Борьба с осложнениями в бурении

Под осложнениями в бурении следует понимать всевозможные нарушения нормального технологического процесса, кроме поломок инструмента и оборудования, вызывающие дополнительные затраты времени, материально-технических ресурсов и рабочей силы. Наиболее распространенными видами осложнений являются осложнения, вызывающие нарушение целостности ствола скважины, поглощения промывочной жидкости, нефте-, газо- или водопроявления, прихваты и затяжки инструмента в скважине.

5.3.1. Осложнения, вызывающие нарушение
целостности ствола скважины

К осложнениям, вызывающим нарушение целостности ствола скважины, относятся: обвалы (осыпи), набухание, ползучесть, желобообразование и растворение горных пород.

Обвалы (осыпи) горных пород, слагающих стенки скважины, происходят при потере ими устойчивости. В результате увлажнения промывочной жидкостью или ее фильтратом снижается предел прочности уплотненной глины, аргиллита, глинистого сланца, что ведет к их обрушению (осыпям). Обвалам (осыпям) может способствовать разбухание, размывание, растворение рыхлых или растворимых пород или при их невысокой прочности. Проникновение свободной воды, которая содержится в больших количествах в глинистых растворах, в пласты, сложенные уплотненными глинами, аргиллитами или глинистыми сланцами, приводит к их набуханию, выпучиванию в ствол скважины и в конечном счете к обрушению (осыпанию). Небольшие осыпи могут происходить из-за механического воздействия бурильного инструмента на стенки скважины. Обвалы (осыпи) могут произойти также в результате действия тектонических сил, обусловливающих сжатие пород, в результате существенного превышения величины горного (или пластового) давления над гидростатическим давлением столба промывочной жидкости.

Характерными признаками обвалов (осыпей), наблюдаемыми на устье скважины, являются: резкое повышение давления на выкиде буровых насосов; обильный вынос глинистым раствором кусков породы (шлама); недохождение бурильной колонны до забоя без промывки и проработки; затяжки и прихват бурильной колонны; иногда – выделение газа. Геофизическими методами (при каротаже ствола скважины) фиксируется интенсивное кавернообразование.

Зоны возможных обвалов указываются в геолого-техническом наряде (ГТН). Перед выходом забоя скважины в зону обвалов необходимо принять ряд предупредительных мер. Наиболее эффективными средствами борьбы с обвалами является утяжеление глинистого раствора и улучшение его качества химической обработкой (для снижения его водоотдачи).

Основными мерами предупреждения и ликвидации обвалов (осыпей) являются:

1) бурение в зоне возможных обвалов (осыпей) с промывкой химически обработанным буровым раствором, имеющим минимальную водоотдачу и максимально возможно высокую плотность.

2) правильная организация работ, обеспечивающая высокие скорости бурения;

3) выполнение следующих рекомендаций: а) бурить скважины по возможности меньшего диаметра; б) бурить от башмака (нижней части) предыдущей колонны до башмака последующей колонны долотами одного размера; в) поддерживать скорость восходящего потока в затрубном пространстве не менее 1,5 м/с; г) подавать бурильную колонну на забой плавно, без рывков; д) избегать значительных колебаний плотности бурового раствора; е) перед подъемом бурильной колонны утяжелять раствор, доводя его плотность до необходимой, если в процессе бурения произошло ее снижение; ж) не допускать длительного пребывания бурильной колонны без движения.

Набухание происходит при прохождении глин, уплотненных глин, в отдельных случаях аргиллитов (при значительном содержании минералов типа монтмориллонита). В результате действия промывочной жидкости и ее фильтрата эти породы набухают, сужая ствол скважины. Это приводит к затяжкам, посадкам, недохождениям до забоя и часто к прихватам бурильного инструмента.

Основными мерами предупреждения и ликвидации набухания являются:

1) бурение в зоне возможных сужений с промывкой утяжеленными глинистыми растворами, в фильтрате которых содержатся химические вещества, способствующие увеличению предельного напряжения сдвига и уменьшению структурно-адсорбционных деформаций, а также степени и давления набухания;

2) правильная организация работ, обеспечивающая высокие скорости бурения;

3) после приготовления глинистого раствора, отвечающего требованиям, указанным в пункте 1, следует заполнить им скважину и выждать некоторое время, необходимое для протекания физико-химических процессов. Это нужно делать потому, что процесс бурения связан с резкими колебаниями давления при спуско-подъемных операциях;

4) выполнение рекомендаций б), в), г), д), е) и ж), перечисленных выше, как меры предупреждения и ликвидации обвалов (осыпей), п. 3.

Ползучесть происходит при прохождении глин, глинистых сланцев, аргиллитов и соляных пород. В результате недостаточного противодавления на пласт глина, глинистые сланцы или соляные породы ползут, заполняя ствол скважины. Характерными признаками ползучести являются затяжки, посадки бурильной колонны, недохождение бурильной колонны до забоя; иногда прихват бурильной или смятие обсадной колонны.

Основными мерами предупреждения и ликвидации ползучести являются:

1) разбуривание отложений, представленных породами, склонными к ползучести, с промывкой утяжеленными глинистыми растворами;

2) правильная организация работ, обеспечивающая высокие скорости бурения;

3) использование при бурении вертикальных скважин такой компоновки бурильной колонны, при которой искривление скважин сводится к нулю;

4) при цементировании обсадных колонн подъем цементного раствора в затрубном пространстве производить на 50–100 м выше отложений, которые представлены породами, склонными к ползучести.

Желобообразование может происходить при прохождении любых пород, кроме очень крепких. Основными причинами желобообразования являются большие углы перегиба ствола скважины, большой вес единицы длины бурильной колонны, большая площадь контакта бурильных труб с горной породой. Особенно часто желоба вырабатываются при проводке искривленных и наклонно-направленных скважин. Характерными признаками образования в скважине желоба являются посадки, затяжки, прихваты, а также заклинивание бурильных и обсадных труб.

Основными мерами предупреждения и ликвидации желобообразования являются:

1) использование при бурении вертикальных скважин такой компоновки бурильной колонны, при которой искривление скважин сводится к минимуму. Недопущение резких вертикальных и азимутальных искривлений ствола скважины;

2) стремление к максимальной проходке на долото; там, где целесообразно, переход на бурение алмазными долотами, введение в буровой раствор смазывающих добавок;

3) использование предохранительных резиновых колец;

4) при прохождении уплотненных глин, аргиллитов, глинистых сланцев в целях предупреждения желобообразования, которое может предшествовать обвалам (осыпям), соблюдение всех рекомендаций, перечисленных как меры предупреждения обвалов (осыпей);

5) при бурении наклонно-направленных скважин для предупреждения заклинивания труб в желобах, соблюдение того, чтобы отношение наружного диаметра спускаемых обсадных труб к диаметру желоба было не менее 1,35–1,40.

Растворение происходит при прохождении соляных пород. Соляные породы, слагающие стенки скважины, растворяются пресной или недостаточно насыщенной солью промывочной жидкостью. Характерным признаком растворения соляных пород является интенсивное кавернообразование, а в особо тяжелых случаях – потеря ствола скважины.

Устойчивость (по отношению к растворению) стенок скважины, сложенных однородными соляными породами, независимо от скорости восходящего потока, может быть достигнута лишь при условии полного насыщения промывочной жидкости солью (соль, содержащаяся в растворе, должна быть такой же, как соль, из которой сложены стенки скважины). При небольшой мощности неоднородных солей основной мерой предупреждения их растворения является максимальное форсирование режима бурения с последующим спуском обсадной колонны и ее цементированием. При большой мощности неоднородных солей наиболее надежным средством предотвращения их интенсивного растворения является бурение с применением безводных промывочных жидкостей (РНО). Неплохие результаты дает использование палыгорскитовых минерализованных растворов. Глинистые растворы, приготовленные из палыгорскитов (аттапулъгитов), отличаются тем, что при попадании в них соли не происходит ни резкого загустевания, ни коагуляционного разжижения. Палыгорскитовые растворы имеют и ряд недостатков, главным из которых является большой расход химических реагентов для снижения водоотдачи.

5.3.2. Предупреждение и борьба
с поглощениями промывочной жидкости

Поглощение промывочной жидкости – это осложнение, характеризующееся полной или частичной потерей промывочной жидкости в скважине в процессе бурения.

Основные причины поглощения
промывочной жидкости

Поглощение промывочной жидкости объясняется превышением давления столба жидкости в скважине над пластовым давлением (чем больше эта разность, тем интенсивнее поглощение), а его интенсивность – характером объекта поглощения.

Поглощающими объектами могут быть продуктивные нефтегазоносные и водоносные пласты с большой пористостью и проницаемостью и относительно невысоким пластовым давлением; дренированные пласты, т. е. продуктивные нефтегазоносные и водоносные пласты, в которых в результате продолжительной эксплуатации снизилось давление, образовались дренажные каналы, по которым может перемещаться промывочная жидкость; трещиноватые и кавернозные породы, а также породы, перемятые и нарушенные тектоническими сдвигами, карстовые пустоты. В практике наблюдаются случаи, когда поглощения промывочной жидкости возникают не только при вскрытии объекта поглощения в процессе бурения, но и во время спуско-подъемных операций. При движении труб в глинистом растворе возникают гидродинамические явления: при спуске труб гидродинамическое давление накладывается на гидростатическое давление в стволе скважины ниже спускаемой колонны труб, увеличивается гидростатическое давление на забой. Иногда это приводит к образованию в породах трещин, по которым и уходит глинистый раствор. Трещины, возникающие в породе вследствие высоких давлений («гидроразрыв пород»), могут не только послужить причиной потери промывочной жидкости, но и способствовать осложнениям, вызывающим нарушение целостности ствола скважины.