Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Прихватом бурового инструмента в скважине называют по­терю им (или любым другим скважинным — прибором) подвиж­ности, восстановить которую не удается без применения специ­альных мер. Прихват бурового инструмента встречается до­вольно часто и относится к числу наиболее тяжелых видов осложнений.

Большие работы по изучению прихватов бурового инстру­мента в последние годы были проведены в организациях, свя­занных с бурением скважин на нефть и газ (ВНИИКрнефть и др.).

При бурении на твердые полезные ископаемые этому воп­росу, к сожалению, еще уделяется мало внимания.

Основными причинами, вызывающими прихват бурового ин­струмента, являются: 1) перепад гидродинамического давления в стволе скважины над пластовым; 2) нарушение устойчивости пород в стенках скважин и 3) загрязнение ее ствола.

Прихват, возникающий под действием перепада давления, развивается: 1) в проницаемых породах (возможен прихват ин­струмента и в зоне непроницаемых пород); 2) при прекраще­нии движения бурового инструмента в скважине.

Прихват зависит от: 1) положения бурового инструмента в зоне осложнения и величины зазора между ним и стенками скважины; 2) кривизны ствола скважины; 3) фазового состоя­ния температуры пород и температуры промывочной жидкости;

4) наличия в ней смазывающей добавки.

Прихват может произойти почти мгновенно. Характерной, особенностью этого вида осложнений является сохранение цир­куляции жидкости по скважине. Циркуляция нарушается только в том случае, если прихват вызван сужением или зашламова — нием ствола, а также промерзанием промывочной жидкости в скважине.

Механизм прихвата заключается в быстром и сильном при­жатии бурового инструмента к стенке скважины под действием репрессии на пласт. При этом вращение его в скважине пре­кращается.

Наибольшая сила прижатия бурового инструмента (колон­ковой трубы, утяжеленных либо бурильных труб) к стенке сква­жины возникает в условиях полного прекращения проницаемо­сти глинистой корки и определяется по формуле

где F — наибольшая сила прижатия бурового инструмента, Н; d — Диаметр бурового инструмента [наибольшая линия касания бурового инструмента с фильтрационной коркой (см. рис. 7.6)], м; h — мощность проницаемого пласта или длина площадки касания бурового инструмента с фильтрационной коркой, м; Ар — репрессия в зоне контакта, зависящая от толщины и про­ницаемости корки, Па. Если проницаемость корки k велика (&-»-оо), то Лр-»-0. При ее абсолютной непроницаемости Ар = = Рст Рпл-

Прихват может произойти также при бурении по непрони­цаемым породам, при образовании на них студнеобразной корки, на которую могут оседать твердые частицы. Формирую­щаяся корка уплотняется под действием бурового инструмента. В этом случае возможен прихват под действием полного гидро­статического давления жидкости.

Осевое усилие, необходимое для отрыва бурового инстру­мента от стенки скважины, может значительно превосходить тяговые усилия имеющихся подъемных средств. Оно рассчиты­вается по формуле

P = f(F + QcosQ), (7.15)

где Р — усилие отрыва, Н; / — коэффициент трения между бу­ровым инструментом и фильтрационной коркой; Q — вес буро­вого инструмента, Н; в — зенитный угол, градус.

В момент отрыва прихват может быть усилен за счет явле­ния присоса бурового инструмента к стенке скважины. Сила присоса в этом случае зависит от скорости отрыва бурового инструмента и проницаемости фильтрационной корки.

Электрическая природа лежит также и в основе прихвата .бурового инструмента в скважине. Возникает прихват в том случае, когда межмолекулярные силы притяжения превышают электростатические силы отталкивания сближающихся одно­именно заряженных поверхностей бурового инструмента, колло­идных частиц и горных пород под действием внешних сил. Отсюда меры профилактики прихвата: 1) повышение элек­тродного и термодинамического потенциалов поверхностей, обеспечивает наибольшее расклинивающее давление; 2) сни­жение межмолекулярного взаимодействия; 3) увеличение ди­электрической проницаемости пород. Достичь это можно за счет применения различных ванн.

Меры профилактики и борьбы с прихватами. В каждом кон­кретном случае необходимо прежде всего установить наиболее опасные интервалы бурения, определить причины прихвата, на­метить меры по их предупреждению или исключению. Основ­ные меры профилактики прихвата: 1) применять промывочные жидкости, при которых бы обеспечивалось достаточно низкое гидростатическое давление на пласт в зоне прихвата. Это мо­жет быть достигнуто за счет применения растворов с мини-

мальным содержанием твердой фазы и с низкой плотностью. Однако эта мера возможна только в том случае, если она при­ведет к нарушению устойчивости открытого ствола скважины. Такие растворы должны иметь минимальные толщину фильтра­ционной корки и водоотдачу; 2) необходимо медленно прово­рачивать колонну бурильных труб в скважине при ее наращи­вании; 3) добиваться снижения коэффициента трения в паре фильтрационная корка — буровой инструмент. С этой целью не­обходимо улучшать смазывающую способность промывочной жидкости; 4). применять квадратные утяжеленные бурильные, трубы, уменьшающие фактическую площадь их контакта со стенками скважины.

Наиболее распространенные способы ликвидации прихва­тов: 1) создание жидкостных ванн; 2) использование электро­осмоса; 3) механическое и гидромеханическое воздействие на фильтрационную корку с целью ее разрушения в зоне при­хвата; 4) извлечение бурильных труб и обуривание прихва­ченной части колонны; 5) извлечение колонны труб и обход новым стволом скважины места прихвата. Каждый из перечис­ленных способов не универсален и может дать эффект только в определенных условиях. Так, установка жидкостных ванн наиболее эффективна для ликвидации прихватов, вызванных репрессией на пласт, а применение специальных устройств ударного действия — ясс, в основном, при заклинивании буро­вого инструмента в скважине.

В зависимости от состава пород создаваемые в зоне прихва­та жидкостные ванны могут быть различными: 1) нефтяные — для снижения трения в паре буровой инструмент — глинистая корка; 2) солянокислотные ванны, техническая кислота НС1 (8—20 %) и ингибитор коррозии, для карбонатных пород (из­вестняки, доломиты, доломитизированные известняки)—вызы­вающие их разрушение; 3) глинокислотная ванна — смесь кис­лот № (3—5 %) и НС1 (8—10 %) для песчаников и песчано — глинистых пород — вызывает разрушение глинистого материала и частично кварцевых частиц. При этом глина теряет пластич­ность и склонность к набуханию.

При применении жидкостных ванн важно наиболее точно оценивать объем жидкости, который подлежит закачиванию в зону прихвата. Как правило, стремятся увеличить количество жидкости для полного перекрытия опасной зоны. Это требует определения глубины прихвата, которую оценивают по удлине­нию колонны бурильных труб при ее натяжении. Для верти­кальной скважины и при отсутствии сил сопротивления глубину прихвата находят по формуле

-а5Е-^г+’|"и, (7.16)

1=2

где 1п — глубина прихвата, м; а — коэффициент, учитывающий 352

наличие соединительных элементов, а=1,05; 5 — площадь по­перечного сечения бурильных труб, м2; Е — модуль упругости материала труб, Па; А/— упругое удлинение колонны буриль­ных труб, м; АР—-усилие, при котором обеспечивается удли­нение колонны, равное А/, Н; Ь; — длина свечи, м; п — число свечей.

Комментарии запрещены.