Лекция 4. ЖЕЛОБО- И КАВЕРНООБРАЗОВАНИЯ В СТОЛЕ СКВАЖИНЫ

Желобообразование — это процесс одностороннего продольного кавернообразования в стенке открытого ствола скважины. При этом образуется каверна особой формы — в виде замочной скважины (желобообразного овала). Осложнения этого вида наиболее харак­терны для искривленных и имеющих значительный прогиб участ­ков скважин. Желоба могут образовываться при бурении в мяг­ких породах в случае отклонения оси скважины от вертикали на 2—3°. При желобообразовании возникает опасность попадания колонны бурильных труб в суженную часть выработок и ее за­клинивания, часто приводящего к обрыву бурильных труб.

Скопления рыхлого материала в стволе скважины также возникают при его обвале со стенок. Опасность прихвата при обвалах даже выше, ввиду их неожиданности. Обвалы связанны с наличием пластов глинистых пород, особенно если ими сложены крутозалегающие и трещиноватые пласты.Такие породы (глины, аргиллиты, глинистые сланцы) впитывают воду из бурового раствора, набухают и приобретают способность к скольжению и обрушению в скважину. Если обрушения происходят сразу, – то это обвалы, если же они продолжаются в течение длительного времени и мелкими порциями, то они называются осыпями. На месте обвалов или осыпей образуются расширения ствола скважины называемые кавернами

При бурении скважин довольно часто наблюдается случаи потери циркуляционной бурового раствора.

Уход бурового раствора в пласт в объеме, превышающем естественную убыль раствора в процессе бурения скважины, называют поглощением бурового раствора.

Потери бурового раствора при строительстве скважин – один из наиболее тяжелых и распространенных видов осложнений, требующих значительных затрат времени и средств на их ликвидацию.

По мимо потери раствора и сдерживание углубление скважины, поглощение способствует возникновению таких осложнений, как водо-,нефте- и газопроявления, осыпания, обвалы пород, сужение ствола скважины, которые, в свою очередь, ведут к тяжелым авариям – открытым фонтанам, прихватам колоны труб, смятию обсадных колонн и тд.

Поглощение может произойти только в том случае, если давление в столба раствора в скважине превысит предельное давление в пласте, и он начнет принимать раствор.

По интенсивности поглощения подразделяют на частичные – без потери циркуляции бурового раствора; полные – циркуляция бурового раствора отсутствует, но уровень жидкости находится у устья скважины; катастрофические – уровень бурового раствора устанавливается ниже устья скважины.

Заклинка в возникающих на стенках скважины желобах –это еще один вид прихвата, который также случается при подъеме бурильной колонны (рис. 4.1)

Рис. 4.1. Желобообразование в стволе скважины

1 – стенка скважины; 2 – бурильная труба; 3 – соединение; 4 – УБТ или колонковая труба; 5 – желоб

Желобообразование происходит при наличии значительных искривлений ствола скважины в интервалах, сложенных мягкими и средними породами. Во время подъема силой натяжения бурильная колонна 2 прижимается к стенке скважины 1 – ее висячему боку. Соединения 3 соскабливают материал, образуя желоб 5, в который погружается бурильная колонна. При каждом подъеме этот желоб становится глубже.

Колонна УБТ по своему диаметру обычно значительно превосходит диаметр замка и по этой причине попасть в желоб не может. Поэтому прихваты в желобах чаще всего имеют место в случаях, когда в бурильную колонну включают элементы, диаметр которых превышает диаметр пропиливших желоб соединений на относительно небольшую величину. Это может быть какой-либо новый (ранее не включавшийся) переводник. Иногда заклинка в желобе происходит при замене бурильной колонны на другую, большего диаметра (например 50 мм на 63.5 мм).

Образование желобов происходит при проведении спуско-подъемных работ и расхаживании бурового инструмента. При этом торцовые части соединительных элементов колонн бурильных труб (муфты и замки) прорабатывают в породе продольную желобную выработку. В зависимости от конкретных условий такая вы­работка может формироваться на стороне как лежачего, так и висячего бока ствола скважины. Ширина ее зависит от наруж­ного диаметра используемых соединительных элементов (муфт, замков).

К геологическим причинам желобообразования можно отнести наличие в разрезе пород осадочного комплекса (глины, аргиллиты, сланцы, мергели, алевролиты и т. д.), а также отложения солей. Замечено, что глубина желоба в глинах и глиносодержащих поро­дах, как правило, больше, чем в песчаниках и алевролитах. Про­цесс желобообразования не зависит от глубины скважины. Опас­ность желобообразования возрастает в породах, перемежающихся по твердости. Объясняется это ростом интенсивности искривления скважин.

К технологическим причинам желобообразования следует от­нести: недопустимо интенсивное искривление ствола скважины, об­разование перегибов, разнонаправленность искусственного искрив­ления.

На образование желобов оказывают влияние использование из­ношенного породоразрушающего инструмента, а также мероприя­тия, приводящие к росту числа спуско-подъемных инструментов, его расхождений, применение технологии, не обеспечивающей под­держание целостности ствола скважины в процессе ее углубки и проведении СПО, несоответствие конкретным условиям режима промывки, свойств промывочной жидкости, вибрации колонны бурильных труб и др.

Организационные причины образования желобов — проектиро­вание заложения искривленных участков скважин в породах, склонных к кавернообразованию, а также использование при бу­рении изогнутых бурильных труб.

Развитие желобов в стволе скважины весьма опасно в связи с возможностью возникновения осложнений в виде прихвата (за­тяжки, заклинивания, посадки) бурового инструмента, повышен­ного загрязнения ствола* скважины шламом разбуренных пород из-за ухудшения условий его выноса из скважины (накопления шлама в застойных зонах), ошибок при тампонировании, вызван­ных неправильной оценкой объема ствола скважины.

.Меры профилактики:

1. Снижение числа циклов СПО в резуль­тате применения технологии, обеспечивающей увеличение про­ходки на коронку, долото. В зонах, опасных по желобообразованию, следует избегать ограничений на длину рейса.

2. Необходимо применять гладкоствольные бурильные трубы, исключать при воз­можности искривление скважин в условиях, благоприятных для развития осложнения.

3. При искусственном искривлении не сле­дует допускать резких перегибов оси скважины.

При бурении на нефть и газ замечено, что если степень пере­гиба ствола скважины

Желобообразование предупреждается при работе с буровым инструментом, оснащенным набором расширителей, в некоторых случаях— протекторами.

При проектировании и бурении наклонно направленных сква­жин необходимо стремиться к плавному изменению трассы сква­жины, избегать разнонаправленности плоскостей искривления скважины. В интервалах пород, склонных к желобообразованию, следует проектировать вертикальные скважины вместо наклонных.

При разработке конструкции скважины рекомендуется преду­сматривать закрепление интервала, опасного по интенсивности желобообразования, обсадными трубами.

Недопустимы натяжения и попытки извлечения бурового инст­румента, попавшего в желоб. Не дает положительных результатов в этом случае и изменение параметров промывочной жидкости.

Методы ликвидации желобов. Эти методы сводятся в основном к разрушению желобных выработок путем разбуривания и взрыв­ными работами.

Для разрушения желобных выработок используют, как отме­чалось, расширители. В мягких и средней твердости породах ис­пользуются четырехлопастные расширители, в более твердых по­родах— расширители шарошечного типа. В практике бурения неф­тяных скважин применяется следующий набор для разбуривания: пикообразное долото, диаметр которого выбирается меньше диа­метра ствола скважины; УБТ; четырехлопастной спиральный цент-ратор с диаметром в 1,1 —1,25 раза больше ширины желоба, но меньше номинального диаметра ствола скважины; бурильная труба; еще один специальный расширитель и колонна бурильных труб.

Процесс разрушения желоба оценивают по объему и форме выносимого из скважины шлама, а также по крутящему моменту. Разбуривание желоба ведется до полного его исчезновения.

В отдельных случаях освободить заклиненную колонну буриль­ных труб в желобной выработке удается путем нажатия на нее или, более эффективно, нанесением ударов, направленных вниз.

Признаки наличия желобовчастично совпадают с признаками сальникообразования. При подъеме бурового инструмента также наблюдаются затяжки. Однако содержание твердых частиц в буровом растворе остается в рамках нормы, и вынос на поверхность крупных кусков глины отсутствует. Данные инклинометрии свидетельствуют о значительном искривлении ствола скважины. При прихватах в желобах циркуляция промывочной жидкости сохраняется.

При появлении признаков желобообразования скорость подъема в пределах опасных интервалов снижают. При нарастании затяжек подъем прекращают, инструмент приспускают вниз и затем осторожно поднимают вновь. Если затяжка возникает снова, то подсоединяют ведущую трубу и продолжают подъем с вращением и промывкой.

Картина, сходная с желобообразованием, возникает при прихвате в интервалах пучащихся пород (обычно глинистых). Разбухая под влиянием впитываемого фильтрата бурового раствора, такие породы сужают сечение ствола скважины. При спуске узкий участок преодолевают с вращением и промывкой, однако в дальнейшем за время бурения стенки скважины сужаются снова, и при подъеме призабойная компоновка бурильной колонны может оказаться прихваченной.

Рис. 4.2 Сечение скважины при прихвате бурильной колонны фильтрационной коркой

1 – проницаемая порода; 2 – фильтрационная корка; 3 – соединение бурильных труб; 4 бурильная труба

Основное отличие заклинки в пучащихся породах от заклинки в желобах состоит в том, что появление суженных участков не связано с повышенной кривизной ствола. Циркуляция при прихватах в сужениях отсутствует.

Скопления рыхлого материала в стволе скважины также возникают при его обвале со стенок. Опасность прихвата при обвалах даже выше, ввиду их неожиданности. Обвалы связанны с наличием пластов глинистых пород, особенно если ими сложены крутозалегающие и трещиноватые пласты.Такие породы (глины, аргиллиты, глинистые сланцы) впитывают воду из бурового раствора, набухают и приобретают способность к скольжению и обрушению в скважину. Если обрушения происходят сразу, – то это обвалы, если же они продолжаются в течение длительного времени и мелкими порциями, то они называются осыпями. На месте обвалов или осыпей образуются расширения ствола скважины называемые кавернами (рис. 4.2)

Рис 4.3. Каверна

А – падение скорости восходящего потока в каверне; Б – образование сальника; 1 – пласт обрушающихся пород; 2 – ствол скважины; 3 – бурильная колонна; 4 – каверна; 5 – сальник; – скорость восходящего потока промывочной жидкости

На рисунке показано, что при прохождении через каверну (диаметр которой иногда превышает 1 м), скорость восходящего потока жидкости многократно уменьшается. Так-как вынос шлама тем больше, чем больше скорость потока, то в каверне шлам практически перестает выноситься и происходит его накопление. Смешанный с глинистым раствором шлам образует сальник.Сальникообразованию способствует высокая вязкость глинистого раствора и липкость его корки.

Вначале сальник образуется в периферийной части каверны, но постепенно он увеличивается в объеме и сходится к центру. Вращение бурильных труб приводит к уплотнению сальника, его материал сползает вниз и перекрывает проход. Сальник затрудняет прохождение бурильной колонны, создавая “посадки” (уменьшение показаний индикатора веса) при спуске и “затяжки” (рост показаний) при подъеме. Если процесс нарастания сальника не прекратить, то в конечном итоге затяжки и посадки приводят к прихвату в сальнике во время спускоподъемных операций. При таких прихватах циркуляция промывочной жидкости обычно невозможна.

Рекомендуемая литература: Осн. 1.с. 238-245

Контрольные вопросы:

1) Причины возникновения желобов

2) Процесс возникновения каверн

3) Геологические причины возникновения желобов

4) Технологические причины желбообразования

5) Меры профилактики желобообразования

6) Методы ликвидации желобов

7) Признаки наличия желобов