Часть 1
Неустойчивость стенок скважины – это группа осложнений, которая обобщает любые явления, связанные с изменение профиля стенки скважины, которые отличают ее поверхность от цилиндрической.
К видам неустойчивости стенок скважины стоит отнести: осыпи, обвалы, сужение ствола скважины, ползучесть стенок скважины, набухание стенок скважины, растворение, растепление, желобообразование. Это осложнения, связанные со стенками скважины – первого рода – то есть они проявляются при создании определенной совокупности внешних условий (геологические условия, свойства бурового раствора, режим промывки, профиль скважины, количество спускоподъемных операций). Сочетание внешних условий обуславливает какое именно из указанных осложнений возникнет.
В некоторых случаях, к этим категориям добавляют группу осложнений, связанных с неустойчивостью стенок скважины, второго рода – кавернообразование, сальникообразование и заклинку инструмента горными породами. Их особеннось заключается в том, что они провоцируются за счет осложнений первого рода. Например, кавернообразование происходит, как следствие обвалов стенок скважины, растворения или растепления. Заклинка горными породами возможна, как результат обвала крепких горных пород или попадания инструмента в желобную выработку. Сальникообразование – может стать результатом любого осложнения, которое обеспечит избыточное количество глинистой горной породы в стволе скважины (осыпи, обвалы, сужение ствола скважины, набухание, ползучесть, растепление).
В общем виде можно их классифицировать по следующим признакам:
- По характеру изменения сечения ствола скважины: выделяют осложнения связанные с увеличением сечения ствола скважины (осыпи, обвалы, растворение, растепление, желобообразование) и с уменьшением сечения ствола скважины (набухание, сужение, ползучесть).
- По природе возникновения – химические и физические. К химическим относятся те, которые провоцируются за счет химического взаимодействия бурового раствора со стенками скважины (растворение, осыпи, обвалы, набухание). К физическим, те которые обеспечиваются за счет физических явлений – фильтрационные (сужение ствола), гравитационные (сужение ствола, осыпи, обвалы, ползучесть), тепловые (растепление), механические (желобообразование). Безусловно, не обязательно, чтобы осложнение имело единую приподу – оно может провоцироваться группой внешних физико-химических факторов.
- По влиянию на количество шлама в кольцевом пространстве – увеличивающие количество шлама (осыпи, обвалы, сужение ствола скважины, ползучесть стенок скважины, набухание стенок скважины, растепление), не изменяющие количество шлама (растворение, желобообразование).
- По влиянию на свойства бурового раствора – активно влияющие (растворение), пассивно влияющие (желобообразование), избирательно влияющие (осыпи, обвалы, сужение ствола скважины, ползучесть стенок скважины, набухание стенок скважины, растепление). Последняя группа может активно влиять, а может не влиять на свойства бурового раствора, что обуславливается преимущественно генезисом попадающих в буровой раствор пород и их химическим взаимодейсвиями.
- По зависимости от профиля скважины – принципиально зависящие от профиля скважины (желобообразование), принципиально не зависящие от профиля скважины (осыпи, обвалы, сужение ствола скважины, ползучесть стенок скважины, набухание стенок скважины, растворение, растепление).
Часть 2
Осыпи и обвалы – это тип осложнений процесса бурения, при котором стенки скважины теряют устойчивость. Они характеризуются вывалом стенок скважины в ствол.
Осыпи – это явление, при котором частицы породы, покидающие стенки скважины, имеют относительно небольшой размер, который сопоставим (иногда меньше) по размеру со шламом, возникающем при работе долота на забое. Осыпь стенок скважины считается медленно развивающимся процессом, который приводит, в основном к увеличению содержания шлама в буровом растворе кольцевого пространства скважины. Это провоцирует рост эквивалентной циркуляционной плотности, а также постепенное аккумулирование шлама на наклонных участках ствола.
При обвалах горная порода вываливается в ствол скважины в больших объемах, образуя таким образом, «обвальный шлам», который характеризуется большими размерами по сравнению с буровым (возникающем при работе долота на забое) и нестандартной формой (чаще всего оскольчатой, неправильной). Обвалы происходят резко, что может привести к закупорке кольцевого пространства и гидравлическому удару (при условии, что насосы работают). Безусловно, при обвалообразовании также увеличивается и количество остаточного шлама в скважине.
Причинами осыпей и обвалов можно выделить следующие:
- снижение гидростатического давления на стенки скважины (в результате поглощений, замещений жидкости, установки нефтяных ванн);
- гидратация горных пород в стенках скважиныl;
- механическое взаимодействие бурильной колонны и компоновки со стенками скважины;
- тектонические явления (редко);
- прочие причины (использование торпед, ясов, подземные взрывы при ликвидации различных осложнений и аварий).
Катализаторами, которые могут спровоцировать осыпи и обвалы в данном случае являются – роторное бурение (вращение все колонны), высокая водоотдача бурового раствора.
Часть 3
Профилактика осыпей и обвалов
Для профилактики осыпей и обвалов стенок скважины необходимо минимизировать возможность создания условий для их возникновения. А также нужно делать акцент на снижение влияние факторов, являющихся катализаторами этих процессов.
Таким образом, для снижения вероятности осыпей и обвалов стенок скважины необходимо:
1. Осуществлять контроль давления (преимущественно гидростатического) на стенки скважины и не допускать его резкого снижения и скачков – это может быть выражено в поддержании проектной плотности бурового раствора, своевременном доливе скважины при подъеме инструмента, ведении промежуточных проверочных расчетов гидростатического давления перед установкой нефтяных ванн, контроле газосодержания раствора и его разбавления пластовыми флюидами.
2. Осуществлять контроль скачков забойного давления с целью недопущения как его резкого снижения при ведении работ, так и резких позитивных импульсов, которые могли бы привести к возникновению поглощений раствора (которые в свою очередь спровоцируют снижение гидростатического давления в стволе скважины) – сюда относится контроль эквивалентной циркуляционной плотности и недопущение превышения ею установленных пределов, контроль скоростей спускоподъемных операций для недопущения эффектов поршневания (может привести к росту давления на забое и поглощению) и свабирования (приводит к прямому падению давления на забое).
3. Контроль рецептуры бурового раствора, который должен выражаться в снижении водоотдачи, использовании буровых растворов со связанной водой или растворов на неводной основе.
4. Проектировать строительство скважины с минимальным количеством спускоподъемных операций для уменьшения времени активного контакта инструмента со стенками скважины, равно как и уменьшать объем роторного бурения в общем балансе строительства скважины.
5. Минимизировать возможность создания любых ударных нагрузок, которые могут передаваться на стенки скважины – торпедирования, работа ясов, резкие посадки и затяжки при спускоподъемных операциях.
6. В некоторых случаях решением в пользу снижения осыпей и обвалов может стать использование утяжеленных растворов, но в данном случае важно, чтобы они не обладали высокой водоотдачей и не стимулировали активную фильтрацию в стенки скважины.
7. При проектировании наклонно-направленных и горизонтальных стволов скважин необходимо учитывать специфику залегания и устойчивость тех или иных интервалов разреза. Используя опыт уже пробуренных скважин на площади и возникающие при их строительстве осложнения – можно учитывать это с целью упрощения или корректировки профиля следующих скважин. По возможности можно учитывать направление и распространение стрессов в горной породе, строить геомеханические модели ствола скважины.
(Сообщение последний раз редактировалось: 02-09-2023, 04:11 PM EpikhinAV.)
Часть 4
Последствия осыпей и обвалов
Первичными последствиями осыпей являются с одной стороны увеличение количества шлама в кольцевом пространстве, что может профоцировать сальникообразование и, в дальнейшем, прихватообразование. С другой стороны, осыпи приводят к увеличению попереченого сечения ствола скважины, к кавернообразованию, что может в дальнейшем привести к проблемем скапливания шлама в кавернах, нкачественному цементированию в данных интервалах и осложнениях при проведении спускоподъемных работ (вплоть до слома инструмента при попадании на уступ каверны).
Обвалы – это более резкие явления, которые характеризуются единовременным вывалом большого количества горной породы в ствол скважины. Это может приводить либо к закупоркам кольцевого пространства с последующим гидроударом и поглощением под зоной закупорки, кольцевым прихватам или подклинкам (при условии выпадения единичных крупных кусков твердой породы из стенок скважины).
Признаки осыпей и обвалов
Если говорить о признаках этих явлений, то можно сформулировать их таким образом.
Для осыпей характерны:
- увеличение количества выносимого шлама на ситах;
- плавное увеличение крутящего момента на инструментe;
- рост давления на нагнетательной линии;
- посадки и затяжки при проведении спускоподъемных операций;
- эффект «плывущей» колонны при спуске.
Для обвалов характерны:
- резкие скачки момента (при выпадении крупных единичных кусков) или резкое увеличение момента (при крупных обвалах, полностью закупоривающий кольцевое пространство);
- резкий рост давления на нагнетательной линии с дохождением до срабатывания предохранительного клапана на насосе (при крупных обвалах, полностью закупоривающий кольцевое пространство);
- резкие посадки или затяжки.
Часть 5
Ликвидация осыпей и обвалов
Важно понимать, что лучшее решение – это не ликвидировать возникшее осложнение, а, в принципе, не допустить его. Для осыпей и обвалов это особенно актуально, поскольку они имеют нарастающий эффект. Это обусловлено механикой их развития.
Осыпи и обвалы идут, обычно либо по всему периметру ствола в определенном интервале для вертикальных скважин, либо наиболее выражены в зоне висячей (верхней) стенки для наклонных и горизонтальных стволов. Следовательно, после первичного обвала или интенсивной осыпи контактная площадь ствола увеличивается, что приводит к росту объемного взаимодействия стенок скважины с буровым раствором. Кроме того, в наклонном стволе скважины верхняя стенка скважины играет роль нависшей «арки» над стволом, которая при росте сечения (из-за осыпей и обвалов) становится менее устойчивой из-за пропорционально растущего веса, а, следовательно собственной силы тяжести (при неизменной плотности бурового раствора).
Если же осыпи и обвалы уже спровоцированы, то мерами «замедления» их развития могут стать нижеследующие:
1. Увеличение плотности бурового раствора (при условии, что в разрезе отсутствуют пласты, склонные к интенсивным поглощениям).
2. Использование укрепляющих пачек, которые прокачиваются в зоны неустойчивых интервалов и методом механического «затирания» на некоторое время обеспечивают консолидацию зон разрушения. При использовании этого метода акцент делается на особенностях химического состава пачки, которая, обладая высокими показателями вязкости и возможностью быстрого загустевания, должна обеспечить эффект укрепления зон неустойчивости. Частными случаями этого метода, являются применение, например, специальных растворов горячего или холодного типа, которые либо застывают на стенках скважины, либо замораживают их. Альтернативой механическому затиранию раствора в стенки является использование электрохимической обработки, которая заключается в закачивании раствора в область неустойчивости и последующая его обработка электромагнитным излучением, обеспечивающая протекание химических реакций вызывающих загустение и твердение смеси.
Если говорить о более радикальных методах, то среди них можно выделить:
1. Установку профильных перекрывателей или любых других перекрывающих устройств, способных исключить зону осыпей и обвалов из прямого контакта со стволом скважины.
2. Использование тампонажных смесей или цементныхт мостов, когда зону неустойчивости предварительно расширяют, а потом в нее закачивают порцию раствора, со временем превращающегося в камень. После его твердения проводят нормализацию и продолжают бурение. Таким образом, создается эффект локальной «обсадной колонны» в зоне неустойчивости, представленной цементным кольцом.
3. Стоит упомянуть нестандартные методы, которые иногда упоминаются в литературе – обработка стенок скважины огнем, высокой температурой или лазером с целью их «оплавления» и твердения до состояния «керамики» (в зависимости от типа обрабатываемых пород).Но для реализации данного метода необходимо, прежде всего, обеспечить удаление их скважины жидкости, что, вероятно приведёт к большему усилению осыпей и обвалов.
Важно понимать, что любой способ ликвидации может быть рассмотрен, но должен быть проведен анализ его рентабельности в контексте данной скважины. В некоторых случаях более логичным будет решение на ликвидацию данного ствола скважины и забуривание нового.
(Сообщение последний раз редактировалось: 03-05-2024, 04:40 AM EpikhinAV.)
Часть 6
Сужение ствола скважины
Сужение ствола скважины – это уменьшение поперечного сечения ствола скважины.
Сужение ствола скважины может происходить по различным причинам и иметь разные по степени тяжести последствия. Рассмотрим основные типы сужения ствола скважины:
1. Сужение из-за нарастания глинистой корки на стенках скважины – это уменьшение диаметра скважины в интервале проницаемых пластов, обусловленное интенсивной фильтрацией бурового раствора в околоствольное пространство и сопровождающееся ростом фильтрационной корки на стенках. Особенно интенсивно оно происходит при циркуляции, хотя в этом случае не исключено эрозионное воздействие восходящего потока раствора. Обычно такой тип сужения сопровождается формированием сальника на инструменте при его подъеме.
2.Сужение ствола скважины из-за пластического течения пород по стенкам скважины – происходит из-за гравитационного течения переувлажненных глинистых или нагретых соляных пород. Таким образом, формируется сужение сечения скважины в нижней части ствола. Обычно происходит при остановках циркуляции, когда инструмент извлечен на поверхность (например, при подготовке к спуску обсадной колонны). Характеризуется посадками при спуске при приближении к забою. Также может сопровождаться поглощениями из-за роста эффекта поршневания при спуске инструмента.
3.Сужение ствола скважины из-за износа породоразрушающего инструмента – возникает при длительном бурении с постепенно изнашивающимся породоразрушающим инструментом. Катализатором данного процесса помимо длительного использования инструмента будет геологический разрез, сложенный абразивными породами. Обнаруживается при спуске инструмента скважины осуществляемом после смены породоразрушающего инструмента и характеризуется посадками.
4. Сужение ствола скважины в результате «обмятия» обсадных труб – аварийная ситуация, которая возникает, когда обсадные трубы «обминаются» (не полностью сминаются, а меняют форму) под действием либо подвижных пластов (текучих пород), либо под действием избыточного давления при цементировании. Характеризуется грубыми посадками при попытках последующего спуска инструмента в скважину. Иногда приводит к заклинкам и прихвата инструмента.
(Сообщение последний раз редактировалось: 15-05-2024, 01:19 PM EpikhinAV.)
Часть 7
Профилактика сужения ствола скважины
Меры профилактики при сужении ствола скважины зависят от генезиса сужения. Поэтому рассмотрим их в контексте приведенной выше классификации:
Сужение из-за нарастания глинистой корки на стенках скважины
1. Повышение качества глинистой корки, создаваемой раствором – правильный подбор кольматантов и рецептуры раствора.
2. Снижение показателя фильтрации бурового раствора.
3. Уменьшение ЭЦП (забойного давления) – это может быть достигнуто за счет снижения скорости циркуляции, повышения степени очистки раствора от твердой фазы. Другими словами, снижается уровень как статической (за счет гидростатики), так динамической (за счет циркуляции) фильтрации.
4. Регулярные проработки и ускоренное прохождение осложненного интервала.
Сужение ствола скважины из-за пластического течения пород по стенкам скважины
1. Снижение показателя фильтрации бурового раствора, особенно, в интервалах пластичных глин.
2. Увеличение ЭЦП (забойного давления) и увеличение гидростатического давления – это может быть достигнуто за счет увеличения скорости циркуляции, увеличения плотности бурового раствора.
3. Регулярные проработки и ускоренное прохождение осложненного интервала.
Сужение ствола скважины из-за износа породоразрушающего инструмента (ПРИ)
1. Учет опыт получения данного осложнения при последующем выборе ПРИ – проектирование ПРИ с повышенной износостойкостью по периметру.
2. Контроль диаметрального износа долота от рейса к рейсу.
3. Приработка новых долот.
Сужение ствола скважины в результате «обмятия» обсадных труб
1. Учет опыт получения данного осложнения (текучие или подвижные горные породы) при последующем проектировании обсадных колонн – увеличение толщины стенки и прочностных характеристик обсадных колонн.
2. Использование цементных растворов с малыми сроками схватывания (при условии возможности продавки в установленные сроки) и получением цементного камня повышенной прочности.
|
