СОПРОТИВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЮ БУРИЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА И ПРИЧИНЫ ЕГО ПРИХВАТОВ

  Главная        Учебники - Техника         Технологические свойства буровых растворов (Михеев В. Л)

 поиск по сайту     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  ..

 

 

Глава IV СНИЖЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ ДВИЖЕНИЮ БУРИЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА И ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ЕГО ПРИХВАТОВ


§ 1. СОПРОТИВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЮ БУРИЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА И ПРИЧИНЫ ЕГО ПРИХВАТОВ

По мере роста глубин скважин возрастают стоимость и сложность проводки скважин. Аварии, связанные с прихватом бурильного инструмента и обсадных колонн, причиняют большие убытки буровым предприятиям, резко ухудшают показатели буровых работ, темпы разведки и разработки нефтегазоносных структур, сдерживают ввод в эксплуатацию месторождений нефти и газа.

Практикой бурения показано, что при строгом соблюдении технологических требований, своевременном проведении профилактических мероприятий, химической обработки буровых растворов, контроле их качества можно существенно снизить аварийность, связанную с прихватами бурильного инструмента.

Большое значение имеет снижение сил сопротивления движению инструмента в наклонно-направленном бурении, поскольку на наклонных участках бурильные трубы прилегают к стенкам скважины В этом случае происходит трение как по фильтрационной корке, так и по породе. Особенно велики фрикционные и адгезионные сопротивления при значительных отклонениях ствола от вертикали, превышающих в ряде случаев 2000 м и более.

Сопротивления, возникающие при движении инструмента в скважине, давно привлекают внимание многих исследователей. До настоящего времени не решены вопросы, связанные с выяснением причин и природы сил сопротивления движению, противоречивы взгляды па механизм прихвата инструмента, не изучены в достаточной мере структурно-механические характеристики фильтрационных корок, не установлена их взаимосвязь с адгезией и трением. Не выяснено влияние адгезии и трения о корки и породы на прихват бурильного инструмента.

Дальнейшее совершенствование техники и технологии бурения глубоких скважин ставит задачу количественной оценки сил, противодействующих движению бурильной колонны, и изыскания эффективных средств и методов предупреждения и ликвидации прихватов. Практикой бурения установлено, что рост сил сопротивления движению инструмента, приводящих к прихватам, обусловлен рядом причин, основными из которых являются:
 

1) несоответствие качества бурового раствора свойствам проходимых пород;

2) неудовлетворительная очистка бурового раствора от выбуренной породы, накопление ее в кавернах ствола и образование шламовых пробок в скважине;

3) обвалы и осыпи, набухание и пластическое течение неустойчивых пород, сужающих ствол скважины;

4) образование глинистых сальников на долоте, УБТ, корпусе турбобура, замковых соединениях труб и других элементах б> риль-ного инструмента;

5) выработка желобов на стенке скважины;

6) низкие скорости потока бурового раствора в затруб-ном пространстве, затрудняющие вынос выбуренных частиц с забоя, или нарушение циркуляции бурового раствора в скважине;

7) заклинивание бурового инструмента в суженной или непро-работанной части ствола вследствие смены компоновки инструмента в наклонной или искривленной скважине, падения в ствол посторонних предметов или обломков горной породы и т. д.;

8) нарушение продольной устойчивости бурильного инструмента при высоких осевых нагружениях собственным весом труб;

9) смятие обсадных промежуточных колонн;

10) полет инструмента из-за обрыва бурильной колонны и талевого каната;

11) прижатие бурильного инструмента к проницаемой стенке скважины вследствие перепада гидростатического и пластового давлений;

12) прилипание и трение бурильных и обсадных труб о фильтрационную корку или о породы, слагающие ствол скважины.

Эти причины приводят к сложным и длительным авариям, составляющим 18—20% от общего числа аварий в бурении.

Опыт бурения глубоких скважин показывает, что большинство случаев прихвата инструмента происходит против поницаемых и глинистых пород, не обсаженных колонной, и в 50—80% случаев — при статическом состоянии инструмента. Перечисленные выше причины прихвата инструмента, как правило, являются следствием нарушения технологии проводки скважин, но в ряде случаев обусловлены и геологическими факторами.

Многие исследователи основной причиной прихватов считают прилипание бурильного инструмента к глинистой корке, усиливающееся по мере возрастания перепада давления, прижимающего трубы к стенке скважины [12, 58, 86].

Однако некоторые исследователи причиной прихвата инструмента считают не только прилипание, но и фрикционные сопротивления между колонной труб и фильтрационной коркой. Эти сопротивления возрастают по мере роста перепада между гидростатическим и пластовым давлениями в скважине [12]. По мнению А. А. Шамсиева и Ф. А. Дашдамирова и других [12, 88], в глинистом, практически непроницаемом, разрезе действует уже не перепад давления, а полное гидростатическое давление столба бурового раствора. В этом случае инструмент прилипает к глинистой породе, слагающей стенки скважины.

Подобные разногласия в значительной мере объясняются недостатками применяющихся методов оценки адгезии, а также фрикционных и структурно-механических свойств корок и пород.

В большинстве опытов адгезию и трение измеряли при атмосферных условиях без учета факторов, действующих в скважине: длительности формирования корки, ее контакта с трубами, действующего перепада давления, уплотнения корок и т. д. В ряде случаев адгезию и трение оценивали косвенными или физически недостаточно обоснованными методами. В более поздних работах адгезию и трение измеряли уже в среде бурового раствора с учетом действующего перепада давления. Однако и в этих опытах не учитывали физико-химическую природу фильтрационных корок и исходных буровых растворов, их фильтрационное уплотнение, кинетические факторы и др.

Общим недостатком проводившихся до сих пор измерений адгезии и трения является их неопределенность, обусловленная структурной неоднородностью корок, вследствие чего измеряемые величины относятся к разным слоям корки, существенно отличающимся по механическим свойствам. Таким образом, следует обратить особое внимание на изучение структурно-механических свойств фильтрационных корок. Не меньшее значение имеют адгезионные и фрикционные силы, развивающиеся на поверхности контакта бурильного инструмента с горными породами. Использовать имеющиеся данные, которые позволили бы рассчитывать силы сопротивления, затруднительно, поскольку, как правило, они получены в условиях сухого трения, без учета влияния среды бурового раствора [13, 81 ]. В связи с противоречивыми взглядами на роль адгезии и трения в балансе сил сопротивления движению инструмента в скважине и недостаточной достоверностью имеющегося экспериментального материала в настоящее время трудно составить четкое представление об основных причинах и факторах, обусловливающих возникновение сил сопротивления движению и прихваты бурильного инструмента.

Для выявления этих сил необходимо разработать физически обоснованный метод и прибор для изучения структурно-механических, адгезионных и фрикционных свойств различных слоев фильтрационных корок и пород, а также провести эти измерения с учетом таких факторов, как состав и физико-химическая характеристика буровых растворов, длительность контакта, действующий перепад давления, вид пород, их влажность и др.