Мелкие искривления
О
дно
мелкое искривление может не привести
к серьезным осложнениям, но несколько
мелких искривлений, расположенных
близко друг к другу, могут вызвать так
называемое "заклинивание в мелких
искривлениях" (рис. 10-12).
Мелкие искривления уменьшают эффективный диаметр скважины. Когда КНБК находится в сжатом состоянии, она более податлива и может пройти через меньший эффективный диаметр на участке мелких искривлений. Когда колонна находится в растянутом состоянии, КНБК становится более жесткой и расклинивается в интервале последовательных мелких искривлений.
Обычно заклинивание в мелких искривлениях происходит при подъеме инструмента, но очень жесткие КНБК и обсадные колонны могут заклиниться и при спуске.
П
ричиной
возникновения мелких искривлений
является частое изменение направления
или углов при бурении наклонно-направленной
скважины или естественным отклонением
долота при разбуривании чередующихся
твердых и мягких пород. При переходе
из мягкой породы в твердую долото
стремится изменить свое направление.
Одной стороной долото попадает в твердую
породу, а другой продолжает разбуривать
мягкую породу. Поэтому возникает
неравномерное сопротивлению породы
разрушению, и долото отклоняется вверх
по восстанию или соскальзывает вниз
по падению пласта (рис. 10-13).
Е
сли
угол между торцем
долота и
линией падения пласта меньше 45 °, то
долото имеет тенденцию уходить вверх
по восстанию. Если угол между торцем
долота и
линией падения пласта больше 45 °, то
долото имеет тенденцию уходить вниз
по падению.
Это можно наглядно продемонстрировать, наклоняя стол под разными углами и ставя на него стакан или чашку (рис. 10-14).
Henry Woods и Arthur Lubinski выявили это обстоятельство в 1954 г. и показали, что величина поперечных отклонений долота, в результате которых возникает большая часть мелких искривлений, определяется диаметром УБТ, установленной непосредственно над долотом (рис. 10-15).
Минимальный эффективный диаметр долота = 1/2 * (размер долота + наружный диаметр УБТ)
(10.2)
Чередование твердых и мягких пород может также привести к образованию резких искривлений ствола, даже если траектория скважины остается относительно прямолинейной. Чередование твердых и мягких пород приводит к биению долота, если оно не стабилизировано должным образом. В результате уменьшается эффективный диаметр скважины. Недостаточно жесткая бурильная колонна может пройти через эти резкие искривления в сжатом состоянии, но может заклиниться в них в растянутом состоянии.
Обсадная колонна или большая КНБК может не пройти эти резкие искривления.
Мелкие искривления встречаются все чаще. Частично это объясняется возрастающим масштабом использования небольших КНБК.
Небольшие компоновки более гибкие и легче изгибаются при бурении. Кроме того, все шире используются верхние приводы, с которыми можно бурить дольше без приподъема колонны для наращивания, и проще войти в опасный интервал. Мелкие искривления встречаются обычно там где в разрезе чередуются пласты с разной твердостью, бурение производят 90-футовыми свечами с недостаточно жесткими КНБК при больших осевых нагрузках на долото. В 1990-ые годы стремились уменьшить размер КНБК и бурить удлиненными свечами. Очень часто опасность не замечали, пока не происходил прихват во время приподъема колонны для наращивания.
Большие КНБК позволяют избежать образования мелких искривлений, но их использование в сильнонаклонных скважинах может привести к осложнениям из-за скоплений шлама и большого сопротивления продольному перемещению колонны. При использовании небольших нестабилизированных КНБК возможно биение долота, которое ведет к износу его зубьев и подшипников. Если долото не удерживается на оси скважины, зубья будут неравномерно поражать забой и быстро изнашиваться. Если произойдет изгиб УБТ, нагрузка будет распределяться по подшипникам неравномерно. Таким образом, подшипники и хвостовик будут испытывать усталостные нагрузки (рис. 5-2), что ведет к ускоренному износу. Большие УБТ и стабилизаторы помогают избежать этих проблем.3
Когда следует ожидать заклинивания в мелких искривлениях
Заклинивания в мелких искривлениях происходят обычно при приподъеме бурильной колонны для наращивания или при спуске обсадной колонны или более жесткой компоновки. Ожидать заклинивания в мелких искривлениях следует при наличии следующих условий:
Вскрыты чередующие пласты мягких и твердых пород. При переходе из одного пласта в другой долото обычно отклоняется. Эта проблема усугубляется с уменьшением отношения диаметра УБТ к диаметру долота.
Используются недостаточно жесткие или нестабилизированные КНБК при больших осевых нагрузках на долото. Если создается слишком большая осевая нагрузка на долото для данного диаметра УБТ, то произойдет изгиб УБТ и долото начнет двигаться по винтовой линии.
Используются нестабилизированные или небольшие по отношению к размеру долота УБТ. Если естественная тенденция к поперечному отклонению долота не ограничивается, то минимальный эффективный диаметр скважины будет меньше.
Часто изменяется направление бурения наклонно-направленной скважины.
Признаки заклинивания в мелких искривлениях
К признакам заклинивания в мелких искривлениях можно отнести и условия, благоприятные для их образования:
Постоянные изменения механической скорости бурения являются признаком проходки чередующихся пластов твердых и мягких пород.
Возрастание крутящего момента и сопротивления продольному перемещению колонны при приподъеме колонны для наращивания указывает на возможность наличия мелких искривлений.
Возрастание крутящего момента при бурении может быть признаком наличия резких мелких искривлений. Как мы помним, бурильная колонна является более жесткой в растянутом состоянии, чем в сжатом. Когда бурильную колонну приподнимают с забоя с вращением, возрастает крутящий момент, обусловленный наличием мелких искривлений. При бурении часть крутящего момента обусловлена взаимодействием долота с забоем, и часть трением колонны о стенки скважины. Об интенсивности мелких искривлений можно судить, сравнивая значения крутящего момента, когда долото находится на забое, и когда оно приподнято над забоем.
Как предпосылка - многократные изменения направления бурения или отклонения забойного двигателя.
Предотвращение заклинивания в мелких искривлениях
Наилучший способ предотвратить заклинивание в мелких искривлениях - это, прежде всего, не допускать образования мелких искривлений.
Свести к минимуму число изменений направления бурения. Можно выполнять последовательные зарезки через каждую свечу, а не через каждые 30 футов.
Избегать больших осевых нагрузок на долото при работе с недостаточно жесткими КНБК.
Частые проработки снизу вверх при бурении через чередующиеся твердые и мягкие породы поможет сгладить уступы на участке образовавшихся мелких искривлений. Перед спуском более жесткой КНБК или обсадной колонны в интервал, где предполагается наличие мелких искривлений, нужно проработать этот интервал. Проработка дает возможность увеличить минимальный эффективный диаметр ствола.
Бурильщик должен знать, где находится КНБК по отношению к предполагаемым мелким искривлениям, и двигаться через них медленно и осторожно.
Освобождение колонны, заклинившейся в мелких искривлениях
При любом прихвате на участке со сложной геометрией технология освобождения бурильной колонны предусматривает расхаживание колонны и удары яссом в направлении, противоположном тому, в котором двигалась колонна до прихвата. Поскольку бурильная колонна является более жесткой в растянутом состоянии, чем в сжатом, то заклинивание в мелких искривления более вероятно при подъеме колонны. Однако колонна может быть прихвачена и при спуске, особенно если речь идет о бурильной колонне с более жесткой компоновкой или об обсадной колонне.
Как мы помним, растягивающие и скручивающие напряжения суммируются. Прикладывать большой крутящий момент можно только при ударах яссом вниз, но не при ударах вверх.
Дополнительные приемы для освобождения бурильной колонны, заклинившейся в мелких искривлениях.
Если проработка ствола и применение ясса не дают результатов, то можно попробовать поставить жидкостную ванну.
Если предполагаемые мелкие искривления расположены в карбонатной породе, можно поставить кислотную ванну для растворения породы и освобождения колонны.
Можно использовать для освобождения колонны спускаемые на канате скважинные вибраторы, способные обеспечить "ожижение" породы в месте прихвата или уменьшить эффективное трение между колонной и породой (коэффициент трения движения меньше, чем коэффициент трения покоя).
Уступы
Р
Рис. 10-16 Уступы
езкие
искривления ствола могут привести к
образованию уступов. Это происходит,
когда мягкие породы разрушаются и
обнажают более твердые породы (рис.
10-16). Известно, что уступы часто образуются
в мелких искривлениях ствола, обусловленных
чередованием твердых и мягких пород.
Однако уступы могут образоваться и в
отсутствие искривлений ствола. Обычно
уступы образуются на участках чередования
твердых и мягких пород, когда в интервале
твердых пород диаметр скважины остается
равным диаметру долота, а в интервале
легко разрушающихся мягких пород
диаметр увеличивается. Кроме того, они
образуются около трещин и разрывных
нарушений (рис. 10-17).
Н
аибольшую
опасность уступы представляют при
спуске обсадных колонн и геофизических
приборов, не позволяя довести их до
забоя. Часто бывает так, что при подъеме
бурильной колонны перед спуском обсадной
колонны признаков этой опасности нет,
но спускаемая обсадная колонна, из-за
своего большого диаметра и жесткости,
не может пройти уступы (рис. 10-16).
Стабилизаторы и другие элементы бурильной колонны, резко отличающиеся друг от друга по диаметру, могут заклиниться в уступах при движении бурильной колонны в обоих направлениях.
Когда следует ожидать образования уступов
Ожидать образования уступов следует при наличии следующих условий:
Чередование твердых и мягких пород. Это приводит к биению долота.
Трещины и разрывные нарушения пластов.
Многослойные соляные пласты, где соль растворяется с разной интенсивностью.
Резкие искривления ствола любого типа.
Большая часть осложнений, связанных с наличием уступов, происходит при спуске бурильных колонн, спуске обсадных колонн и геофизических скважинных приборов.
Признаки наличия уступов
К признакам наличия уступов можно отнести следующие:
Постоянные изменения скорости проходки. Это является признаком чередования твердых и мягких пород, являющегося предпосылкой к образованию уступов.
Повторяющиеся затяжки при СПО. Когда замки прижимаются к уступам, индикатор веса будет показывать небольшие увеличения нагрузки на крюке примерно через каждые 30 футов. Если эта тенденция изменения сопротивления продольному перемещению колонны не будет сильно искажена из-за мероприятий по очистке скважины, указанную зависимость можно легко обнаружить.
Внезапное и хаотичное повышение нагрузки на крюке, когда стабилизатор или долото заклинится в уступах.
Внезапная посадка обсадной или бурильной колонне при входе ее в зону уступов.
Известные чередующиеся, трещиноватые или имеющие разрывные нарушения пласты.
Если наличествует какое-либо из этих условий, то возможно существование уступов.
Предотвращение осложнений, связанных с существованием уступов
Для предотвращения осложнений, связанных с существованием уступов, нужно в первую очередь стараться не допустить образования уступов.
Нужно принимать меры для предотвращения образование уступов.
Следует уменьшать до минимума расширение ствола, пересекающего слои глинистых пород в песчаном интервале или чередующиеся слои глинистых пород, путем соответствующей обработки бурового раствора. Ингибированный буровой раствор может не потребоваться для предотвращения потери устойчивости стенок скважины, но он может быть необходим для предотвращения образования уступов с целью безопасного спуска обсадной колонны.
Если избежать образования уступов не удается, то следует проявлять осторожность при проведении через уступы долота или КНБК. Бурильщик должен знать, где находятся уступы и где вероятно заклинивание в них бурильной колонны. При приближении КНБК или обсадной колонны к уступам нужно уменьшить скорость спуска.
Нужно проработать участок потенциально опасных уступов. При этом следует соблюдать осторожность, чтобы избежать заклинивания кусками породы, обвалившейся при проработке.
Освобождение колонны, заклинившейся в уступах
Как и при любом прихвате на участке со сложной геометрией, технология освобождения колонны предусматривает расхаживание колонны и удары яссом в направлении, противоположном тому, в котором двигалась колонна до прихвата.
Первые удары яссом должны быть несильными, чтобы избежать осыпания породы со стенок скважины. Затем, если освободить колонну не удалось, нужно постепенно усиливать удары. Прикладывать крутящий момент можно только при ударах вниз.
Часто перемещение колонны вниз возможно, если КНБК заклинилась при подъеме, а перемещение вверх бывает возможно, если обсадная колонна заклинилась при спуске. В таких случаях иногда удается вывести колонну из зоны уступов с вращением.
Иногда удается вывести колонну из зоны уступов, "встряхивая" ее стоячей волной, посылаемой вниз по колонне. Стоячая волна схожа с "волной", которую посылают по шлангу или электрическому проводу, застрявшему на препятствии. Создать стоячую волну в колонне можно путем резкого торможения при спуске. Например, представим себе, что лопасть стабилизатора уперлась в уступ, и вращение невозможно или не приводит к освобождению колонны. В таком случае можно быстро уменьшить натяжение бурильной колонны, чтобы ее верхняя часть пошла вниз. Если затем резко остановить движение колонны еще до того, как полностью исчезнет натяжение колонны, то вибрация, обусловленная внезапным торможением, будет распространяться вниз по колонне. Эта вибрация может быть достаточно сильной для освобождения стабилизатора, который затем можно вывести из зоны уступов. Однако нужно проявлять осторожность, чтобы избежать эффекта поршневания на открытом участке ствола, вскрывшего слабые породы.
В некоторых случаях могут быть полезны кислотные ванны в интервалах карбонатных пород.