4. Борьба с прихватами бурильной колонны

Основными причинами прихватов бурильной колонныпри использовании глинистого раствора в качестве промывочной жидкости являются:

1) промывка забоя глинистым раствором с очень большой водоотдачей; такой раствор образует толстую глинистую корку на стенках скважины, что ведет к сужению диаметра ствола скважины, при подъеме бурильной колонны корка сдирается и над долотом образуется сальник, уплотняющийся при подъеме, что приводит к прихвату;

2) выпучивание пластичных пород (глин) при большой разности давлений в пластах и стволе скважины под влиянием воды, проникающей из глинистого раствора; набухающие и выпучивающиеся породы сужают ствол скважины, вызывая резкое повышение давления на насосах и прихват бурильной колонны в интервале выпучивания;

3) плохая и нерегулярная очистка глинистого раствора от выбуренной породы; в результате этого в скважину закачивается глинистый раствор вместе с ранее выбуренными частицами;

4) оставление бурильной колонны без движения в скважине продолжительное время при качестве раствора, не соответствующем условиям бурения;

5) ступенчатый профиль скважины; при бурении скважины долотами разного диаметра в месте перехода от большого диаметра к меньшему скапливаются обломки выбуренной породы, уплотняющиеся в этом месте, что приводит к сужению ствола и прихвату бурильной колонны;

6) промыв в резьбовых соединениях бурильной колонны; при этом раствор не выносит породы и долото «зарывается» в породу без промывки;

7) недостаточные скорости движения раствора в кольцевом пространстве во время бурения.

Прихват бурильной колонны может также произойти от разницы пластового давления и давления столба промывочной жидкости, когда бурильная колонна, оставленная без движения, лежит на стенке скважины против зоны проницаемых пород. Глинистая корка под давлением лежащих на ней бурильных труб постепенно начинает уплотняться и все меньше передавать через себя гидростатическое давление. Когда же глинистая корка становится непроницаемой, передача давления прекращается. Поскольку пластовое давление имеет меньшее значение, чем давление столба промывочного раствора на данной глубине, то бурильная колонна оказывается под воздействием сил неуравновешенной части давления столба раствора, препятствующих извлечению бурильной колонны из скважины.

Причиной прихвата бурильной колонны в турбинном бурении при использовании воды в качестве промывочной жидкости является недостаточная промывка скважины перед наращиванием или подъемом бурильной колонны.

Для предупреждения прихватов необходимо:

1) применять высококачественные глинистые растворы, дающие тонкие плотные корки на стенках скважин;

2) обеспечивать максимально возможную скорость восходящего потока глинистого раствора; перед подъемом бурильной колонны скважину необходимо промывать до полного удаления выбуренной породы и приведения параметров глинистого раствора в соответствие с указанными в ГТН;

3) обеспечивать полную очистку глинистого раствора от обломков выбуренной породы;

4) регулярно прорабатывать в процессе бурения зоны возможного интенсивного образования толстых корок;

5) утяжеление глинистого раствора производить при вращающейся бурильной колонне;

6) следить в глубоких скважинах за температурой восходящего глинистого раствора, т. к. резкое снижение последней свидетельствует о появлении размыва резьбовых соединений в колонне бурильных труб выше долота;

7) при вынужденных остановках процесса бурения необходимо:

а) через каждые 3–5 мин расхаживать бурильную колонну и проворачивать ее ротором;

б) при отсутствии электроэнергии подключить аварийный дизель-генератор и бурильную колонну периодически расхаживать; при его отсутствии бурильный инструмент разгрузить примерно на вес, соответствующий той части колонны труб, которая находится в необсаженном интервале ствола, и прекратить промывку, периодически возобновляя ее при длительной остановке;

в) в случае выхода из строя пневматической муфты подъемного механизма установить аварийные болты и расхаживать бурильную колонну или поднимать ее;

8) для предотвращения прихвата бурильной колонны при использовании утяжеленного глинистого раствора следует систематически применять профилактические добавки: более 0,8 % графита, I–3 % сульфонола (в виде 1–3 %-ного водного раствора); подбор рецептур в каждом отдельном случае должен уточняться лабораторией глинистых растворов.

В практике бурения применяется ряд методов ликвидации прихватов бурильных и обсадных колонн.

Затяжки и небольшие прихваты обычно ликвидируются путем расхаживания (многократное, чередующееся опускание и поднимание колонны) и проворачивания ротором бурильной колонны. Величина усилия, которое прикладывается к трубам во время расхаживания, может намного превышать собственный вес колонны и лимитируется прочностью труб и талевой системы. Поэтому перед расхаживанием должно быть тщательно проверено состояние вышки, талевой системы, лебедки и их прочность, а также состояние индикатора веса. Если расхаживанием не удается ликвидировать прихват, а циркуляция промывочной жидкости не прекратилась, прибегают к установке нефтяной, водяной или кислотной ванны.

Практика производства нефтяных ванн в скважинах, где бурили с промывкой забоя водой и скважина была заполнена водой, показала, что нефть очень быстро всплывает. В этих случаях, чтобы получить эффект от нефтяной ванны, необходимо перед и после закачки нефти прокачать по несколько кубометров глинистого раствора. Глинистый раствор ограничивает быстроту всплывания нефти, и нефтяная ванна дает результат.

Для освобождения прихваченных бурильных колонн и устранения заклинивания долота, турбобуров в карбонатных, глинистых (известняках, доломитах) и других породах, поддающихся действию кислоты, применяется кислотная ванна. Водяная ванна эффективна, когда замена глинистого раствора нефтью может привести к выбросу, если в зоне прихвата встречены обваливающиеся глины, и особенно когда бурильная колонна прихвачена или заклинена в отложениях магниевых и натриевых солей.

Чтобы успешно провести операцию по установке ванны, необходимо правильно определить расстояние от места прихвата до устья скважины, т. е. глубину прихвата. В промысловой практике глубину прихвата обычно находят по величине удлинения свободной неприхваченной части бурильных труб при расхаживавши бурильной колонны.

Для определения глубины прихвата бурильных, обсадных или насосно-компрессорных труб существуют специальные приборы – прихватоопределители.

Работа прихватоопределителя основана на свойстве ферромагнитных материалов, размагничивающихся при деформации предварительно намагниченных участков. В зону предполагаемого места прихвата спускается прибор для получения характеристики намагниченности прихваченных труб. Производится первый контрольный замер в месте прихвата. Далее в зоне прихвата устанавливаются контрольные магнитные метки путем подачи тока через электромагнит на участки колонны, расположенные друг от друга на расстоянии 10 м. При этом на каждом участке намагничивается отрезок трубы длиной 15–20 см.

Вторым контрольным замером записывается кривая магнитной индукции вдоль всего участка, где установлены магнитные метки. Последние на кривой магнитной индукции выделяются четкими аномалиями. На диаграмме меньшими аномалиями отбиваются также замки и муфты. После этого прихваченную колонну труб расхаживают непродолжительное время, при этом металл неприхваченных труб испытывает деформацию, в результате которой магнитные метки пропадают. В зоне прихвата магнитные метки не исчезают, т. к. этот участок не деформируется.

Третьим контрольным замером определяют участок, где магнитные метки не исчезли, т. е. определяется интервал прихвата.

Если нефтяная (кислотная или водяная) ванна не дала положительных результатов, прибегают к сплошной промывке нефтью или водой. Сплошная промывка водой возможна при бурении в устойчивых породах. При переходе на сплошную промывку нефтью следует избегать резкого перехода от глинистого раствора к нефти, т. к. для подъема тяжелого глинистого раствора в затрубном пространстве и для движения легкой нефти внутри бурильных труб потребуется высокое давление. Циркуляция нефти в скважине имеет ряд отрицательных сторон: нарушает глинизацию стенок скважины, создает опасность нефтяного или газового выброса.

Если, несмотря на принятые меры, бурильную колонну освободить не удается, ее развинчивают по частям при помощи бурильных труб с левой резьбой. При развинчивании прихваченной части приходится вначале расфрезеровывать сальник, образовавшийся вокруг труб. Этот процесс очень длителен и малоэффективен. Поэтому, если для извлечения прихваченной части бурильной колонны требуется много времени, обычно ее оставляют в скважине и обходят стороной. Такое отклонение ствола, называемое «уходом в сторону», производят используя методы бурения наклонных скважин (см. разд. 6.5).

Для ликвидации прихватов бурильной колонны успешно применяется метод развинчивания бурильных труб при помощи взрыва: ударная волна, проходя через резьбовое соединение трубы, вызывает резкое ослабление его. Если перед взрывом к трубам был приложен обратный вращающий момент, а резьбовое соединение было разгружено от веса вышележащих труб, то при взрыве происходит открепление резьбового соединения против места нахождения торпеды, которое затем легко отвинчивают ротором. Этот метод позволяет в большинстве случаев освободить трубы, находящиеся выше места прихвата, не прибегая к использованию бурильных труб с левой резьбой.