных труб [87]. Убытки, понесенные в связи с при­ хватами в 1973 г., составили около 45 млн. руб., а затраты вре­ мени, приходящиеся на один прихват, равнялись:

связанные с прихватом, по некоторым предприятиям Министер­ ства нефтяной промышленности за 1971—1975 гг.

Из табл. 1 видно, что показатель Коп, характеризующий от­ ношение аварийного времени, потерянного вследствие прихва­ тов, к 1000 м проходки по объединениям Азнефть, Каспморнефть, Грознефть, Нижневолжскнефть, Укрнефть, Грузнефть и Узбекнефть значительно больше средней величины Коа в це­ лом по Министерству нефтяной промышленности.

В табл. 2 приведены сравнительные показатели аварийно­ сти по некоторым предприятиям Министерства нефтяной про­ мышленности за 1971 и 1975 гг.

(по числу и потерянному аварийному времени) аварии — при­ хваты колонн труб.

Из данных табл. 2 видно, что, несмотря на значительное уменьшение затрат времени на ликвидацию прихватов в 1975 г., процентное отношение этих затрат к общим затратам времени на ликвидацию аварий в целом по отрасли осталось на уровне 1971 г.

Существенные факторы, ухудшающие технико-экономические показатели бурения на большинстве указанных в табл. 2 пред­ приятий, — очень сложные условия проходки и большая глуби­ на скважин, особенно в разведочном бурении.

В табл. 3 приведены данные о распределении прихватов (по причинам их возникновения) в районах Советского Союза с наиболее сложными условиями бурения за 1970—1974 гг.

Анализ приведенных в табл. 3 данных показывает, что бо­ лее половины прихватов произошло вследствие нарушения ре­ жима промывки.

8

9

Продолжение табл. 1

П р и м е ч а н и е , rii и пг—соответственно число аварий и прихватов; <, и' U— вре­ мя, потерянное, соответственно, от общего числа аварий и прихватов.

10