Заключение

Когда следует ожидать осложнений, связанных с некачественной очисткой скважины

В вертикальных скважинах осложнения, связанные с некачественной очисткой, проявляются как циркуляция шлама. Наиболее вероятна такая ситуация при использовании легких маловязких буровых растворов, при низкой скорости потока в кольцевом пространстве. Такие условия обычно существуют при бурении под кондуктор долотом большого диаметра. Проблемы могут возникать и при высокой скорости проходки, или при разбуривании неустойчивых пород.

В наклонных скважинах можно всегда ожидать осложнений, связанных с некачественной очисткой. Наиболее серьезные осложнения бывают при небольших расходах и при использовании маловязких и высоковязких буровых растворов.

Прихваты и затяжки возникают обычно при подъеме инструмента (рис. 7-57). Достаточно серьезные проблемы проявляют себя обычно после наращивания колонны, когда насосы остановлены. Если в скважине находятся очень большие обломки породы или большое количество циркулирующего шлама, то при первом подъеме после наращивания можно обнаружить очень сильное сопротивление продольному перемещению колонны.

Предупредительные меры

Для предотвращения прихватов, обусловленных недостаточной очисткой скважины, нужно избегать условий, в которых очистка не может быть выполнена качественно. В общем, нужно:

• Поддерживать достаточный расход бурового раствора, особенно в наклонных скважинах.

• Простое практическое правило для вертикальных скважин: скорость потока в кольцевом пространстве должна в два раза превышать скорость оседания шлама.

• Еще одно практическое правило: при диаметре ствола 17¹/₂" нужен расход не менее 1000 галлон/мин, при диаметре ствола 12¹/₄" нужен расход не менее 750 галлон/мин, при диаметре ствола 8¹/₂" нужен расход не менее 500 галлон/мин.

• Lou, Bern, Champter и Kellingray из BP Amoco создали набор простых номограмм для выбора расхода бурового раствора в наклонных скважинах.⁵ Эти номограммы построены для типичных условий месторождений Северного моря в предположении, что колонна может вращаться свободно (приведены в Приложении А).

• При удалении шлама циркуляцией из сильнонаклонной скважины важно поддерживать расход на уровне не меньшем, чем был при ее проходке. При низком расходе бурового и при прекращении циркуляции слои шлама будут соскальзывать в интервалах зенитных углов от 30° до 65°. Поэтому осуществлять циркуляцию с низким расходом в сильнонаклонных скважинах нельзя.

• Всегда рекомендуется спускать последние три свечи с циркуляцией. Это нужно не только для того, чтобы предотвратить забивание насадок долота, но и для того, чтобы исключить скопление шлама вокруг долота и образование пробки после восстановления циркуляции. В сильнонаклонных скважинах нужно осуществлять циркуляцию с полным расходом, чтобы избежать соскальзывания слоев шлама в интервале средних зенитных углов.

• Следить за скоростью проходки. При увеличении количества шлама в кольцевом пространстве очистка скважины затрудняется, поскольку при этом профиль скоростей потока смещается в противоположную сторону от слоев шлама.

• Прекращать бурение, если это диктуют условия в скважине. Если очистка скважины затрудняется, добавление шлама в кольцевое пространство только усугубит проблему.

• Планировать специальные рейсы для очистки и проработки ствола. Это поможет оторвать шлам от стенок скважины, взрыхлить слои шлама, а также оценить качество выполненной очистки скважины.

• Промывать скважину до чистого раствора перед подъемом инструмента и удалять шлам от КНБК циркуляцией перед наращиванием колонны. Максимально увеличивать перемещения колонны при промывке скважины. В наклонных скважинах вращать колонну для рыхления слоев шлама.

• Контролировать свойства бурового раствора. Желательно поддерживать высокое отношение YP/PV.

• Закачивать порции высоковязкой жидкости в вертикальных скважинах и чередующиеся порции маловязкой, затем высоковязкой тяжелой жидкости в наклонных скважинах. Применение высоковязкой жидкости позволит изменить режим течения на структурный. Это эффективно в вертикальных скважинах, но в наклонных скважинах порции высоковязкой жидкости сами по себе ситуацию не улучшат (поскольку движение высоковязкой жидкости может привести к отклонению потока от слоев шлама, особенно если порция движется достаточно долго и перемешивается с окружающим буровым раствором, в результате чего структурный режим течения не возникает).

• Не следует закачивать высоковязкую жидкость слишком большими порциями и слишком часто. Образование пробки может произойти во время прокачки порции вязкой жидкости, особенно в интервалах средних зенитных углов.

• Выполнять наращивание колонны как можно быстрее, для чего следует улучшать планирование и организацию работы.

• Установить предельное натяжение колонны. Не следует втягивать колонну в пробку так сильно, что ее нельзя будет освободить перемещением вниз. Чем больше натяжение, тем плотнее пробка. Лучше проходить интервал со слоями шлама, понемногу увеличивая натяжение. Если встретится препятствие, нужно немного натянуть колонну и тут же ослабить, убедившись в возможности свободного перемещения колонны вниз, затем натянуть сильнее и снова ослабить, убедившись в возможности свободного перемещения вниз. Повторять эти действия до тех пор, пока препятствие не будет пройдено или не будет достигнуто установленное предельное натяжение. Предельное натяжение устанавливается для того, чтобы решение о том, насколько натягивать колонну при прохождении пробки, перед тем как попробовать что-то еще, мог принимать представитель разведочной компании, а не бурильщик.

• Следить за динамикой параметров бурения для контроля за качеством очистки скважины. Регистрировать нагрузку на крюке при свободно вращающейся колонне, нагрузку на крюке при подъеме колонны, нагрузку на крюке при спуске колонны, крутящий момент при долоте, приподнятом над забоем, крутящий момент при долоте на забое, и давление циркуляции. Лучший способ избежать осложнений - отслеживать первые признаки и принимать меры до того, как проблема выйдет из-под контроля.

• Следить за динамикой крутящего момента и сопротивления продольному перемещению колонны для оценки качества очистки скважины. Бурильщик должен регистрировать эти параметры перед каждым наращиванием колонны. Инженер на буровой может подготовить таблицу для контроля объема раствора в емкостях циркуляционной системы. Схождение и расхождение фактического и ожидаемого графиков изменения объема поможет оценить качество очистки скважины. Например, снижение крутящего момента при долоте, приподнятом над забоем, может быть признаком заполнения скважины шламом.

• Прорабатывать ствол при подъеме в сильнонаклонных скважинах.

• Регистрировать каждое сужение ствола при СПО или наращивании колонны.

• Понимание технологии очистки скважины позволяет уменьшить объем СПО и проработок ствола, оптимизировать продолжительность циркуляции и в максимальной степени увеличить скорость бурения. После первого рейса для очистки и проработки ствола нужно следить за тенденциями изменения параметров бурения, схождение /расхождение которых покажет, когда нужно выполнять следующий такой рейс.

Бурильщик должен всегда знать, где находится его КНБК по отношению к участкам со сложной геометрией и известным проблемным местам. Заклинивание УБТ наиболее вероятно в месте резкого искривления ствола или на участке номинального диаметра, находящимся непосредственно над большим расширением ствола. При прохождении УБТ через резкое искривление они прорезают и выпахивают породу. Обломки этой породы скапливаются и уплотняются в месте, где долото и УБТ прижимаются к стенке скважины (рис. 7-58).

Перед началом СПО следует распечатать и поместить в нескольких местах на рабочей площадке буровой литологическую колонку и графики изменения параметров бурения с кавернограммой. Это поможет бурильщику следить за прохождением проблемных участков, перемещая бумажное изображение КНБК по разрезу во время подъема инструмента (см. рис. 13-1 и соответствующее обсуждение мониторинга тенденций изменения параметров бурения).

Как прихваты шламом или обвалившейся породой, так и дифференциальные прихваты происходят чаще всего в местах резкого искривления

Рис. 7-58 Образование пробки в месте резкого искривления ствола

Признаки некачественной очистки скважины

Члены буровой бригады должны отслеживать признаки некачественной очистки скважины. Большинство прихватов, обусловленных некачественной очисткой скважины, можно выявить по динамике параметров при бурении и СПО задолго до того, как они фактически произойдут. Наиболее очевидными признаками являются следующие:

• Неполный вынос на поверхность шлама, образующегося при данной скорости проходки.

• Хаотичное изменение количества выносимого шлама.

• Через сетки вибросит проходит больше шлама, чем обычно (чем дольше шлам находится в скважине, тем больше степень его измельчения)

• Возрастает пластическая вязкость, плотность выходящего бурового раствора, содержание в растворе песка или легких твердых частиц (когда шлам сильно измельчен, очистные устройства циркуляционной системы не могут удалить его из раствора).

• Тенденции изменения параметров, указывающие на некачественную очистку скважины, можно видеть на диаграммах станции контроля параметров бурения (Сео1о§гарп) (рис. 7-59):

• Тенденции изменения параметров при наращивании колонны:

• Затяжки при снятии колонны с клиньев и бросок давления при восстановлении циркуляции. Осевший шлам заполнил пространство вокруг КНБК, и при снятии колонны с клиньев и/или восстановлении циркуляции начинается образование пробки.

• Увеличение давления насоса при восстановлении циркуляции. Поскольку кольцевое пространство заполнено шламом, разность значений гидростатического давления чистого бурового раствора в бурильной колонне и зашламленного бурового раствора в кольцевом пространстве возрастает.

• Тенденции изменения параметров при бурении:

• Увеличение давления насоса по линейному закону. Поскольку в кольцевое пространство поступает больше шлама, чем из него выходит, забойное давление нарастает. Это нарастание идет с той же скоростью, с которой увеличивается концентрация шлама, а эта скорость обычно постоянна. Важно не спутать тенденцию нормального увеличения давления с глубиной с тенденцией увеличения давления из-за возрастания концентрации шлама. Бурильщик должен знать нормальные тенденции, чтобы суметь выявить аномальные.

• Неравномерная подача насоса. Соскальзывание слоев шлама или очень интенсивная циркуляция шлама создает условия для образования пробки вокруг колонны в этом месте.

• Возрастание как крутящего момента, так и сопротивления продольному перемещению колонны. Крутящий момент и сопротивление продольному перемещению хаотично изменяются. Скопление шлама начинает влиять на перемещения колонны.

• Постепенное уменьшение скорости проходки. Возрастание забойного давления приводит к увеличению кажущейся прочности разбуриваемой породы, в результате чего уменьшается скорость проходки (см. параграф "Механика горных пород")

• Тенденции изменения параметров при СПО:

• Поршневание: КНБК с накопившимся вокруг нее уплотненным шламом действует как поршень. Приток флюидов в скважину не компенсирует уменьшение объема бурового раствора в скважине при подъеме инструмента. Эффект поршневания усиливается с увеличением пластической вязкости раствора.

• При подъеме колонны с циркуляцией, колонна может действовать, как поршень. Когда начинается образование пробки, давление под долотом возрастает и начинает выталкивать колонну из скважины. Нагрузка на крюке уменьшается. В отдельных случаях бурильная колонна движется вверх даже когда нагрузка на крюке меньше ее собственного веса. Этим маскируется возникновение затяжки.

• Чрезмерное возрастание или хаотичное изменение сопротивления продольному перемещению колонны: шлам скапливается вокруг УБТ и уплотняется, препятствуя перемещению колонны. Выявить такие "сужения" трудно, поскольку они могут перемещаться по стволу. Скопления шлама или слоев шлама проталкиваются по стволу и иногда перестают мешать движению колонны. Сужения в местах резкого искривления ствола и желобов остаются на одном месте.

П ри некачественной очистке скважины наблюдаются следующие тенденции:

• Затяжка при снятии колонны с клиньев после наращивания.

• Увеличение давления насоса при восстановлении циркуляции после наращивания.

• Броски давления.

• Возрастание как крутящего момента, так и сопротивления продольному перемещению колонны при бурении.

• Хаотичные изменения крутящего момента, сопротивления продольному перемещению колонны и давления насоса.

• Скопление шлама на забое, или трудно создать осевую нагрузку на долото.

• Снижается осевая нагрузка на долото (поскольку давление под долотом стремится приподнять колонну).

Освобождение колонны