4.4. Методы ликвидации прихватов

По способу воздействия на буровой снаряд различают следующие методы ликвидации прихвата: механический; гидравлический; электрический; химический, электрохи­мический.

Meханический метод ликвидации прихватов в разведочном бурении наиболее распространен. Он основан на силовом воздействии механизмов на прихваченный буровой снаряд. Выделяют статический и динамический механические методы.

Статический метод - это метод, основанный на силовом методе извлечения прихваченного снаряда путем приложения к ним уси­лий за счет лебедки, гидроцилиндров станка, поверхностных и погружных домкратов, гидроподпора и закручивания снаряда вращателем станка на несколько оборотов. Периодическое натя­жение и последующую разгрузку прихваченного снаряда называ­ют расхаживанием.

Как самостоятельный метод он малоэффективен, но его нужно проводить для предупреждения зоны прихвата. Осевые усилия не должны превышать 20 кН, чтобы не порвать и не за­клинить снаряд.

Расхаживание снаряда более эффективно с закручиванием снаряда вращателем с числом оборотов

, (4.1)

где - предел текучести металла, МПа; L - длина свободной части колонны, м; , - плотности металла и промывочной жидкости (стали 7,85 10³ кг/м³, сплава Д16Т 2,8•10³ кг/м³); К₃ - коэффициент запаса прочности снаряда (стали 1,5, сплава Д16Т 1,8); G - модуль упругости металла (стали 810МПа, сплава Д16Т 2,7•10⁴МПа).

По мере износа К₃ должен увеличиваться.

Еще эффективнее проявляется расхаживание с закручиванием снаряда и нагнетанием раствора ПАВ (гидроподпором).

Динамический метод основан на снижении сил сцепления прихваченного снаряда с породой за счет ударных импульсов и вибрации, которые генерируются за счет применения ударной бабы, раздвижной штанги, поверхностных и погружных вибраторов, гидроимпульсов, гидровибрирования и торпедирования.

Создают гидравлические импульсы следующим образом. В скважину под большим давлением нагнетают жидкость. При мгновенном разрушении мембраны, устанавливаемой в вертлюге-сальнике, в бурильной колонне резко падает давление жидкости и в колонне генерируются гидравлические импульсы. Одновременно в столбе жидкости и бурильной колонне возбуждаются собственные колебания.

Гидровибрирование бурильной колонны создают за счет гидравлических ударов при пульсирующей подаче промывочной жидкости. Гидроударные импульсы могут быть вызваны отключением компенсаторов насоса, изъятием части клапанов насосов применением специальных технических средств (гидровибратаров). Пульсация поршневыми насосами (например, НБ - 32) достигается синхронной работой поршней после перестановки пальцев штоков.

Гидравлические методы ликвидации аварий делят на статические и динамические.

Гидростатический метод основан на снижении сил трения в зоне прихвата за счет нагнетания в него гидрофобных жидкостей и воды с помощью мощных насосов, погружных насосов и созда­ния ванн.

Для ликвидации прихватов глинистой коркой или рыхлого шлама в виде сальника или частиц породы применяют водяные (с ПАВ и полимерами), нефтяные, кислотные, щелочные и комби­нированные ванны. Выбор ванн, ПАВ и полимеров производят дифференцированно в зависимости от материала труб и свойств горных пород.

Наиболее распространены и эффективны нефтяные ванны. Их результативность доходит до 75 %, а затраты составляют около 3,2 ст/смен. С увеличением плотности очистного агента и шлама в скважине эффективность ванн падает. Нефть нельзя заменять дизтопливом. При добавлении полимеров и ПАВ (до 2%) эффективность воз­растает. Количество нефти закачивают с таким расчетом, чтобы ее уровень превышал уровень зоны прихвата на 20-30 м. Для предотвращения перемешивания нефти с промывочной жидко­стью и ее всплытия предварительно закачивают буферную жидкость (аэрированую, раствор полиакриламида с бентонитом и др.).

При помощи мощных насосов (например цементировочно­го агрегата) восстанавливают циркуляцию и в течение 1-2 часов скважину промывают с расхаживанием и закручиванием снаряда. Затем быстро под давлением 15-25МПа закачивают буферную жидкость - нефть. Через 6 часов снова проводят расхаживание и накручивание снаряда с периодическим добавлением нефти. Про­должительность ванны составляет не более суток. При отсутствии положи­тельного результата ставят вторую ванну составляет с высотой подъема нефти выше места прихвата на 40-50 м. Устанавливать более 3-4 ванн нет смысла.

Кислотные ванны устанавливают в карбонатных и глини­стых отложениях. Для таких ванн используют 10-15%-й раствор соляной кислоты с ПАВ (или в смеси с плавиковой кислотой и нефтью). Количество раствора рассчитывают из условия поднятия его выше места прихвата на 20-30 м.

Порядок закачивания жидкостей такой: чистая вода - раствор ки­слоты - вода (из расчета заполнения бурильных труб на высоту 50 м) - буровой раствор. Через три - шесть часов производят расхаживание снаряда. Устанавливают не более 3-4 ванн. Запрещается устанавливать кислотные ванны при наличии ЛБТ.

Гидродинамический метод основан на размывании шлама помощью специального снаряда.

Эти методы также широко распространены при ликвидации аварий.

Электрический метод подразделяют на статический и динамический (электроимпульсный).

Электростатический метод основан на снижении сил сцепления частиц со снарядом за счет явлений электрофореза (при подсоединении отрицательного заряда к прихваченному снаряду, а положительного - к породе). При этом отрицательные глинистые частицы будут отталкиваться от отрицательно заряженной трубы и притягиваться к положительно заряженной породе. Этот малоэффективный метод может применяться в сочетании с другими методами.

Электроимпульсный способ основан на снижении сил сцепления частиц горной породы с поверхностью снаряда за счет повышения подвижности (осцилляции) частиц под действием явлений электрострикции. Вследствие больших размеров генераторов трудно использовать этот метод для ликвидации аварий в скважинах.

Химический и электрохимический методы основаны на растворении горных пород и растворении прихваченной части бурового снаряда. Так, под воздействием соляной кислоты растворяются карбонаты. При пропускании постоянного тока через опущенный в скважину катод (буровой снаряд), погруженный в раствор электролита, растворяется участок снаряда, находящегося в растворе.

Как отмечено выше, стратегия ликвидации аварий при отсутствии опыта базируется на последовательном подборе наиболее рациональных приемов от самых простых к сложным.

Как только произошел обрыв труб в результате прихвата снаряда, оборванную часть колонны извлекают, спускают ловильный инструмент и соединяют его с оставшейся в скважине бурильной колонной, подключают какой-нибудь мощный насос (например, от агрегата ЦА-320). Через каждые 30-50мин, промывки скважины раствором ПАВ производят расхаживание снаряда.

Рис. 4.3. Труборез-труболовка: 1 – корпус труболовки; 2 - пазы; 3 - пружина труболовки; 4 - штифт; 5 - гильза; 6 – поршень труболовки; 7 – плашкт; 8 – поршень трубореза; 9 – пружина; 10 – резцы; 11 – винт

Рис. 4.2. Гидровибратор для ликвидации

прихватов: 1 - клапан;

2, 3, 7 - центральный и радиальные каналы; 4 -корпус; 5 - продольный канал; 6, 8 - впускной и выпускной каналы

трубореза; 9 - пружина

Рис. 4.1. Механический

вибратор: 1 - переходник;

2 - кулачок; 3 - шток; 4, 5- верхняя и нижняя зубча- тые полумуфты; 6 - корпус; 7 – трубка; 8 – отсоединитель труболовки; 9 - межчик

Если это не дает положительного результата, то используют дополнительно динамические методы: выбивание ударной бабой в скважинах глубиной до 100 м, установкой поверхностного вибратора при глубине прихвата до 200 м, создание гидроим­пульсов, гидровибрирования и торпедирования, а также приме­няют гидравлические, химические и электрохимические методы, в зависимости от наличия соответствующего оборудования, ин­струмента и материалов.

При невозможности ликвидации аварии указанными мето­дами (например при прижоге коронки) бурильную колонну раз­винчивают (по отсоединителю или левым снарядом), поднимают, скважину промывают, отвинчивают переходник.

В скважину опускают механический или гидравлический вибратор с метчиком (рис. 4.1, 4.2), соединяют его с колон­ковой трубой, включают вибратор.

При невозможности извлечения прихваченного снаряда виб­ратором внутри колонковой трубы и ниже ее на 20-40 см разбу­ривают керн, затем под коронкой расширителем разбуривают скважину большим диаметром, чем коронка, и колонковую трубу "сбивают" вниз. Если разбурить расплавленную коронку нельзя, в колонковую трубу спускают труборез-труболовку (рис. 4.3) с помощью которой отрезают и извлекают трубу, а оставшуюся коронку фрезеруют.

Как крайний случай, при невозможности извлечения ко­лонковой трубы ее фрезеруют специальными фрезами. Разбуривание колонковой трубы коронками запрещено.

Следует отметить, что ликвидация аварий с развинчивани­ем бурильной колонны, отбивкой снаряда и фрезерованием ко­лонковой трубы требует значительных затрат времени (табл. 4.1) и поэтому ее применяют в крайнем случае.

Эффективность ликвидации аварий различными методами показана в табл. 4.1.

Самой распространенной сложной и трудоемкой группой аварий в разведочном бурении являются прихваты бурового сна­ряда.

Выявление и углубленный анализ причин возникновения прихватов и предшествующих им осложнений, составление де­тального плана ликвидации аварий - важнейшие условия успеш­ной ликвидации аварий

Наиболее эффективными методами ликвидации аварий яв­ляются постановка нефтяных ванн, использование вибраторов и торпедирование.

Однако постановка нефтяных ванн нецелесообразна для ликвидации прихватов, обусловленных обвалом стенок скважин, прожогом коронок, заклиниванием в желобах и посторонними предметами, а также при наличии ниже зоны прихвата погло­щающего горизонта, в отложениях, где гидроразрыв пласта про­исходит при перепадах давлений, меньших давления, необходи­мого для восстановления циркуляции и прокачки буферных жид­костей.

Более универсальным методом ликвидации аварий является виброударный метод. Использование поверхностных вибраторов возможно только при ликвидации прихватов на глубине не более 150-200 м.

Применение же погружных вибраторов требует развинчивания колонны, на что уходит много времени. Поэтому в буровой снаряд необходимо обязательно включать переходники отсоединители.

Результативность методов ликвидации аварий показана в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Методы ликвидации	Результативность	Затраты времени на
прихвата	использования	устранение одного
	метода, %	прихвата, ст-см.
Расхаживание	1,8	0,5
Расхаживание с интенсивной	8,6	2,8
промывкой
Постановка нефтяных ванн	74,6	3,2
С применением вибраторов	50-90	2,0
Торпедирование	80	13
Развинчивание колонны по	33	10,7
отсоединителю и обуривание
Развинчивание колонны по	87,6	36
частям, отбивка и обуривание
Развинчивание колонны по	73-88	50-80
частям и фрезерование ко-
лонковой трубы
Бурение дополнительного	42-70	25-80
ствола

При бурении прихватоопасных зон для оперативной ликвидации аварий в состав бурового снаряда должны включаться погружные гидровибраторы типа ВГУ (усовершенствованный вибратор ВГ) или погружные ударные механизмы (раздвижная штанга ДНИ, выбивное устройство ДНИ).

Перспективным методом ликвидации прихватов является и торпедирование.