Факторы и причины прихватов бурового инструмента

Прихватом бурового инструмента в скважине называют потерю им (или каким-либо прибором) подвижности, восстановить ко­торую не удается без применения специальных мер. Прихват бу­рового инструмента встречается довольно часто и относится к числу наиболее тяжелых видов осложнений.

Удельные затраты времени на ликвидацию прихватов рассчи­таны по формуле

где т_пр — удельные затраты времени на ликвидацию прихватов, ст-ч/1000 м; т — общие затраты времени на ликвидацию прихва­тов, ст-ч; L — объем проходки, тыс. м.

В связи с ростом глубин разведочных скважин до 3000 м и использованием растворов, содержащих твердую фазу, возмож­ность развития прихватов возрастает. К сожалению, в практике бурения скважин на твердые полезные ископаемые изучению причин развития методов профилактики и ликвидации прихватов уделяется еше мало внимания. В отличие от этого большие работы по исследованию прихватообразования в последние годы были проведены в организациях, связанных с бурением нефтяных сква­жин

Естествественно, что простой перенос уже известных сведений по прихватам из области бурения эксплуатационных скважин на нефть и газ в практику разведочного бурения не всегда возможен. Однако общие тенденции формирования прихватов, методы их профилактики и ликвидации, безусловно, должны быть учтены.

При бурении на нефть и газ существует несколько классифика­ций прихватов- Так, А. К. Самотой делит их на три группы: вызванные перепадом давления, заклиниванием бурового инстру­мента, сужением ствола скважины.

Л. М. Дюков и И. И. Ханмурзин рассматривают прихваты по степени тяжести, оцениваемой затратами времени и материалов на их ликвидацию. В соответствии с этим все прихваты были ими расположены в следующем порядке: прихваты без потери цирку­ляции; прихваты с потерей циркуляции; прихваты, которые сопро­вождаются авариями (падение предметов в скважину, разруше­ние бурового инструмента и др.).

М. Р. Мавлютов кроме собственно прихвата, предложил учитывать дополнительные виды осложнений; затяжки, посадки, заклинивания и подклинивания. Под затяжкой бурильного вала при подъем его из скважины следует понимать значительное уве­личение необходимого тягового усилия, но в пределах допустимого правилами эксплуатации конкретного подъемного оборудования и бурового инструмента. Под посадкой бурильных труб— сущест­венное снижение нагрузки на крюке при проходке буровым ин­струментом сужений, желобов, уступов, отмечаемое по индикатору веса. Под .заклиниванием — жесткое сопротивление любому пере­мещению колонны бурильных труб, характерное для посадки их в желоб, сужения, в интенсивно искривленный участок ствола скважины. Наибольшие увеличения усилий и крутящего момента соответствуют подклиниванию. Все рассматриваемые осложнения в конечном счете перерастают в прихват. Однако такое их деле­ние позволяет в некоторой степени совместно с другими косвен­ными признаками идентифицировать первопричину прихвата, что весьма важно для принятия правильного решения по профилак­тике и ликвидации конкретного вида прихвата.

Сложность выявления генезиса прихватов связана с тем, что различные их проявления во многом аналогичны. Так, прихваты без потерь циркуляции могут быть вызваны: репрессией на пласт (дифференциальный прихват), желобообразованием, заклинива­нием бурового инструмента отдельными кусками породы, упавшим предметом, частью колонны разорванных бурильных труб при ликвидационных работах и т. д. Прихваты с потерей цирку­ляции— шламонакоплением, сужением ствола скважины, обвалом пород, прижогом алмазной коронки и др.

Существует основной косвенный признак, характерный для всех видов прихватов, — это рост тяговых усилий для подъема буро­вого инструмента и крутящего момента при холостом вращении колонны бурильных труб.

Для распознавания вида прихвата необходимо иметь четкое представление о факторах и причинах, которые могут определять и усиливать специфику процесса прихватообразования в каждом конкретном случае. ^:

Применительно к условиям бурения скважин на твердые по­лезные ископаемые можно назвать следующие виды прихватов: из-за нарушения целостности ствола скважины (сужения, каверно-, желобообразование); из-за загрязнения раствора и ствола сква­жины (твердой фазой, карбонатами, цементом, солями, пласто­выми водами и т. д.). Особые виды прихватов вызваны репрессией на пласт, самозаклиниванием керна в колонковой трубе, прижо­гом алмазного породоразрушающего инструмента.

Кроме того, различают верхний, боковой и полный прихваты колонкового набора . Верхний прихват, когда пробка шлама или породы перекрывает ствол скважины на уровне переходника с колонковой трубы (УБТ) на бурильные трубы и выше или в том случае, когда при подъеме буровой инструмент соскабливает со стенок скважины рыхлую и толстую фильтрационную корку. При этом буровой инструмент может вращаться и перемещаться вниз. Подъем же его затруднен или невозможен. Если в процессе первой фазы прихвата (затрудненного подъема) не принять со­ответствующие меры и продолжать подъем, то может наступить вторая фаза прихвата — затяжка бурового инструмента в уплот­ненный участок шламовой пробки с потерей вращения и полным прекращением циркуляции промывочной жидкости по скважине. Боковой прихват — при попадании кусков породы, металла в про­странство между стенками скважины и буровым инструментом. Полный прихват — когда колонковый набор прихвачен как по боковой поверхности, так и сверху. В этом случае колонна бурильных труб, как правило, не вращается и не поддается пере­мещению по стволу скважины.

Наиболее распространен прихват обсадных труб, вызванный их длительным контактом с породами (с момента их установки в скважину до извлечения при закрытии и ликвидации послед­ней). Это является причиной значительного перерасхода обсадных труб.

Для каждого из перечисленных видов прихватов характерны основные факторы. Так, для дифференциального прихвата — пере­пад давления в скважине, остановка движения бурового инстру­мента и наличие на стенках скважины фильтрационной корки. Для прижога алмазного инструмента — нарушение его температурного режима в процессе углубки скважины. Для таких видов прихватов, как нарушение целостности ствола скважины, загряз­нения и др., основные факторы прихватов анализируются в соот­ветствующих разделах книги.

Причины, усиливающие прихват бурового инструмента, целесо­образно разделить на три группы: геологические, технологические и организационные. Как и при других видах осложнений, геологи­ческие причины неустранимы, остальные — устранимы.

Геологические причины: наличие в геологическом разрезе не­устойчивых водо- и теплочувствительных пород; глин, глиносодер-жащих пород, отложений солей; многолетнемерзлых пород, цемен­тирующим материалом которых служит лед; несцементированных осадочных и разрушенных скальных, а также проницаемых пород; толщ мягких отложений с включениями более твердых пропластков; состав и степень минерализации пластовых вод, аномалия температуры в зоне прихвата.

Технологические причины: в основном различного рода на­рушения технологии и режима промывки, в частности несоответ­ствие промывочной жидкости и ее параметров конкретным гео­логическим условиям. Это может приводить к обвалам, обруше­ниям, течению, ползучести горных пород в ствол скважины, репрессии на пласт, представленный проницаемыми породами. За­грязнение промывочного раствора (твердой фазой, цементом и т. д.), вызывающее коагуляцию раствора, оседание шлама, фор­мирование в стволе скважины сальников также относится к техно­логическим причинам. В эту же группу причин входят: остановка движения бурового инструмента при перекреплении патронов шпинделя бурового станка, при проведении спуско-подъемных операций, резкое искривление ствола скважины, оставление буро­вого инструмента в зоне возможного осложнения; неудачная кон­струкция скважины, в частности малые зазоры между буровым инструментом, обсадными трубами и стенками скважины; по­вышенное трение бурового инструмента по породе; прижог алмаз­ного породоразрушающего инструмента.

Организационные причины: слабая профессиональная под­готовка членов буровой бригады, различного рода простои, в том числе из-за падения случайных предметов в скважину.

Прихваты не только снижают производительность бурения, но и могут служить причиной потери всей скважины или ее части, поскольку часто прихват бурового инструмента завершается обры­вом колонны бурильных труб. Это происходит в том случае, если бурильщик, не распознав вид осложнения, пытается извлечь из скважины прихваченную колонну труб, прикладывая при этом, без учета прочности последней, максимальные тяговые усилия. Прихваты обусловливают значительные потери обсадных труб, оставляемых в скважине из-за невозможности их извлечения.