Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

В процессе крепления скважин обсадными трубами могут возникать следующие осложнения:

1) посадки и затяжки при спуске колонн;

2) прихваты колонн в основном стволе;

3) прихваты в результате затяжек в суженной части ствола;

4) заклинивание колонн в желобах;

5) смятие труб при принудительном спуске колонн с посад­ками; .

6) смятие труб при спуске колонны с обратным клапаном вследствие несвоевременного ее заполнения раствором или на­личия в скважине сальников;

7) разрушение обратного клапана;

8) порыв труб при цементировке или восстановлении цир­куляции в процессе спуска колонны;

9) падение колонны в скважину из-за неисправности элева­торов или при быстром спуске колонн с посадками;

10) газо-водо-нефтепроявления при спуске колонн;

11) нарушение целостности колонн или резьбовых соедине­ний.

На площадях Кубами основными видами осложнений при спуске колонн являются: преждевременная остановка колонн, смятие труб и порыв и разворот колонн.

Из названных трех видов осложнений преждевременная остановка колонн — наиболее распространенная. По-видимому, этот вид осложнений характерен для всех южных и западных нефтепромысловых районов, где разрез в основном представлен глинисто-песчанистой толщей с преобладанием глин.

Основные причины недопуска кондукторов следующие.

1. Забуривание скважин в рыхлых, неустойчивых породах с промывкой забоя — водой.

2. Спуск кондуктора при глубине скважины, значительно превышающей фактическую глубину спуска кондуктора.

3. Недостаточный коэффициент просвета при перекрытии кондуктором галечников и рыхлых песков.

4. Отсутствие в башмаке кондуктора цементной или чугун­ной направляющей пробки обтекаемой формы.

5. Поспешная проработка скважины пикообразным долотом, не обеспечивающим тщательной шаблонировки ствола, или отсутствие проработки вообще.

6. Спуск кондуктора без промежуточных промывок даже в случае его посадок при спуске.

Факты подтверждают, что при забуривании скважин в рых­лых породах с промывкой забоя водой спуск кондукторов значи­тельно осложняется, и последние, как правило, не доходят до намеченной глубины. Например, на скв. 90 Абинского района, забуренной с промывкой забоя водой, 14" кондуктор спускали на глубину 150 м трое суток, но глубже чем на 120 м спустить его не удалось.

Такие же затруднения возникли при спуске кондуктора на скв. 105 Украинской площади, где кондуктор стал на глубине 260 м при забое скважины 350 м. На скв. 32 Фрунзенской раз­ведки в результате забуривания с промывкой забоя водой до глубины 900 м циркуляция шла через грифоны; по этой причине на бурение под кондуктор затрачено 25 дней, а кондуктор при спуске стал на глубине 743 м. То же самое произошло на скв. 125 Калужской, где кондуктор при забое 754 м остановился на глубине 469 м.

Довольно серьезные осложнения происходят, когда сква­жины бурятся на значительную глубину без крепления с после­дующим перекрытием верхней части ствола кондуктором. Так, например, скв. 75 Украинскую пробурили долотом № 12 до глу­бины 1041 м, затем расширили ствол долотом № 20 до глубины 340 м под 14" кондуктор. При спуске кондуктор хотя и дошел до глубины 340 м, однако вследствие образования значительных каверн (до 70 см) он стал эксцентрично к нижележащему уча­стку ствола, пробуренному долотом № 12. По этой причине при проработке скважины из-под башмака 14" кондуктора был заре­за;н второй ствол, и интервал 340—1041 м пришлось бурить вто­рично. При спуске кондукторов на другую глубину, не преду­смотренную проектом, были потеряны стволы также в скв. 232, 246, 230 Ново-Дмитриевской площади и ряде других.

Очень часто при бурении на значительную глубину без кон­дуктора с промывкой водой возникают грифоны (промыв за на­правлением), выбросы и поглощения, что не только сдерживает темпы бурения, но иногда приводит к ликвидации скважин. Опыт бурения в галечниках и рыхлых песках показывает, что в этих условиях часто бывает недостаточно обычно принятого коэффициента просвета для успешного спуска кондуктора, и его приходится увеличивать. Например, при диаметре скважин 153/4" кондуктор 123/4" при перекрытии галечников или рыхлых песков не доходит до проектной глубины, а при бурении доло­том 173/4" он доходит до забоя почти без осложнений.

Успех спуска кондуктора зависит во многом также от каче­ства проработки ствола скважины и конструкции направляю­щего башмака. Когда скважину прорабатывают пикообразным, а не шарошечным долотом, кондукторы очень плохо идут и преждевременно останавливаются; частые остановки кондукто­ров наблюдаются при больших скоростях проработки ствола. Нередко кондукторы останавливаются и в тех случаях, когда башмак не снабжается направляющей пробкой обтекаемой формы.

Отдельные конторы бурения применяют деревянные на­правляющие пробки крестообразного типа, которые в процессе спуска кондуктора входят внутрь трубы, кромка башмака об­нажается, и кондуктор становится на уступы. Отмечены случаи спуска кондукторов с совершенно открытым башмаком. По­следнее время почти все кондукторы на Кубани стали пускать с направляющей бетонной или чугунной пробкой, вследствие чего случаи недопуска их заметно сократились.

Довольно часто кондукторы при возникновении посадок про­талкивают принудительно, что в ряде случаев заканчивается их «мертвым» заклиниванием. Например, на скв. 1 Ленинград­ская Краснодарнефтеразведки кондуктор Ю3//’ был заклинен на глубине 224 м при забое 465 м, на скв. 45 Северо-Украинская 123/4" кондуктор спускали без промывки, несмотря на значи­тельные посадки, в результате чего кондуктор стал «мертво» на глубине 594 м при забое 672 м.

Протирание кондукторов при бурении скважин на Кубани встречается довольно редко (вследствие высоких скоростей про­ходки). Однако подобные осложнения могут возникнуть при бурении роторным способом на более глубокие горизонты, так как в последнее время не стали применять предохранительные резиновые кольца на бурильных трубах.

На промыслах Краснодарского края не наблюдалось случаев смятия и обрыва кондукторов, хотя при насильственном их про-

тал’кивании в скважину с большими нагрузками такие осложне­ния встречаются в ряде других районов. Большинство инженер­но-технических работников контор бурения считают бурение под кондуктор, его спуск и цементировку неответственными рабо­тами и поэтому слабо контролируют буровые бригады в этот период. .

В районах Саратовского Поволжья также довольно часто наблюдались случаи преждевременной остановки кондукторов и колонн вследствие неудовлетворительной подготовки скважин и применения деревянных крестообразных башмачных пробок вместо бетонных или чугунных. Так, например, на разведочной скважине 22 Степ но веко й разведки, заложенной для раз­ведки карбона и девона, при спуске 143/4" кондуктора на глу­бину 346 м последний стал на глубине 315 м. Скважину перед спуском труб проработали только в интервале 326—346 м. При подготовке кондуктора к спуску в башмачный патрубок была забита деревянная направляющая пробка крестообразного типа. Как и следовало ожидать, кондуктор шел в скважину с посад­ками и на глубине 305 м остановился. При помощи длительного расхаживания его допустили до глубины 315 м и здесь зацемен­тировали. При разбуривании цемента в трубах оказалось, что деревянная направляющая пробка находилась на 2 м выше башмака кондуктора.

Аналогичный случай произошел на скв. 21 Советской раз­ведочной площади. Здесь также перед спуском И3//7 кондук­тора скважину почти не прорабатывали, а в башмак забили деревянную крестообразную направляющую пробку. Кондуктор шел с посадками и окончательно остановился на глубине 408 м при забое 450 м. Техническая колонна 103/4" в этой скважине также шла с большими посадками, и ее с трудом допустили до забоя, однако цементировку нормально провести не удалось, так как кольцевое пространство оказалось забитым сальни­ком.

Для обеспечения успешного спуска кондукторов на заданную глубину необходимо следующее.

1. Бурение под кондуктор производить с промывкой забоя качественным глинистым раствором.

2. Кондуктор спускать в скважину в соответствии с техниче­ским проектом.

3. Прорабатывать скважины трехшарошечным долотом, за­тем сейчас же спускать кондуктор, не допуская простоев.

4. Башмак кондуктора обязательно снабжать чугунной или бетонной насадкой обтекаемой формы, обратный клапан не устанавливать, а при возникновении незначительных посадок спуск труб продолжать с промывкой скважины.

5. Если при наличии промывки и расхаживания кондуктор не идет и имеется возможность его поднять, то это необходимо сделать и скважину тщательно проработать вторично.

6. Бурение после спуска кондуктора роторным способом производить только с применением предохранительных резино­вых колец.

За последние 3 годш на промысловых площадях Кубани осложнения при спуске Обсадных колонн сводились в основном к их недопуску до проектных глубин. Другие осложнения встре­чались в единичных случаях. Почти все скважины, в которых ко­лонны не были допущены до забоя, прорабатывали частично в призабойной зоне. Интервал проработки устанавливали, исходя из высоты подъема цемента в затрубном пространстве. Следует отметить, что скважины перед проработкой под спуск колонны каверномером не замеряли, а если замеряли, то дан­ные кавернограмм для выбора интервалов проработки ствола во внимание не принимали. Скорость проработки в большинстве случаев допускалась очень высокой (65—130 м/час). Некоторые скважины после проработки длительное время простаивали в ожидании спуска колонн. Ряд скважин прорабатывали пико­образным долотом, а не шарошечным, что не обеспечивало каче­ственной шаблонировки ствола. Зачастую скважины прорабаты­вали перед электрометрическими работами, а не после.

При спуске колонн с обратными клапанами их заполняли глинистым раствором иногда очень медленно, в течение 30— 40 мин., что приводило к прихвату труб при оставлении колонн на такое время без движения. Большинство колонн, несмотря на посадки и затяжки при спуске, продолжали спускать без про­мывок до полной их остановки. Нередки случаи, когда перед спуском колонны глинистый раствор обладал нетекучей вяз­костью и несоизмеримым на стандартных приборах сдвигом. Скорость потока раствора в кольцевом пространстве при прора­ботке скважин, промывках в процессе спуска колонн и перед их цементировкой очень часто не превосходила 0,35—0,55 м/сек, что не могло обеспечить необходимой чистоты ствола.

При известных соотношениях между диаметром замков бу­рильных труб, которыми бурили скважину, и диаметром муфт обсадной колонны создаются условия для заклинивания обсад­ных труб при их спуске в скважины, имеющие желоба. В тех случаях, когда наружный диаметр муфты обсадной колонны меньше диаметра желоба, заклинивание колонны не произойдет. Однако в подобных случаях создается опасность прихвата ко­лонны при оставлении ее на сравнительно длительное время без движения (во время заполнения колонны раствором при спуске с обратным клапаном, подготовки к промывкам, неполадок при свинчивании труб и т. п.). .

Преждевременной остановке колонны при спуске ее в сква­жину иногда способствует наличие обратного клапана. Обрат­ный клапан, устанавливаемый в колонне обсадных труб, как известно, позволяет уменьшить нагрузку на вышку и лебедку в процессе спуска колонны, обеспечивает движение глинистого раствора в кольцевом пространстве, разрушая его структуру при погружении колонны, а также препятствует обратному перемещению цемента и глинистого раствора из затрубного про­странства в колонну.

Однако следует отметить, что ^газанные преимущества обратного клапана проявляются в процессе спуска колонны не всегда в полной мере. Больше того, в ряде случаев буровой практики обратные клапаны приносят не пользу, а вред. Нали­чие обратного клапана, как правило, замедляет спуск колонны, а стремление ускорить ее спуск вызывает несвоевременное за­полнение колонны раствором, что часто приводит к разрушению клапана и смятию труб.

По вопросу об основной роли обратного клапана мнения спе­циалистов не совпадают. Одни считают основным преимуще­ством клапана облегчение веса тяжелой колонны, другие—по­стоянное перемещение промывочной жидкости в затрубном про­странстве, третьи — невозможность обратного перемещения в колонну цемента после заливки. Такое расхождение во мне­ниях, по-видимому, можно объяснять тем, что отдельные функ­ции, выполняемые обратным клапаном, играют ту или иную роль в зависимости от конкретных условий данной скважины. По во­просу о роля обратного клапана при спуске колонн на большие глубины в осложненные скважины, пробуренные утяжеленными растворами, можно сказать лишь, что в этих условиях его пре­имущества могут полностью аннулироваться недостатками.

Практика спуска колонн на большие глубины в нефтяных районах Чечено-Ингушской АССР показывает, что обратный клапан удовлетворительно выполняет свои функции при спуске колонн в неосложненную скважину. В данных условиях обратный клапан облегчает работу талевого подъемного механизма, вышки и препятствует обратному движению цемента в колонну. При спуске колонны в осложненную скважину, .где наблю­даются посадки, затяжки, обвалы и поглощения, почти все до­стоинства обратного кл’апана исчезают, щ его нилТРТие только

повышает опасность осложнений. Еслиучесть, чтоТфи спуске колонны с обратным клапаном промежуточных промывок почти не производят, а колонну зачастую продолжают спускать даже при наличии посадок, то станет очевидным, что кольцевое про­странство при наличии обратного клапана быстрее будет за — шламлено и колонна преждевременно остановится. В ряде сква­жин остановка колонн сопровождалась разрушением клапанов и смятием труб.

Такой случай произошел на скв. 3 Славянской нефтераз­ведки, где колонну спускали с посадками и остановили почти на 400 м выше забоя, а обратный клапан был разрушен. При разрушении клапана Ю3//’ колонна весила свыше 100 т, а гидродинамическое давление на забое в момент закупорки кольцевого пространства могло значительно превышать расчет­

ную прочность обратного клапана. На скв. 125 Калужской в ре­зультате образования сальника при спуске колонны с обратным клапаном на глубине 1941 м смяло 103//’ колонну при положе­нии башмака колонны на глубине 2388 м.

В большинстве случаев при спуске колонны в глубокую осложненную скважину совершенно не учитывают влияние до­полнительного внешнего давления на трубы за счет разности удельных — весов глинистого раствора в колонне и за колонной, а также за счет прироста гидродинамического забойного давле­ния при быстром спуске колонны с обратным клапаном. Не при­нимают также во внимание снижение сопротивляемости обсад­ных труб смятию вследствие значительного колебания напряже­ний растяжения.

Фактические данные по спуску колонн в глубокие скважины показывают, что время от последней промывки перед спуском колонны до завершения ее спуска редко составляет менее 2,5— 3 суток. За такой значительный промежуток времени глинистый раствор частично дифференцируется по удельному весу. Как по­казали замеры давления глубинным манометром, удельный вес раствора у забоя обычно выше, чем у устья скважины.

При спуске колонны с обратным клапаном происходит непре­рывное вытеснение верхних более легких пачек раствора, кото­рый при погружении колонны переливается через устье из коль­цевого пространства скважины и используется для заполнения колонны. В результате такого перемещения раствора нижняя часть колонны погружается все время в область более тяжелого раствора, претерпевая при этом повышенное внешнее давление. При спуске колонны без обратного клапана изменение удель­ного веса глинистого раствора с глубиной не может вызвать до­бавочного внешнего давления на колонну, так как раствор будет занимать одинаковый уровень как за трубами, так и в трубах.

Еще большую опасность для прочности обратного клапана и обсадной колонны представляет прирост гидродинамического давления при спуске колонны с обратным клапаном. По данным зарубежной литературы, прирост гидродинамического давления при спуске обсадной колонны с обратным клапаном в скважину средней глубины может достигать 150 ат в зависимости от ско­рости спуска труб, величины кольцевого зазора и параметров глинистого раствора (СНС и вязкости).

При спуске колонны с обратным клапаном в осложненную скважину могут происходить значительные колебания не только сжимающих усилий, но и растягивающих. Как показали иссле­дования АзНИИ [14], при совместном действии этих усилий со­противляемость обсадных труб смятию снижается. Степень сни­жения сопротивляемости труб смятию зависит от величины растягивающей нагрузки и толщины стенки трубы. Например, для 65/s" обсадных труб при толщине стенки 8 мм. максималь­ное снижение сопротивления смятию составляет 36%, а для тех
же труб толщиной стенки 12 мм максимальное снижение сопро­тивления смятию будет только 9%.

На рис. 25 приведен график зависимости сопротивления 65/в" обсадных труб смятию от величины растягивающего напряже­ния. Верхняя кривая соответствует трубам толщиной 12 мм, средняя — 9 мм и нижняя —8 мм. •

е у *500 * %

О 5 10 15 го 25 30 35 U0 Растягивающее напряжение, яг/мм 2

Рис. 25. Кривые зависимости ■сминающего давления от ра­стягивающего напряжения.

*300 3 S? 200

J — трубы с толщиной стенок J2 мм 2 — толщиной 9 мм; 3 — толщиной 8 мм.

Таким образом, объективные данные буровой практики и теоретическое обоснование некоторых отрицательных явлений при спуске обсадных колонн в осло­жненные скважины с обратным клапаном показывает, что обрат­ный клапан в этих условиях часто теряет свои преимущества. Вопрос о целесообразности его применения при спуске колонн в осложненные скважины следует рассматривать, исходя из конкретных условий каж­дой скважины. Если скважина про­бурена без осложнений, вызванных сужениями ствола, а также если систематические посадки и затяж­ки при бурении и проработке не наблюдались, то для такой сква­жины обратный клапан окажется полезным.

Комментарии запрещены.