Прихват под действием перепада давлений

Механизм прихвата: если давление, оказываемое гидростатическим напором БР, превышает пластовое давление, а пласт является пористым, проницаемым или трещиноватым; также, если поверхностный контакт значителен и есть толстый осадок на фильтре, то труба прижимается к боковой стенке скважины и давление блокируется на месте. Это так называемые дифференциальные прихваты (рис. 5.5).

Дифференциальное давление (перепад между гидростатическим и пластовым) прижимает колонну к стенке скважины. Прихват возможен при наличии в разрезе пород с проницаемостью до 600-800 миллидарси (это, например, песчаник, трещиноватый известняк, алевролиты).

Другими условиями возникновения дифференциального прихвата являются образование липкой фильтрационной корки на стенке скважины, возникновение механической прижимающей силы в виде нормальной составляющей веса труб в наклонно направленных скважинах и в искривленных участках ствола вертикальных скважин, оставление бурильной колонны без движения на какое-то время. Существенно влияние продолжительности контакта проницаемости корки и пласта. Чаще всего затяжки и прихваты возникают вследствие оставления бурильной колонны без движения на 10-20 мин, причем последующие быстрые нагрузки (рывки) лишь усугубляют прихват. В начальный момент неподвижного контакта труб со стенками ствола корка уплотняется, снижается ее проницаемость, возрастают сила прижатия труб к корке и площадь контакта. По мере нахождения колонны в неподвижном состоянии повышается прочность структуры корки и раствора в застойных зонах, увеличиваются липкость и усилие затяжки. В последующем возможно некоторое выравнивание давления в пласте, приближение давления в приствольной зоне на участке прижатых труб к давлению в скважине вследствие продолжающейся фильтрации, поступления жидкости с других сторон сечения скважины. Если проницаемость пласта невелика, а водоотдача достаточно большая, усилие затяжки снижается.

Сила прихвата будет зависеть от площади контакта трубы со стенкой скважины, траектории ствола, величины прижимающего усилия, достаточного для необходимого компрессионного сжатия глинистой корки, свойств БР, свойств самой корки (проницаемости, статического напряжения сдвига и т. д.), физико-механических свойств породы.

Для уменьшения фактической площади контакта труб и инструмента со стенками скважины необходимо применять УБТ с профильным поперечным сечением; УБТ со специальными центрирующими втулками, УБТ со смещенными гранями; переводники-центраторы, в том числе и упругие, для соединения отдельных секций турбобура; центрирующие противоприхватные промежуточные опоры (устанавливаемые между свечами УБТ); свечи из коротких (по 6-8 м) бурильных труб (рис. 5.6).

Другое эффективное направление предупреждения прихватов – повышение смазывающих свойств буровых растворов. Не допускается нахождение бурильной колонны без движения в открытом стволе скважины более 10 мин, а в пробуренном проницаемом интервале – более 3 мин. БР обрабатывается химическими реагентами, способствующими образованию тонких малопроницаемых эластичных фильтрационных корок. При бурении скважин следует поддерживать минимальные произвольные углы искривления и изменения азимута в интервалах проницаемых пород.

o Обвалы горных пород

Ползучесть происходит при прохождении высокопластичных пород (глин, глинистых сланцев, песчанистых глин, аргиллитов, ангидрита или соляных пород), склонных под действием возникающих напряжений деформироваться со временем, т. е. ползти и выпучиваться в ствол скважины. В результате недостаточного противодавления на пласт глина, песчаные глины, ангидриты, глинистые сланцы или соляные породы ползут, заполняя ствол скважины. При этом кровля и подошва ползучего пласта (горизонта) могут быть сложены устойчивыми породами, не склонными к ползучести. Осложнение может происходить и вследствие того, что кровля и подошва пласта (горизонта) глины или аргиллита ползет, выдавливая последние в скважину. Явление ползучести особенно проявляется с ростом глубины бурения и увеличения температуры пород. Характерные признаки ползучести – затяжки, посадки бурильной колонны, недохождение бурильной колонны до забоя, иногда прихват и смятие бурильной или обсадной колонны.

Основными мерами предупреждения и ликвидации ползучести являются:

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

· организация работ, обеспечивающая высокие механические скорости проходки;

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

· подъем при цементировании обсадных колонн цементного раствора в затрубном пространстве на 50-150 м и выше отложений, которые представлены породами, склонными к ползучести (вытеканию);

· при креплении скважины обсадной колонной в интервале пород, склонных к ползучести, установка трубы с повышенной толщиной стенки для предотвращения смятия обсадной колонны.

Осыпи и обвалы происходят при прохождении уплотненных глин, аргиллитов, глинистых сланцев. В результате смачивания буровым раствором и его фильтратом снижается предел прочности глинистых пород и происходит осыпание или обрушение в скважину. Обвалы (осыпи) могут произойти также в результате действия тектонических сил, обусловливающих сжатие пород. Горное давление при этом значительно превышает давление со стороны столба БР.

Основная причина обвалообразований - недостаточная прочность горных пород при их обнажении. В естественных условиях залегания горные породы находятся под действием вертикального и бокового давлений (горное давление). Здесь средняя плотность вышележащих пород; - коэффициент бокового распора.

При бурении изменяется условие всестороннего сжатия горных пород, поскольку давление жидкости в скважине обычно существенно меньше бокового горного давления. В прочных скальных породах (граниты, доломиты, плотные известняки, песчаники) силы связи внутри зерен и между зернами кратно (часто на порядок) больше бокового горного давления на глубинах. Поэтому такие породы не обваливаются даже при бурении с продувкой воздухом, с промывкой облегченными БР, активном воздействии фильтрата и многоцикличных изменениях гидродинамического давления, при поршневании, трении и ударах бурильных замков в процессе спуско-подъемных операций.

Обвалообразования представляют собой один из затратных видов осложнений, обусловливающих: частые проработки ранее пробуренных интервалов; продолжительные промежуточные промывки перед подъемом долота и наращиванием колонны; удаление осадка с забоя; затруднения при предупреждении и ликвидации поглощений и проявлений, возможность усиления таких осложнений; удлинение сроков строительства скважины; заклинки, затяжки и прихваты бурильной и обсадных колонн; прекращение циркуляции и гидроразрыв; спуск дополнительных обсадных колонн. При чередовании плотных и рыхлых проницаемых пород, неустойчивых глин, аргиллитов и крепких пород в стволе скважины через некоторое время образуются местные сужения, которые перемежаются с местными расширениями, появляются уступы. В последних слоях возникают размывы, которые оставляют уступ без опоры сверху или снизу. От удара бурильной трубой, особенно при подъеме или спуске, может произойти откалывание части уступа. При кавернообразовании стенки ствола перестают ограничивать прогиб под действием осевой нагрузки, крутящего момента и вращения потерявшей устойчивость бурильной колонны. Возможны слом бурильных труб, их заклинивание вновь осыпающейся породой и мгновенно пришедшим в движение шламом при изменении режима промывки и колебаниях давления. При течении пород, обрушениях наблюдается смятие обсадных колонн. Иногда обвалы не удается преодолеть, и тогда скважина не достигает проектной глубины.

Факторы, обусловливающие прихваты в зонах обвалообразования:

· искривление ствола скважины;

· вид и количество смазочной добавки;

· тип бурового раствора;

· соблюдение технологических правил и норм;

· жесткость компоновки низа бурильной колонны;

· площадь поверхностного контакта БК со стенками необсаженного ствола;

· коэффициент трения в зоне контакта;

· время контакта колонны труб, находящейся в покое, со стенкой скважины;

· величина перепада давления;

· физико-механические свойства бурового раствора;

· температура пород;

· абсолютное значение гидростатического давления;

· проницаемость породы в зоне прихвата;

· тип пластового флюида;

· физико-химические свойства фильтрационных корок;

· пористость породы;

· скорость восходящего потока бурового раствора.

Таблица 5.3