книги / Справочник мастера по сложным буровым работам

тем бурильную колонну поднимают (протягивают) до верха обрыва. Же­ лательно опускать ловушку со шлипсом или колоколом, что позволяет одновременно с отводом вверх обрыва от стенки скважины соединяться с ней, не поднимая бурильной колонны с ловушкой.

Помимо указанной ловушки-захвата для установки верхней части бурильной колонны по центру и направления ее в ловильный инструмент М. Ш. Измайловым предложен ловильный инструмент для захвата труб в скважине (рис. 4.48). Он применялся успешно в различных организа­

Рис. 4.48. Направляющая труба М. Ш. Измайлова:

сломанной трубы. Затем при промывке и плавной подаче бурильной ко­ лонны направляющую трубу опускают ниже верха обрыва на длину, обес­ печивающую заход трубы в боковую прорезь. Медленными поворотами, вначале на '/г—'/ч оборота ротора, затем увеличивая обороты до одногодвух, заводят бурильную трубу и соединяют ловильный инструмент с на­ ходящейся на забое бурильной колонной. Ловушка-захват и направляю­ щая труба позволили соединить ловильный инструмент с находящейся на забое бурильной колонной с первого же спуска.

4.17. ЕРШИ

Ерши служат для ловли оставшегося в скважине каротажного ка­ беля. Они имеют различную конструкцию и изготовляются из различных материалов. Наиболее широкое распространение получили ерши (рис. 4.49), которые изготовляют либо из заготовки долота РХ путем нарезания на торцах крючков в шахматном порядке, либо путем наварки на металли­ ческий стержень крючков также в шахматном порядке.

171

Каждым ерш обязательно должен иметь воронку, расположенную на 20—30 см выше крючков, которая центрирует его и заставляет вылавли­ ваемый канат или кабель спускаться. Воронка препятствует прохождению ерша ниже местонахождения вылавливаемого предмета, что, в свою оче­ редь, предупреждает возникновение осложнения вследствие захвата ин-

струмента кабелем или канатом. Применение воронок для ершей, рабо­ тающих в обсадной колонне, обязательно. Некоторые мастера недооце­ нивают значение этой воронки и тем самым часто осложняют аварию, ликвидация которой значительно затягивается. Воронки должны иметь несколько отверстий для лучшего прохождения бурового раствора.

При изготовлении ершей диаметр стержня должен быть не менее 35 мм, а диаметр воронки на 30—50 мм меньше диаметра скважины.

172

Длина ерша должна быть 1,5—2 м. Выбор величины нагрузки про­ изводится с учетом состояния скважины, длины оставшегося каната или кабеля и характера разрыва. В процессе работы на ерш передают на­ грузку 10—20 кН. Затем поднимают инструмент, поворачивают на V2— 7з оборота и вновь опускают. Эту операцию выполняют несколько раз.

4.18.ОТКЛОНИТЕЛИ

4.18.1.Отклонитель турбинный

Отклонитель турбинный предназначен для зарезки новых стволов в аварийных случаях и для бурения наклонно-направленных скважин.

Техническая характеристика отклонителей турбинных

В комплект турбинного отклонителя входят: секция турбинная со специальными переводниками, секция шпиндельная с косым переводником (1°) и калибратором, косой переводник (1°) и косой переводник (2°).

Турбинная и шпиндельная секции поставляются с ввинченными предо­ хранительными пробками.

Ключ для роторной гайки и хомут для сборки отклонителя турбин­ ного на буровой поставляются заводом-изготовителем по требованию за­ казчика за отдельную плату.

К каждому отклонителю турбинному поставляются паспорт и инст­ рукция по эксплуатации.

4.18.2. Отклонитель для зарезки нового ствола в колонне

Для зарезки нового ствола в обсадных колоннах нефтяных и газо­ вых скважин с целью отклонения от основного ствола применяют откло­ нители типа ОТЗ (рис. 4.50, табл. 4.33).

173

5. БОРЬБА С ПОГЛОЩЕНИЯМИ, ВОЗНИКАЮЩИМИ ПРИ ПРОВОДКЕ СКВАЖИН

кими пластовыми давлениями поглощения ухудшают вскрытие пластов, засоряя коллекторы. Поглощение тампонажного раствора при креплении является причиной негерметичности скважин, затрубных перетоков флюи­ дов, недоподъема цементного раствора до проектной глубины и т. д.

5.1. ПРИРОДА ПОГЛОЩЕНИИ

Поглощением в бурении называется уход бурового или тампонаж­ ного раствора в пласт в объеме, превышающем естественную убыль раствора в скважине. Поглощение может открыться только в том случае, если гидродинамическое давление столба бурового раствора, возникаю­ щее в стволе скважины при выполнении в нем различных технологиче­ ских операций (спуска и подьема инструмента, проработки ствола, вос­ становления циркуляции, бурения и др.), превысит то предельное давле­ ние, при котором пласт начнет принимать буровой раствор. В дальнейшем это давление будем называть давлением открытия поглощения рп.

Возникновение и интенсивность поглощений зависят от геологических и технологических факторов. К геологическим факторам относятся нали­ чие и величина раскрытия, направление и распространение каналов в пла­ сте, мощность, литологический состав, состояние и глубина залегания по­ глощающего пласта, величина пластового давления и вид флюида, а к тех­ нологическим — тип и реологические параметры бурового раствора, ка­ чество очистки скважины и бурового раствора от шлама, режимы буре­ ния и выполнения в скважинах различных операций, геометрические раз­ меры ствола и бурильного инструмента (колонны обсадных труб), тех­ ническая оснащенность буровой, организация работ и др. Поглощения вызывают как частичную потерю циркуляции, превышающую естествен­ ную убыль раствора за счет углубления скважин и фильтрации в пласт в процессе кольматации стеиок ствола, так и полную потерю со снижением

175

Каналы, по которым возможно движение бурового раствора в пласте,

ственных каналов изменяется в широких пределах: от нескольких микро­ нов до десятков миллиметров. Например, на некоторых месторождениях Волго-Уральского района в отложениях, представленных карбонатными породами, размеры каверн в поперечном сечении достигают 5—10 см, а величина раскрытия трещин, особенно в зонах несогласованного залега­ ния пород, 10—20 мм. Прн вскрытии карстовых каналов, каверн и закарстованных трещин наблюдаются провалы инструмента до 1—4 м и более, сопровождаемые полной потерей циркуляции бурового раствора.

Высокопроницаемые пористые песчаные породы и галечники обычно залегают на небольших глубинах. Кавернозные пласты, встречающиеся в основном в известняках и доломитах, могут залегать на глубинах, до­ стигающих 1000 м и более. Трещиноватые породы могут быть на любой глубине.

Движение бурового раствора в пласте по естественным каналам про­ исходит только при значительном их раскрытии. Для того чтобы буро­ вой раствор мог свободно проникнуть в поры породы, ее проницаемость должна быть больше 300 мкм2.

Экспериментальными исследованиями [26] установлено, что в грану­ лярные коллекторы, состоящие из зерен, диаметр которых достигает 1 мм, глинистый раствор даже при перепаде давления 10 МПа совер­ шенно не проникает, в то время как вода фильтруется свободно. С уве­ личением поперечного сечения размера зерна возрастает глубина про­ никновения глинистого раствора в породу. И только при размере зерен породы более 2,5 мм наблюдается устойчивое движение через нее глини­ стого раствора.

Поглощения, возникающие вследствие высокой естественной проницае­ мости, отличаются некоторыми особенностями. Они приурочены к опре­ деленным интервалам разреза, характеризуются равновесием между пла­ стовым давлением флюида и гидростатическим давлением столба буро­ вого раствора в скважине. Размеры поперечного сечения каналов ухода раствора в пласт в процессе поглощения не изменяются.

Как видно из рис. 5.1, при повышении гидродинамического давления столба бурового раствора в скважине ргд до значения рп=рв (под дав­ лением ри будем понимать то критическое давление, при котором пласт, имеющий естественные каналы, принимает буровой раствор) пласт нач­ нет поглощать.

Поскольку проницаемость большинства коллекторов, представленных песчаными породами, не превышает 3—5 мкм2, то поглощать глинистый раствор за счет своей проницаемости они не могут. Прн применении в качестве бурового раствора воды в случае бурения в песчаных отложе­ ниях вначале отмечается поглощение. Но песчаные отложения кольматируются частицами выбуренной породы, и поглощения полностью прекра­ щаются.

176

Однако, как показывает отечественный и зарубежный опыт, поглоще­ ния бурового раствора наблюдаются и в отложениях, представленных малопроницаемыми песчано-глинистыми породами. Так, поглощения раз­ личной интенсивности произошли при бурении скважин на газоконден­ сатных месторождениях Восточной Украины. Коллекторы продуктивных отложений представлены здесь в основном трещиноватыми породами (алевролитами, мелко- и среднезернистыми песчаниками). Проницаемость песчаников составляет 0,2—0,3 мкм2 в редких случаях достигает 3,0 мкм2 а проницаемость глинистых пород не превышает 1-10-3 мкм2.

Причиной поглощений в малопроницаемых отложениях является об­ разование искусственных каналов [42, 43] вследствие раскрытия уже су­ ществующих микротрещин естественного и искусственного происхождения и образования новых в результате разрыва скелета породы. Гидрораз­ рыву пластов благоприятствует наличие в них трещиноватости различ­ ного происхождения, кавернозность ствола скважины и др. В продук­ тивных пластах одной из причин, благоприятствующих образованию трещин, служит перераспределение напряженно-деформированного состоя­ ния пород в процессе отбора флюида и падения пластового давления.

При гндроразрыве связи между частицами породы разрушаются, рас­ крываются существующие и образуются новые трещины различной формы и простирания, составляя систему проводящих каналов. В процессе по­ глощения трещины размываются поступающим в пласт раствором. После гидроразрыва поглощения происходят за счет раскрытия трещин в пла­ сте при значительно меньшем гидродинамическом давлении в скважине вследствие разрушения связей между частицами породы, размытости и фиксации их буровым раствором и шламом.

Из рис. 5.2 видно, что при увеличении гидродинамического давления в скважине ргд до давления ра, равного давлению гидроразрыва пласта Ргр. откроется поглощение. После гидроразрыва за счет разрушения свя­ зей между пропластками породы и фиксации трещин поглощение может

177

возникать при давлении р Давление разрыва скелета породы и разру­ шения снязен между пропластками находят по формуле

Ро = Ргр“ Рн- (5Л>

К отличительным особенностям поглощений, возникающих в резуль­ тате образования в малопроницаемых и непроницаемых пластах искус­ ственных трещин (каналов), можно отнести изменение степени раскры­ тия трещин, а следовательно, и их проницаемости, неопределенность приуроченности зон поглощения, а также отсутствие закономерности в расположении статического уровня бурового раствора в скважине. Об­ разование искусственных трещин возможно в любом сечении ослаблен­ ного пласта и носит случайный характер.

5.2.ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ПОГЛОЩЕНИЙ

5.2.1.Особенности бурения скважин в интервалах,

склонных к поглощениям

чем ликвидировать. Поэтому при бурении необходимо уделять внимание вопросам организации работ, расчета оптимальных технологических па­ раметров и их поддержанию в процессе углубления скважин, выбора ти­ пов буровых растворов, химических реагентов и т. д.

При проводке скважины бурильщик и его помощники обязаны знать характер и глубину залегания горизонтов, при вскрытии которых воз­ можно поглощение. Уточнение глубины этих горизонтов следует доводить до сведения членов буровой бригады путем устного разъяснения и пись­ менного изменения в ГТН. Бригады, работающие на буровых, где ожи­ даются поглощения, должны быть проинструктированы и обучены соот­ ветствующим правилам ведения работ.

Буровая должна быть оснащена комплектом приборов, необходимых для контроля параметров бурового раствора. Буровая бригада обязана постоянно следить за качеством бурового раствора и его уровнем в при­ емных емкостях, за состоянием скважины, бурильной колонны, за исправ­ ностью оборудования и инструмента. Параметры бурового раствора из­ меряют периодически в соответствии с требованиями существующих ин­ струкций.

При отклонении параметров бурового раствора от указанных в ГТН необходимо довести их значения до заданных. Утяжелять буровой рас­ твор следует только в том случае, если его истинная плотность окажется ниже требуемой в ГТН. Плотность загазировэнного (насыщенного газом, воздухом) бурового раствора надо пересчитать на истинную по следую­ щей формуле:

р = 100рг/(Ю0— V),

где рг — плотность загазированного бурового раствора, кг/м3; V — содер­ жание свободного газа (воздуха) в буровом растворе, %.

178

При определении гидростатического давления на пласт' и других рас­ четах надо учитывать только истинную плотность бурового раствора.

После спуска в скважину промежуточной обсадной колонны к буре­ нию Следует приступать только после приведения всех параметров бу­ рового раствора в соответствие с указаниями ГТН. Для обеспечения нор­ мальной проводки скважины на буровой должен быть создан необходи­ мый запас бурового раствора, химических реагентов, утяжелителя и других материалов, обеспечивающих непрерывную работу.

Методы предупреждения поглощений заключаются в регулировании гидродинамического давления в скважине, кольматации проницаемых пла­

обходимо:

1) не допускать резких посадок инструмента при спуске его в сква­

с применением шарошечных долот с центральной промывкой и ограничи­ вать подачу буровых насосов и механическую скорость бурения расчет­ ными значениями;

4) не допускать чрезмерного увеличения реологических параметров

иплотности бурового раствора;

5)своевременно вводить в буровой раствор смазывающие добавки (нефть, СМАД, ОЖК, ОЗГ) и контролировать их содержание в растворе,

принимать меры по предупреждению образования сальников; 6) производить промежуточные промывки и проработки ствола сква­

струмента на длину рабочей трубы и добиваться свободного движения инструмента до забоя без промывки и вращения;

8) восстанавливать циркуляцию бурового раствора одним насосом с одновременным поднятием колонны на длину рабочей трубы и посте­ пенным перекрытием задвижки на выходе насоса, предварительно раз­ рушив структуру бурового раствора вращением инструмента.

Для предупреждения переутяжеления бурового раствора и поддер­ жания его свойств в заданных пределах следует;

1)в процессе бурения обеспечить полную очистку скважины и буро­ вого раствора от шлама. Для этого при бурении надо поддерживать за­ данную скорость восходящего потока бурового раствора в затрубном.про­ странстве скважины и обеспечивать исправную работу всех очистных ме­ ханизмов и сооружений. При определении восходящего потока необхо­ димо исходить из фактической подачи насосов. С этой целью в циркуля­ ционную систему следует включать расходомер или замерять подачу на­ сосов другими способами;

2)перед подъемом ствол промыть до полного выравнивания пара­ метров входящего в скважину и выходящего нз нее бурового раствора;

179

3) часть продуктивного разреза перекрыть промежуточной обсадной колонной при наличии в разрезе скважины пластов в АВПД (особенно при значительной дифференциации пластовых давлений), чтобы снизить градиент аномальности пластового давления, а следовательно, и исходную плотность бурового раствора в открытом стволе скважины. Уменьшить дифференциацию пластовых давлений в скважине можно путем приме­ нения различных систем разбуривания месторождений, бурения разгру­ зочных скважин, размещения кустами скважин, бурящихся на разные объекты;

4) применять в отложениях с АВПД буровые растворы пониженной плотности (на углеводородной основе, аэрированные, с добавлением газо­ наполненных микробаллонов и других наполнителей), а в качестве цир­ куляционного агента — воздух или газ [7, 25];

5)уточнять в процессе бурения пластовое давление и вносить в ГТН

ирежимно-технологическую карту соответствующие коррективы;

6)следить за выносом шлама и в случае осыпей пород принимать меры по их устранению;

7)ограничивать механическую скорость бурения при проходке зон

борьбе с ними необходимо учитывать природу происхождения каналов, по которым буровой раствор уходит в пласт.

В малопроницаемых породах, где причиной поглощений является об­ разование искусственных каналов, для повышения градиента давления гидроразрыва пласта необходимо проводить работы по упрочнению при­ стенной зоны скважины путем применения высококачественных буровых растворов, растворов с крепящими свойствами (например, ВКР) или вводить в раствор наполнители, кольматировать стенки скважин, прини­ мать меры по предупреждению кавернообразования.

С целью повышения степени кольматации стенок скважины в про­ цессе бурения необходимо периодически отрывать долото от забоя и про­ рабатывать призабойную зону скважины. Перед каждым наращиванием инструмента ствол скважины надо также проработать на длину квадрат­

с естественными каналами необходимо наряду с изложенным выше при­ нимать меры по увеличению гидравлических сопротивлений движению раствора в каналах пласта или по их полному перекрытию.

Увеличить гидравлические сопротивления в каналах пласта можно путем повышения динамического напряжения сдвига То и вязкости т) бу­ рового раствора, уменьшения проницаемости пород вводом в раствор на­ полнителей или полимеров, применением отверждающих веществ н буро­ вых растворов с крепящими свойствами.

Исследованиями установлено [29], что рост т0 незначительно умень­ шает глубину проникновения бурового раствора в пласт, но заметно по­ вышает гидродинамические давления в скважине. С ростом глубины эта

180