Безаварийное бурение

СПБГУАП | Институт 4 группа 4736

бурильные трубы повышенной прочности. Заклиниться могут, вероятнее всего, УБТ, долото или стабилизатор. Массу части КНБК, находящейся ниже места прихвата, использовать для освобождения ударами ясса нельзя. Если прихват произойдет выше УБТ, то для операций с яссом можно использовать лишь массу толстостенных бурильных труб повышенной прочности.

•Если ожидается чередование твердых и мягких пластов и размыв ствола, нужно рассмотреть вопрос об использовании ингибированного бурового раствора для минимизации образования уступов.

Освобождение бурильной колонны, заклинившейся в желобной выработке

При любом прихвате на участке со сложной геометрией технология освобождения бурильной колонны предусматривает расхаживание колонны и удары яссом в направлении,

противоположном тому, в котором двигалась колонна до прихвата. При ударах яссом вниз можно приложить максимальный крутящий момент. При ударах яссом вверх прикладывать крутящий момент нельзя.

•Заклинивание в желобе всегда происходит при перемещении колонны вверх, поэтому для освобождения нужно приложить крутящий момент и произвести удары яссом

вниз.

•Если удается сдвинуть колонну вниз, то можно повращать колонну и, возможно, вывести ее за пределы зоны прихвата.

Дополнительные приемы для освобождения бурильной колонны, заклинившейся в желобной выработке

Если приложение крутящего момента и перемещение колонны вниз не привели к освобождению, то можно применить несколько дополнительных приемов, которые иногда бывают успешными.

•Желательно использовать ясс, если это возможно, но часто ясс остается ниже зоны прихвата. Если освободить колонну вращением и перемещением вниз не удается, может потребоваться развинтить колонну выше места прихвата (предпочтительно в обсадной колонне) и спустить ловильный ясс.

•Если желоб выработан в карбонатной породе, например в известняке, можно поставить кислотную ванну для растворения породы и расширения желоба.

•Можно применить жидкостную ванну со смазывающими добавками, чтобы уменьшить трение и освободить колонну.

•Можно использовать для освобождения колонны спускаемые на канате скважинные вибраторы, способные уменьшить эффективное трение между колонной и породой, в которой выработан желоб, или обеспечить "ожижение" этой породы.

•Если удается сдвинуть колонну вниз, но нельзя поднять ее из желоба с вращением, то можно использовать расширитель для ликвидации желобов. Если желобная выработка находится достаточно высоко в скважине, можно установить в колонну расширитель для ликвидации желобов и спустить его в зону прихвата. Расширитель должен подойти к желобу раньше чем долото подойдет к забою. Если это сделать не удастся, то можно развинтить колонну выше желоба (предпочтительно в обсадной колонне) и спустить расширитель, чтобы навинтить его на оставшуюся часть бурильной колонны. Решение

230

СПБГУАП | Контакты https://new.guap.ru/i03/contacts

СПБГУАП | Институт 4 группа 4736

о применении этого метода должно быть тщательно взвешено, поскольку захват оставшейся бурильной колонны таким образом возможен не всегда.

Жесткая КНБК

С началом направленного бурения стали возникать прихваты, вызванные заклиниванием жесткой КНБК.2 Это происходит в тех случаях, когда на участке стабилизации зенитного угла используется более жесткая компоновка, чем та, которая использовалась для набора кривизны. Если

искривление ствола оказалось более резким, чем ожидалось, жесткая компоновка может не пройти через него. Любая компоновка является более гибкой в сжатом состоянии, чем в растянутом.

Поэтому жесткая компоновка может пройти желоб при спуске колонны, но заклиниться в нем при подъеме (рис. 10).

	Прихваты этой группы встречаются не так часто как
	раньше. Сейчас в отрасли используются более
	совершенные отклонители, чем 20 - 30 лет назад, и
	таких резких искривлений ствола удается избегать.
	Кроме того, в настоящее время не используются
	такие жесткие КНБК, которые применялись в 1970 и
	1980-е годы. Сейчас стараются стабилизировать угол	Когда жесткий элемент, такой как
	с помощью отклонителей, а не больших жестких	обсадная колонна, с большим
	компоновок. Использование меньших КНБК в	усилием вводят в участок резкого
	сочетании с более	искривления ствола, пройденный с
	эффективным предотвращением резких искривлений
		менее жесткой КНБК, возникают
	ствола сводит к минимуму число таких прихватов,	большие поперечные нагрузки.
	когда-то бывших обычным явлением. Прихваты	Рис. 10-10 Жесткая КНБК
	этого типа все же могут возникать там где
	используются жесткие КНБК или нет достаточной
	информации о резких искривлениях ствола.

Обсадная колонная является одним из самых жестких элементов, которые спускают в скважину. Бывают такие резкие искривления ствола, в которых не заклиниваются УБТ, но может заклиниться обсадная колонна.

Когда следует ожидать заклинивания жесткой КНБК

Заклинивание жесткой КНБК происходит когда ее вдавливают в желоб с большим усилием. Обычно такой прихват возникает при спуске в скважину колонны с более жесткой КНБК, чем та, которая была поднята перед этим.

•Если есть резкое искривление ствола, следует ожидать заклинивания при первом прохождении через этот участок новой КНБК.

•Следует ожидать заклинивания в известных резких искривлениях ствола каждый раз при установке в бурильную колонну более жесткой КНБК, чем была раньше. Даже если есть основания считать, что в интервале набора кривизны резких искривлений ствола нет, при спуске бурильной колонны с более жесткой компоновкой возможна посадка и заклинивание.

231

СПБГУАП | Контакты https://new.guap.ru/i03/contacts

Рис. 10-11 Измерение интенсивности искривления скважины

СПБГУАП | Институт 4 группа 4736

•Обсадная колонна является очень жестким элементом. Можно ожидать заклинивания при спуске обсадной колонны через интервал набора кривизны или через резкое искривление ствола. Такая вероятность особенно велика при небольшом зазоре между обсадной колонной и стенками скважины.

Признаки заклинивания жесткой КНБК

Кявным признакам заклинивания жесткой КНБК относятся следующие:

•Внезапная посадка колонны при вхождении КНБК в резкое искривление ствола. То же самое может произойти в интервале набора кривизны наклонно-направленной скважины.

•Как предпосылка - спуск в скважину бурильной колонны с более жесткой КНБК, чем была только что поднята из скважины.

•Возрастание крутящего момента при спуске колонны с вращением через резкое искривление ствола.

•Как предпосылка - уменьшение диаметра стабилизатора по сравнению с номинальным или другие признаки износа элементов КНБК, поднятой из скважины. Это указывает на возможность существования резких искривлений ствола, через которые с трудом прошла вращающаяся КНБК.

•Большой крутящий момент или сопротивление продольному перемещению колонны при ее подъеме из скважины.

Предотвращение заклинивания жесткой КНБК

•Лучший способ предотвращения таких прихватов - ограничение интенсивности искривления ствола. Усовершенствованные отклонители помогают ограничить интенсивность искривления ствола наклонно-направленных скважин в интервале набора кривизны. С точки зрения ограничения интенсивности искривлений последовательные зарезки предпочтительнее резких однократных изменений направления скважины.

•Нужно знать интенсивность всех существующих резких искривлений.

Простая инклинометрия прибором Тоtсо не покажет интенсивность резкого искривления. Чтобы рассчитать интенсивность резкого искривления, нужно знать как наклон, так и азимут траектории скважины. Рассмотрим скважину, в которой выдерживается постоянный по величине зенитный угол 5 0 при изменении направления по азимуту на 1800 на интервале 100 футов. Инклинометрия прибором Тоtcо покажет нулевую интенсивность искривления, хотя фактически она будет равна 10° на 100 футов.

• Следует проявлять осторожность при замене КНБК. Нужно свести к минимуму число замен КНБК, особенно замен на компоновки

с другой жесткостью. Если необходима замена, нужно тщательно подобрать жесткость

232

СПБГУАП | Контакты https://new.guap.ru/i03/contacts

СПБГУАП | Институт 4 группа 4736

новой компоновки. Жесткость УБТ в значительной степени зависит от их диаметра. Прочность при изгибе пропорциональна диаметру в четвертой степени. Если увеличить диаметр УБТ в два раза, то ее прочность при изгибе или жесткость возрастет в 16 раз.3

Жесткость = π(D4-d4)/64

(10.1)

На жесткость влияет также расстояние между стабилизаторами. Чем ближе друг к другу установлены стабилизаторы, тем жестче компоновка.

•Нужно избегать заклинивания УБТ в местах резкого искривления, для чего следует ограничить разгрузку колонны в таких местах. Если сопротивление движению колонны при спуске в месте резкого искривления слишком велико, может быть стоит не пытаться продвинуть колонну с большей нагрузкой, а поднять инструмент и проработать ствол. Как и всегда при опасности прихвата на участках со сложной геометрией бурильщик должен следить за положением КНБК в зоне резкого искривления. При приближении КНБК к месту резкого искривления нужно уменьшить скорость спуска и внимательно следить за возможным увеличением сопротивления продольному перемещению колонны.

•Перед подъемом более жесткой КНБК нужно проработать участки резкого искривления ствола. При подозрении на резкие искривления ствола, или когда поднимается более жесткая компоновка, нужно предварительно проработать опасные интервалы. Перед спуском обсадной колонны можно проверить ствол с использованием сдвоенного расширителя, имеющего повышенную жесткость.

Освобождение заклинившейся жесткой КНБК

При любом прихвате на участке со сложной геометрией технология освобождения бурильной колонны предусматривает расхаживание колонны и удары яссом в направлении,

противоположном тому, в котором двигалась колонна до прихвата. Следует отметить, что растягивающие и скручивающие напряжения суммируются, поэтому нельзя прикладывать одновременно максимальное растяжение и максимальный крутящий момент. Можно сочетать максимальную разгрузку колонны с максимальным крутящим моментом, поскольку в этом случае напряжения не суммируются. Нельзя выполнять удары яссом вверх, когда приложен большой крутящий момент, поскольку это может привести к разрушению бурильной колонны.

Заклинивание жесткой КНБК обычно происходит при спуске бурильной колонны в скважину.

Поэтому обычно требуется ударить яссом вверх без приложения крутящего момента.

Однако УБТ являются более гибкими в сжатом состоянии, чем в растянутом. Поэтому они могут пройти место резкого искривления ствола при спуске колонны, но заклиниться в нем при подъеме. Если КНБК была спущена через место резкого искривления ствола с большим усилием и затем заклинилась при попытке подъема, то нужно ударить яссом вниз без приложения крутящего момента.

Дополнительные приемы для освобождения жесткой КНБК

Если расхаживание бурильной колонны и удары яссом не привели к освобождению, можно применить несколько дополнительных приемов, которые иногда бывают успешными..

•В процессе расхаживания бурильной колонны можно поставить на участке резкого искривления ствола жидкостную ванну со смазывающими добавками.

•Если место резкого искривления ствола находится в интервале карбонатных пород, можно поставить кислотную ванну для растворения породы и освобождения КНБК.

233

СПБГУАП | Контакты https://new.guap.ru/i03/contacts

СПБГУАП | Институт 4 группа 4736

•Можно использовать для освобождения колонны спускаемые на канате скважинные вибраторы, обеспечивающие "ожижение" породы в месте резкого искривления ствола.

•Если буровой ясс оказался неэффективен или не был установлен в колонне, может потребоваться развинтить колонну выше места прихвата и спустить ловильный ясс.

Мелкие искривления

Одно мелкое искривление может не привести к серьезным осложнениям, но несколько мелких искривлений, расположенных близко друг к другу, могут вызвать так называемое "заклинивание в мелких искривлениях" (рис. 10-12).

Мелкие искривления уменьшают эффективный диаметр скважины. Когда КНБК находится в сжатом состоянии, она более податлива и может пройти через меньший эффективный диаметр на участке мелких искривлений. Когда колонна находится в растянутом состоянии, КНБК становится более жесткой и расклинивается в интервале последовательных мелких искривлений.

Обычно заклинивание в мелких искривлениях происходит при подъеме инструмента, но очень жесткие КНБК и обсадные колонны могут заклиниться и при спуске.

Причиной возникновения мелких искривлений является частое изменение направления или углов при бурении наклонно-направленной скважины или естественным отклонением долота при разбуривании чередующихся твердых и мягких пород. При переходе из мягкой породы в твердую долото стремится изменить свое направление. Одной стороной долото попадает в твердую породу, а другой продолжает разбуривать мягкую породу. Поэтому возникает неравномерное сопротивлению породы разрушению, и долото отклоняется вверх по восстанию или соскальзывает вниз по падению пласта

(рис. 10-13).

Рис. 10-12 Мелкие искривления

Рис. 10-13 При разбуривании чередующихся пластов различной твердости возникают мелкие искривления

234

СПБГУАП | Контакты https://new.guap.ru/i03/contacts

СПБГУАП | Институт 4 группа 4736

Если угол между торцем долота и линией
падения пласта меньше 45 °, то долото имеет
тенденцию уходить вверх по восстанию. Если
угол между торцем долота и линией падения
пласта больше 45 °, то долото имеет тенденцию
уходить вниз по падению.
Это можно наглядно продемонстрировать,
наклоняя стол под разными углами и ставя на
него стакан или чашку (рис. 10-14).	Рис. 10-14 Отклонение долота

Henry Woods и Arthur Lubinski выявили это обстоятельство в 1954 г. и показали, что величина поперечных отклонений долота, в результате которых возникает большая часть мелких искривлений, определяется диаметром УБТ, установленной непосредственно над долотом

(рис. 10-15).

Минимальный эффективный диаметр долота = 1/2 * (размер долота + наружный диаметр УБТ) (10.2)

Чередование твердых и мягких пород может также привести к образованию резких искривлений ствола, даже если траектория скважины остается относительно прямолинейной. Чередование твердых и мягких пород приводит к биению долота, если оно не стабилизировано должным образом. В результате уменьшается эффективный диаметр скважины. Недостаточно жесткая бурильная колонна может пройти через эти резкие искривления в сжатом состоянии, но может заклиниться в них в растянутом состоянии.

Обсадная колонна или большая КНБК может не пройти эти резкие искривления.

Рис. 10-15 Биение долота

Мелкие искривления встречаются все чаще. Частично это объясняется возрастающим масштабом использования небольших КНБК.

235

СПБГУАП | Контакты https://new.guap.ru/i03/contacts

СПБГУАП | Институт 4 группа 4736

Небольшие компоновки более гибкие и легче изгибаются при бурении. Кроме того, все шире используются верхние приводы, с которыми можно бурить дольше без приподъема колонны для наращивания, и проще войти в опасный интервал. Мелкие искривления встречаются обычно там где в разрезе чередуются пласты с разной твердостью, бурение производят 90футовыми свечами с недостаточно жесткими КНБК при больших осевых нагрузках на долото. В 1990-ые годы стремились уменьшить размер КНБК и бурить удлиненными свечами. Очень часто опасность не замечали, пока не происходил прихват во время приподъема колонны для наращивания.

Большие КНБК позволяют избежать образования мелких искривлений, но их использование в сильнонаклонных скважинах может привести к осложнениям из-за скоплений шлама и большого сопротивления продольному перемещению колонны. При использовании небольших нестабилизированных КНБК возможно биение долота, которое ведет к износу его зубьев и подшипников. Если долото не удерживается на оси скважины, зубья будут неравномерно поражать забой и быстро изнашиваться. Если произойдет изгиб УБТ, нагрузка будет распределяться по подшипникам неравномерно. Таким образом, подшипники и хвостовик будут испытывать усталостные нагрузки (рис. 5-2), что ведет к ускоренному износу. Большие УБТ и стабилизаторы помогают избежать этих проблем.3

Когда следует ожидать заклинивания в мелких искривлениях

Заклинивания в мелких искривлениях происходят обычно при приподъеме бурильной колонны для наращивания или при спуске обсадной колонны или более жесткой компоновки. Ожидать заклинивания в мелких искривлениях следует при наличии следующих условий:

•Вскрыты чередующие пласты мягких и твердых пород. При переходе из одного пласта в другой долото обычно отклоняется. Эта проблема усугубляется с уменьшением отношения диаметра УБТ к диаметру долота.

•Используются недостаточно жесткие или нестабилизированные КНБК при больших осевых нагрузках на долото. Если создается слишком большая осевая нагрузка на долото для данного диаметра УБТ, то произойдет изгиб УБТ и долото начнет двигаться по винтовой линии.

•Используются нестабилизированные или небольшие по отношению к размеру долота УБТ. Если естественная тенденция к поперечному отклонению долота не ограничивается, то минимальный эффективный диаметр скважины будет меньше.

•Часто изменяется направление бурения наклонно-направленной скважины.

Признаки заклинивания в мелких искривлениях

К признакам заклинивания в мелких искривлениях можно отнести и условия, благоприятные для их образования:

•Постоянные изменения механической скорости бурения являются признаком проходки чередующихся пластов твердых и мягких пород.

•Возрастание крутящего момента и сопротивления продольному перемещению колонны при приподъеме колонны для наращивания указывает на возможность наличия мелких искривлений.

•Возрастание крутящего момента при бурении может быть признаком наличия резких мелких искривлений. Как мы помним, бурильная колонна является более жесткой в растянутом состоянии, чем в сжатом. Когда бурильную колонну приподнимают с

236

СПБГУАП | Контакты https://new.guap.ru/i03/contacts

СПБГУАП | Институт 4 группа 4736

забоя с вращением, возрастает крутящий момент, обусловленный наличием мелких искривлений. При бурении часть крутящего момента обусловлена взаимодействием долота с забоем, и часть трением колонны о стенки скважины. Об интенсивности мелких искривлений можно судить, сравнивая значения крутящего момента, когда долото находится на забое, и когда оно приподнято над забоем.

•Как предпосылка - многократные изменения направления бурения или отклонения забойного двигателя.

Предотвращение заклинивания в мелких искривлениях

Наилучший способ предотвратить заклинивание в мелких искривлениях - это, прежде всего, не допускать образования мелких искривлений.

•Свести к минимуму число изменений направления бурения. Можно выполнять последовательные зарезки через каждую свечу, а не через каждые 30 футов.

•Избегать больших осевых нагрузок на долото при работе с недостаточно жесткими КНБК.

•Частые проработки снизу вверх при бурении через чередующиеся твердые и мягкие породы поможет сгладить уступы на участке образовавшихся мелких искривлений. Перед спуском более жесткой КНБК или обсадной колонны в интервал, где предполагается наличие мелких искривлений, нужно проработать этот интервал. Проработка дает возможность увеличить минимальный эффективный диаметр ствола.

•Бурильщик должен знать, где находится КНБК по отношению к предполагаемым мелким искривлениям, и двигаться через них медленно и осторожно.

Освобождение колонны, заклинившейся в мелких искривлениях

При любом прихвате на участке со сложной геометрией технология освобождения бурильной колонны предусматривает расхаживание колонны и удары яссом в направлении,

противоположном тому, в котором двигалась колонна до прихвата. Поскольку бурильная колонна является более жесткой в растянутом состоянии, чем в сжатом, то заклинивание в мелких искривления более вероятно при подъеме колонны. Однако колонна может быть прихвачена и при спуске, особенно если речь идет о бурильной колонне с более жесткой компоновкой или об обсадной колонне.

Как мы помним, растягивающие и скручивающие напряжения суммируются. Прикладывать большой крутящий момент можно только при ударах яссом вниз, но не при ударах вверх.

Дополнительные приемы для освобождения бурильной колонны, заклинившейся в мелких искривлениях.

Если проработка ствола и применение ясса не дают результатов, то можно попробовать поставить жидкостную ванну.

Если предполагаемые мелкие искривления расположены в карбонатной породе, можно поставить кислотную ванну для растворения породы и освобождения колонны.

Можно использовать для освобождения колонны спускаемые на канате скважинные вибраторы, способные обеспечить "ожижение" породы в месте прихвата или уменьшить эффективное трение между колонной и породой (коэффициент трения движения меньше, чем коэффициент трения покоя).

237

СПБГУАП | Контакты https://new.guap.ru/i03/contacts

СПБГУАП | Институт 4 группа 4736

Уступы

Резкие искривления ствола могут привести к

образованию уступов. Это происходит, когда

мягкие породы разрушаются и обнажают более

Рис. 10-16 Уступы

твердые породы (рис. 10-16). Известно, что

уступы часто образуются в мелких искривлениях

ствола, обусловленных чередованием твердых и

мягких

пород.

Однако

уступы

могут

образоваться и в отсутствие искривлений ствола.

Обычно уступы образуются на участках

чередования твердых и мягких пород, когда в

интервале твердых пород диаметр скважины

остается равным диаметру долота, а в интервале

легко разрушающихся мягких пород диаметр

увеличивается. Кроме того, они образуются

Обычно уступы образуются на участках

около трещин и разрывных нарушений (рис. 10-

17).

чередования твердых

и

мягких пород,

когда в интервале твердых пород диаметр

Наибольшую опасность уступы представляют

скважины

остается

равным

диаметру

при спуске обсадных колонн и геофизических

долота,

а

в

интервале

легко

приборов, не позволяя довести их до забоя. Часто

разрушающихся

мягких

пород

диаметр

бывает так, что при подъеме бурильной колонны

увеличивается.

перед спуском обсадной колонны признаков этой

Рис. 10-16 Уступы

опасности нет, но спускаемая обсадная колонна,

из-за своего большого диаметра и жесткости, не

может пройти уступы (рис. 10-16).

Стабилизаторы и другие элементы бурильной колонны, резко отличающиеся друг от друга по диаметру, могут заклиниться в уступах при движении бурильной колонны в обоих направлениях.

Уступы образуются также около разрывных нарушений, когда осыпается рыхлый материал.

Рис. 10-17 Уступы в местах разрывных нарушений

238

СПБГУАП | Контакты https://new.guap.ru/i03/contacts

СПБГУАП | Институт 4 группа 4736

Когда следует ожидать образования уступов

Ожидать образования уступов следует при наличии следующих условий:

•Чередование твердых и мягких пород. Это приводит к биению долота.

•Трещины и разрывные нарушения пластов.

•Многослойные соляные пласты, где соль растворяется с разной интенсивностью.

•Резкие искривления ствола любого типа.

Большая часть осложнений, связанных с наличием уступов, происходит при спуске бурильных колонн, спуске обсадных колонн и геофизических скважинных приборов.

Признаки наличия уступов

Кпризнакам наличия уступов можно отнести следующие:

•Постоянные изменения скорости проходки. Это является признаком чередования твердых и мягких пород, являющегося предпосылкой к образованию уступов.

•Повторяющиеся затяжки при СПО. Когда замки прижимаются к уступам, индикатор веса будет показывать небольшие увеличения нагрузки на крюке примерно через каждые 30 футов. Если эта тенденция изменения сопротивления продольному перемещению колонны не будет сильно искажена из-за мероприятий по очистке скважины, указанную зависимость можно легко обнаружить.

•Внезапное и хаотичное повышение нагрузки на крюке, когда стабилизатор или долото заклинится в уступах.

•Внезапная посадка обсадной или бурильной колонне при входе ее в зону уступов.

•Известные чередующиеся, трещиноватые или имеющие разрывные нарушения пласты.

Если наличествует какое-либо из этих условий, то возможно существование уступов.

Предотвращение осложнений, связанных с существованием уступов

Для предотвращения осложнений, связанных с существованием уступов, нужно в первую очередь стараться не допустить образования уступов.

•Нужно принимать меры для предотвращения образование уступов.

•Следует уменьшать до минимума расширение ствола, пересекающего слои глинистых пород в песчаном интервале или чередующиеся слои глинистых пород, путем соответствующей обработки бурового раствора. Ингибированный буровой раствор может не потребоваться для предотвращения потери устойчивости стенок скважины, но он может быть необходим для предотвращения образования уступов с целью безопасного спуска обсадной колонны.

•Если избежать образования уступов не удается, то следует проявлять осторожность при проведении через уступы долота или КНБК. Бурильщик должен знать, где находятся уступы и где вероятно заклинивание в них бурильной колонны. При

239

СПБГУАП | Контакты https://new.guap.ru/i03/contacts