Предупреждение обвалов стенок скважины при бурении на площади Северо – Брагунская

скважины

Примечание: ж) – ограничение G для предупреждения искривления 

                               (специальные режимы бурения).

2.7. Предупреждение обвалов стенок скважины при бурении на площади Северо-Брагунская

Анализ материалов, собранных  при бурении скважин, показывает, что наиболее склонными к осложнениям  деформационного характера являются глины, обладающие аномальными по отношению к глубине залегания параметрами: плотностью, поровым давлением, влажностью, гидратационной способностью и минерализацией поровой воды.

Основные принципы борьбы с нарушениями устойчивости глин базируются на учете закономерных связей плотности и пористости с поровым давлением, естественной влажностью, минерализацией поровой воды, гидратационной способностью и показателем устойчивости в условиях залегания.

Нарушения устойчивости, связанные с трещиноватостью, свойственны многим породам, в том числе и глинистым. Известные методы распространяются на все типы и условия нахождения пород, за исключением глинистых в ядрах диапировых складок, дислоцированных отложений солянокупольных структур, а также потерь устойчивости при аварийном фонтанировании или поглощении вследствие гидроразрыва пород.

Борьба с осложнениями основывается на положении, что снижение прочностных свойств, обусловленное  трещиноватостью пород проявляется  как потенциальный фактор, повышающий восприимчивость к воздействиям, активными факторами являются соотношения горного, забойного и пластового давлений.

Нарушения устойчивости при разбуривании хемогенных пород, проявляющиеся в виде сужений  ствола, обусловленных их особенностью - течением солей или каверн, образованных в результате их растворения и размыва, зависят от типа и свойств породы, ее мощности, толщины, забойной температуры и горного давления.

Предупреждение и ликвидация осложнений осуществляются за счет выбора типа и плотности бурового раствора.

Выбор мероприятий по предупреждению и ликвидации осложнений основывается на прогнозной и оперативной  исходной информации. Оценка условий  возникновения осложнений и выбор  мероприятий по их предупреждению должны производиться только на комплексной информационной основе.

Основная причина обвалообразований  – недостаточная прочность горных пород при проводке скважины. В  естественных условиях залегания горные породы находятся под действием  вертикального Р_гв= _пgz и бокового Р_гб= kp_ngz- давлений (горное давление). Здесь р_п – средняя плотность вышележащих пород, k 1 – 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 буровыми растворами, активном воздействии фильтрата и многоцикличных изменениях гидродинамического давления, при поршневании, трении и ударах бурильных замков в процессе СПО.

Трещиноватые породы (кавернозные доломиты, известняки, песчаники с известковистым цементом.) могут расслаиваться, трещины в  них могут раскрываться при большой  плотности бурового раствора, высоких  давлениях на устье, повышении забойного  давления в процессе испытания пластов с помощью пакеров. Породы этой группы теряют устойчивость, обваливаются, осыпаются, обрушиваются в случае их тектонической нарушенности.

Менее прочные породы (пески, слабосцементированные песчаники, глинистые сланцы, аргиллиты), силы связи между зернами которых не намного выше давления бокового распора, могут разрушаться при циклическом изменении гидродинамического давления при СПО, пуске насосов, восстановлении циркуляции поглощениях, проявлениях пакеровках. Особенно быстро обваливаются породы, силы связи между зернами которых существенно ослабляются или практически исчезают при воздействии бурового раствора или его фильтрата.

Поступление фильтрата  в породу обусловливается рядом  физико-химических факторов: перепадом  давления между скважиной и пластом, осмотическим, диффузионным, термодиффузионным проникновением через глинистую корку, капиллярными эффектами.

Набухание глинистых  пород особенно проявляется при  вскрытии их буровыми растворами, обработанными  кальцинированной и каустической содой УЩР и ТЩР. При этом двухвалентные ионы кальция из обменного комплекса глин замещаются одновалентными ионами натрия, в связи с чем уменьшаются силы электрического взаимодействия между частицами происходит дополнительное диспергирование глины. Поэтому применение УЩР, ТЩР на месторождениях Туркмении и Западной Сибири при бурении легкорастворяющихся, переходящих в раствор глин ухудшило показатели проходки: много глины переходило в раствор, повышались вязкость, плотность, становилась более мягкой и толстой корка, больше разрушались стенки скважины, быстрее образовывались желоба при наклонном бурении, чаше наблюдались затяжки, прихваты, уменьшалась механическая скорость.

При набухании пород  и росте глинистой корки временно сужается диаметр скважины, появляются затяжки и поршневой эффект, возможно образование сальников. В последующем, постепенно теряя прочность, порода может обвалиться. Особенно ярко это проявляется при сужении ствола вследствие образования толстой глинистой корки в высокопроницаемых непрочных песчаниках. При вскрытии их с промывкой грубыми глинистыми суспензиями через короткое время они могут обвалиться, образуя каверны.

При растеплении многолетнемерзлых  пород обваливаются породы, «цементом» в которых был лед. Дополнительные осложнения создают и сплошные линзы льда, поскольку при таянии их образуются каверны, а замерзшая вода в кавернах после спуска колонн может вызвать смятие площадей. Особые трудности создает таяние мерзлых пород вблизи поверхности, приводящее к нарушению устойчивости направлений, кондукторов, надежности обвязки превенторов, прочности фундаментов, оснований.

В горных районах около  водохранилищ и рек иногда наблюдаются  оползни, вызывающие сужения стволов  и их потерю. При бурении в горах  и горных долинах, районах тектонически активных могут встретиться зоны перенапряжений. Это может обусловить аномально высокое пластовое давление (АВПД) и течение пластичных пород. При бурении с большим противодавлением в зонах АВПД возможны гидроразрыв и расслоение пород.

Из анализа важнейших причин обвалообразований видно, что они усиливаются по мере увеличения продолжительности бурения и глубины скважин.

В зависимости от стадии развития обвалообразований и их вида меняются определяющие признаки. Так, при проходке малоустойчивых высокопроницаемых легко набухающих пород вначале наблюдаются сужения ствола скважины по кавернограмме, небольшие затяжки бурильной колонны, сальникообразования, повышение давления в нагнетательной линии насосов. В последующем возможно увеличение диаметра ствола и кавернообразование.

При течении пластичных пород и оползнях также отчетливо  наблюдается сужение ствола по кавернограмме, однако оно может быть очень длительным или даже непрекращающимся, если не принять специальных мер. Такое  сужение сопровождается затяжками и заклиниванием, прихватами бурильной колонны. При длительных остановках затрудняется дохождение до забоя, проработка ствола при спуске колонны почти не отличается от бурения нового ствола. В скважине образуются пробки.

Осыпки проявляются  в начале как увеличение выноса шлама и вынос его из ранее пройденных интервалов, накопление осадка на забое. Затем обнаруживаются каверны, ухудшение выноса шлама с забоя вследствие расширения ствола, снижения скорости восходящего потока и накопления разбуриваемой породы в кавернах и на забое. Куски обваливающихся и осыпающихся пород отличаются от шлама разбуриваемых пород не только принадлежностью к другому интервалу и литологией, но и большими размерами и формой.

Обвалообразования представляют собой один из тяжелых 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 зазубрины, местные сужения перемежаются с местными расширениями, появляются уступы. Удары бурильной колонны в процессе ее спуска и подъема об уступы могут вызвать раскрытие элеватора, соскакиваниe талевого каната с желобов шкивов и поломки.

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.

Вероятность обвалообразований, сочетание и взаимообусловленность  с другими видами осложнений должны учитываться еще в стадии проектирования, при выборе конструкции скважины, диаметров, числа и глубины спуска обсадных колонн, при выборе буровых растворов, долот и режимов бурения.

Конкретные меры предупреждения и прекращения развития обвалов  зависят от вида обвалообразований, их интенсивности и технических  возможностей, имеющихся химических реагентов, диаметров труб и УБТ.

Важнейшее условие предупреждения и прекращения обвалообразований  – правильный выбор вида, состава  и параметров буровых растворов _р, В, , T, η, τ₀, их физико-химической, активности.

При обвалообразованиях, обусловленных или усиленных  вы-сжой водоотдачей раствора, активным воздействием фильтрата на неустойчивую породу, необходимо добиваться снижения водоотдачи, изменения состава фильтрата  путем химической обработки или переходить на промывку другим раствором.

Хорошие результаты дает введение в раствор калийных, полимеркалиевых, кальциевых реагентов, применение пластовых  вод и других минерализованных растворов, в которых (и их фильтратах) многие глинистые породы и минералы не растворяются, не набухают, не теряют или даже повышают природную прочность и устойчивость. В ряде районов успешно используют полимерхлоркалиевые, известковокалиевые, содержащие кремнийорганические добавки растворы.

Имеется положительный  опыт применения силикатных и силикатосолевых растворов со значительной концентрацией жидкого стекла. Чем отрицательнее действуют на породы фильтраты растворов, тем меньшей должна быть их водоотдача. Успешно бурили скважины в толще малоустойчивых при промывке пресными глинистыми растворами пород с использованием растворов на нефтяной основе, прямых и обратных эмульсий, а также эмульсий, приготовленных из предварительно насыщенных нефтью глинопорошков.

Для предупреждения сужений  стволов в высокопроницаемых  породах снижается В, Т, , а при возможности и р_р, улучшается очистка раствора от шлама, сокращаются перерывы в промывке, поддерживается достаточно высокая скорость восходящего потока, способствующая размыву рыхлых поверхностных слоев корки и препятствующая налипанию шлама.

При повышении плотности  растворов увеличивается противодавление  со стороны скважины, предупреждается  обвалообразование при вскрытии водонасыщенных пород, плывунов, вязкопластичных  глин и текучих солей. Важный фактор – ускорение проводки всей скважины или хотя бы осложненного интервала для закрепления его обсадной колонной.