Общие положения. 
Осложнения в процессе бурения скважин

Под осложнением в процессе бурения следует понимать затруднение ее углубления, вызванное нарушением состояния буровой скважины. Наиболее распространенные виды осложнений: нарушения целостности стенок скважины, поглощения бурового раствора, нефте-, газоили водопроявления.

В связи с расширением географии работ по освоению нефтегазовых месторождений получили распространения осложнения, связанные с сероводородной агрессией и бурением скважин в условиях многолетнемерзлых пород.

Осложнения, вызывающие нарушение целостности стенок скважины

Проведенные исследования, а также накопленный опыт бурения позволяют выделить основные виды нарушений целостности стенок скважины. На рис. 7.1 приведена классификация видов нарушений, целостности стенок скважины.

рис. 7.1. Классификация нарушений целостности стенок скважины (по Ю.В. Вадецкому)

скважина буровой нефтяной осложнение Обвалы (осыпи) происходят при прохождении уплотненных глин, аргиллитов или глинистых сланцев. В результате увлажнения буровым раствором или его фильтратом снижается предел прочности уплотненной глины, аргиллита или глинистого сланца, что ведет к их обрушению (осыпям). Обвалам (осыпям) может, способствовать набухание. Проникновение свободной воды, которая содержится в больших количествах в растворах, в пласты, сложенные уплотненными глинами, аргиллитами или глинистыми сланцами, приводит, к их набуханию, выпучиванию в ствол скважины и в конечном счете к обрушению (осыпанию).

Небольшие осыпи могут происходить из-за механического воздействия бурильного инструмента на стенки скважины. Обвалы (осыпи) могут произойти также в результате действия тектонических сил, обусловливающих сжатие пород. Горное давление при этом значительно превышает давление со стороны столба бурового раствора. Характерные признаки обвалов (осыпей) резкое повышение давления в нагнетательной линии буровых насосов, обильный вынос кусков породы, интенсивное кавернообразование и недохождение бурильной колонны до забоя без промывки и проработки, затяжки и прихват бурильной колонны; иногда — выделение газа.

Интенсивное кавернообразование существенно затрудняет вынос выбуренной породы на дневную поверхность, так как уменьшается скорость восходящего потока и его подъемная сила, возрастает аварийность с бурильными трубами, особенно при роторном бурении. Из-за опасности поломки бурильных труб приходится уменьшать нагрузку на долото, а это ведет к снижению механической скорости бурения.

Основные меры предупреждения и ликвидации обвалов (осыпей) следующие:

• 1) бурить в зоне возможных обвалов (осыпей) с промывкой буровым раствором, имеющим минимальную водоотдачу и максимально высокую плотность;
• 2) правильная организация работ, обеспечивающая высокие скорости проходки;
• 3) бурить скважины по возможности меньшего диаметра;
• 4) бурить от башмака (нижней части) предыдущей колонны до башмака последующей колонны долотами одного размера;
• 5) поддерживать скорость восходящего потока в затрубном пространстве? 1,5 м/с;
• 6) подавать бурильную колонну на забой плавно, без рывков;
• 7) избегать значительных колебаний плотности бурового раствора;
• 8) перед подъемом бурильной колонны, утяжелить раствор, если в процессе бурения произошло ее снижение и довести плотность, до необходимой;
• 9) не допускать длительного пребывания бурильной колонны без движения;
• 10) при ликвидации зон обваливания проводится их перекрытие:
  • -установкой цементных мостов;
  • — спуском обсадных или профильных труб;

Набухание происходит при прохождении глин, уплотненных глин, в отдельных случаях аргиллитов (при значительном содержании минералов типа монтмориллонита). В результате действия бурового раствора и его фильтрата глина, уплотненная глина и аргиллиты набухают, сужая ствол скважины. Это приводит к затяжкам, посадкам, недохождениям до забоя, прихватам бурильного инструмента.

Основные меры предупреждения и ликвидации набухания следующие:

• 1) бурение в зоне возможных сужений с промывкой утяжеленными буровыми растворами, ингибированными растворами, в фильтрате которых содержатся химические вещества, способствующие увеличению предельного напряжения сдвига, а также степени и давления набухания;
• 2) правильная организация работ, обеспечивающая высокие механические скорости проходки;
• 3) после приготовления глинистого раствора, который отвечает требованиям, указанным в пункте 1), следует заполнить им скважину и выждать некоторое время, необходимое для протекания физико-химических процессов. Это нужно делать потому, что процесс бурения связан с резкими колебаниями давления при спуско-подъемных операциях;
• 4) выполнение рекомендаций 4), 5), 6), 7), 8), 9), перечисленных выше, как мер предупреждения и ликвидации обвалов (осыпей).

Ползучесть происходит при прохождении высокопластичных пород (глины, глинистые сланцы, песчанистые глины, аргиллиты, ангидрит или соляные породы), склонных под действием возникающих напряжений деформироваться со временем, т. е. ползти и выпучиваться в ствол скважины. В результате недостаточного противодавления на пласт глина, песчаные глины, ангидриты, глинистые сланцы или соляные отложения «ползут», заполняя ствол скважины. При этом кровля и подошва пласта (горизонта) глины, глинистых сланцев или соляных пород сложены устойчивыми породами, не склонными к ползучести.

Осложнение может происходить и вследствие того, что кровля и подошва пласта (горизонта) глины или аргиллита ползет, выдавливая последние в скважину. При этом кровля и подошва пласта (горизонта) глины, глинистых сланцев или аргиллита сложены породами (например соляными), склонными к ползучести. Явление ползучести особенно проявляется с ростом глубины бурения и увеличения температуры пород. Характерные признаки ползучести-затяжки, посадки бурильной колонны, недохождение бурильной колонны до забоя; иногда прихват и смятие бурильной или обсадной колонны.

Основные меры предупреждения и ликвидации ползучести следующие:

• 1) разбуривание отложений, представленных породами, которые склонны к ползучести, с промывкой утяжеленными буровыми растворами;
• 2) правильная организация работ, обеспечивающая высокие механические скорости проходки;
• 3) использование при бурении вертикальных скважин такой компоновки бурильной колонны, при которой искривление скважин сводится к нулю;
• 4) подъем цементного раствора в затрубном пространстве при цементировании обсадных колонны проводить на 50−100м выше отложений, которые представлены породами, склонными к ползучести (вытеканию).

При креплении скважины обсадной колонной в интервале пород, склонных к ползучести, необходимо устанавливать трубы с повышенной толщиной стенки для предотвращения смятия обсадной колонны.

Желобообразование может происходить при прохождении любых пород, кроме очень крепких. Основные причины желобообразования — большие углы перегиба ствола скважины, большой вес единицы длины бурильной колонны, большая площадь контакта бурильных труб с горной породой. Особенно часто желоба вырабатываются при проводке искривленных и наклонно-направленных скважин. Характерные признаки образования в скважине желоба-проработки, посадки, затяжки, прихваты, а также заклинивание бурильных и обсадных труб. Опыт бурения показал, что желобообразование происходит не сразу, а постепенно с ростом числа рейсов бурильного инструмента. В условиях желобообразования опасность заклинивания возрастает, если диаметр бурильных труб превышает ширину желоба в 1,14−1,2 раза.

Основными мерами предупреждения и ликвидации желобообразования считаются следующие:

• 1) использование при бурении вертикальных скважин такой компоновки бурильной колонны, при которой искривление скважин сводится к минимуму. Недопущение различных азимутальных изменений;
• 2) стремление к максимальной проходке на долото;
• 3) применение предохранительных резиновых колец;
• 4) при прохождении уплотненных глин, аргиллитов, глинистых сланцев в целях предупреждения желобообразования, которое может предшествовать обвалам (осыпям), соблюдение всех рекомендаций, перечисленных как меры предупреждения обвалов (осыпей);
• 5) при бурении наклонно-направленных скважин для предупреждения заклинивания труб в желобах, соблюдение отношений наружного диаметра спускаемых труб к диаметру желоба не менее 1,35−1,4;
• 6) колонну бурильных труб следует поднимать на пониженной скорости, чтобы не допустить сильного заклинивания;
• 7) при заклинивании трубы надо сбивать вниз.

Желоба ликвидируют проработками ствола скважины в интервалах их расположения. Одной из распространенных мер ликвидации образовавшихся желобов считается взрыв шнуровых торпед (ТДШ).

Растворение происходит при прохождении соляных пород. Соляные породы, слагающие стенки скважины, растворяются под действием потока жидкости. Характерный признак растворения соляных пород — интенсивное кавернообразование, а в особо тяжелых случаях — потеря ствола скважины.

Устойчивость (по отношению к растворению) стенок скважины, сложенных однородными соляными породами, независимо от скорости восходящего потока может быть достигнута лишь при условии полного насыщения промывочной жидкости солью (соль, содержащаяся в растворе, должна быть такой же, как соль, из которой сложены стенки скважины). При небольшой мощности неоднородных солей основной мерой предупреждения их растворения считается максимальное форсирование режима бурения с последующим спуском колонны и ее цементирование. При большой мощности неоднородных солей наиболее Надежное средство предотвращения их интенсивного растворения бурение с применением безводных буровых растворов. Хорошие результаты дает использование солестойких буровых растворов и растворов, приготовленных из палыгорскита.

Использование многократной кавернометрии для оценки устойчивости горных пород. Во второй половине пятидесятых годов автор предложил использовать многократную кавернометрию для оценки устойчивости горных пород при бурении скважин на Ромашкинском нефтяном месторождении. С тех пор этот способ нашел широкое применение в практике бурения скважин на нефть и газ. Многократная кавернометрия позволяет судить о состоянии ствола скважины в процессе бурения, определять эффективность применяемых методов для предотвращения осложнений, разрабатывать мероприятия по предотвращению осложнений, связанных с нарушениями целостности стенок скважин.

Рассмотрим пример использования многократной кавернометрии. При бурении скважин на Ромашкинском нефтяном месторождении уфимская свита, залегающая на глубине 210−280 м, характеризуется частым чередованием прослоев аргиллитов с песчаниками. Для изучения характера обрушения уфимских аргиллитов было проведено многократное кавернометрирование на трех скв. 4807, 4761, 4790 Зелиногорской площади и на скв. 3118, 3143 Миннибаевской площади. На рис. 7.2 даны кавернограммы по скв. 4807. Анализ измерения параметров каверн во времени показал, что большинство каверн развивается или очень незначительно, или совсем не развивается. Такой характер образования каверн в уфимской свите позволил сделать вывод о возможности в некоторых случаях бурить скважины без крепления зон обвалообразования. В результате этого при бурении скважин на Ромашкинском нефтяном месторождении появилась возможность уменьшить длину кондуктора на 80−100 м.

Рис. 7.2. Кавернограммы уфимской свиты по скв. 4807 Ромашкинского нефтяного месторождения: а, б, в, г, д — соответственно через 4, 127, 181, 214, 454 ч после вскрытия