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