книги из ГПНТБ / Танкибаев, М. А. Желобообразования при бурении скважин

МИНИСТЕРСТВО ГЕОЛОГИИ КАЗССР КАЗАХСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ НЕФТЯНОЙ ИНСТИТУТ

АКТЮБИНСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

М. А. ТАНКИБАЕВ

ЖЕЛОБООБРАЗОВАНИЯ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН

ИЗДАТЕЛЬСТВО «КАЗАХСТАН»

А лм а-А та — 1974

л?

В монографии рассматриваются вопросы, связанные с теорией и практикой образования на стенках бурящейся скважины желобообраз­ ных выработок, методы их обнаружения и предотвращения обусловлен­ ных ими последствий.

Книга рассчитана на инженерно-технических работников буровых предприятий и может быть использована работниками научно-исследо­ вательских институтов.

0382-142 Т М401 (07)—74 Зак' 73

(£) Казахский научно-исследовательский геологоразведочный нефтяной институт, 1974.

Г Л А В А 1

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ЖЕЛОБООБРАЗОВАНИЯХ НА СТЕНКАХ БУРЯЩИХСЯ СКВАЖИН И МЕТОДАХ

ИХ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ

Понятие о желобах, образующихся на стенке ствола бурящейся скважины, появилось среди производственников в сороковых годах, а первые публикации в отечественной литературе относятся к 1941 году.

Первое обсуждение вопросов, связанных с образовани­ ем желоба, с привлечением широкого круга специалистов (геологов, геофизиков, буровиков, эксплуатационников) состоялось в декабре 1939 года в г. Грозном на научно-тех­ нической конференции по освоению поднадвигового место­ рождения в Старогрозненском районе, труды которой опубликованы в 1941 году.

Здесь вопросы, связанные с образованием желоба, ос­ вещены в докладах Л. И. Черемина «Проектирование и тех­ ника бурения поднадвиговых скважин» и А. Н. Шаньгина «Крепление поднадвиговых скважин» [65, 68].

Л. И. Черемин считает, что «основным бичом направ­ ленных скважин в настоящее время является образование в стенке скважины продольной выработки, которую приня­ то называть «желобом».

По мере углубления скважины бурильные трубы весом своей нижней части, сильно отклоненной от вертикали, все сильнее прижимаются к стенке скважины в направлении ее искривления.

Под действием этой боковой силы в процессе вращения и спуско-подъемных операций трубы постепенно образуют в стенке скважины продольную выработку (рис. 1).

Анализируя условия, обстоятельства и внешние прояв­ ления признаков образования желоба, автор приводит следующие основные причины, способствующие такому явлению:

—длительное время работы бурильных труб при буре­ нии скважины;

—большое смещение забоя;

—наличие резких перегибов ствола скважины;

4

решли на 141 мм трубы, с замками НПО, которыми работа­ ли до конца бурения. К концу бурения при подъеме стали появляться затяжки инструмента, на освобождение кото­ рых затрачивалось много времени и труда. При осмотре переводника 141X114 мм на его верхней части были обна­ ружены небольшие продольные царапины, в плоскости перпендикулярной лопаткам долота «РХ». После этого

5

ходка. Очевидно, причина в зависании замков нижними краями в желобе против твердых прослоев мергелей и пес­ чаников (скв. 1-977).

При наличии желоба, выработанного замками меньшего диаметра (197 мм), как правило, не удавалось спускать обсадную колонну большего диаметра (219 мм), в то же время трубы диаметром 168 мм и трубы меньших диамет­ ров доходили без каких-либо осложнений.

6

диаметра замка бурильных труб к диаметру муфты обсад­ ных колонн, безопасных для спуска.

1 > К = , ^ > 1 , 5

“ бур

Отношение диаметра замка к диаметру муфты обсад­ ных колонн должно быть равно или меньше 1 и равно или больше 1,5.

Другим критерием безопасного спуска обсадных колонн считается «клиновый угол» «а», составленный касательны­ ми муфт колонны в местах соприкосновения их со стенка­ ми скважины у желоба. Безопасные значения «а» не при­ водятся. Описываются случаи расклинивания в желобе коронки (скв. 1-17), долота «РХ» (скв. 4-111), недохода

обсадных колонн (скв. 4-35).

Отмечается, что не во всех скважинах возможно в про­ цессе бурения заметить наличие желоба. Так, в скважине 6-129 желоб заметили только при спуске 7" обсадной ко­ лонны. После 12-минутной остановки колонна вниз не по­ шла (до забоя оставалось около 200 ж). Циркуляция была нормальной. Подобные случаи наблюдались и в скважинах

12-19, 4-34, 4-35.

В работе рекомендуется установка резиновых колец на той части бурильных труб, которая находится в обсадной колонне с целью предупреждения их протирания.

А. Н. Шаньгин в работе, посвященной в основном осо­ бенностям конструкции скважин на поднадвиговом место­ рождении, говорит-об осложнениях при спуске обсадных колонн, связанных с наличием желоба. В качестве мероприя­ тия по предотвращению заклинивания 219 мм колонны муфтами в желобах предлагается спускать трубы на свар­

желоба в стенках ствола скважины, отмечается, что боль­ шинство осложнений с бурильными трубами и обсадными колоннами происходит в результате образования желобов, и приводятся некоторые мероприятия по борьбе с ними, основными из которых являются: бурение при малых на­ грузках и числе оборотов долота, обусловливающих смеще­

7

ние забоя не более чем на XU глубины скважины, примене­ ние турбинного бурения и безмуфтовых бурильных труб (гладких), бурение части ствола скважины при незначи­ тельной кривизне с плавным искривлением нижней части до необходимого угла со смещением забоя не более чем на

250 м.

Ссылаясь на производственную практику в СССР и ли­ тературные данные за рубежом, Н. И. Шацов писал: «Од­ ной из причин прихвата инструмента является образование желобов в стенках стволов искривленных скважин.

Если скважина отклоняется от вертикали даже на не­ большую величину (2—3°) и при дальнейшем бурении при коротком интервале ствол ее выпрямляется, то этот участок скважины является местом, около которого непрерывно происходит трение бурильных труб.

Когда скважина углубляется ниже этого места настоль­ ко, что бурильные трубы против этого участка приходят в растянутое состояние, т. е. принимают натяжку, то в ре­ зультате трения бурильных труб, в сочетании с циркуляци­ ей глинистого раствора, в стенках скважин вырабатывают­ ся желоба. Во время спуско-подъемных операций замки и муфты труб углубляют эти желоба. Образующиеся желоба, несомненно, являются очагами прихвата инструмента.

В связи с этим необходимо подчеркнуть еще раз огром­ ное значение бурения вертикального ствола скважин. Нельзя ограничиваться оценкой кривизны по величине искривления только у забоя, а надо учитывать характер отклонений на отдельных участках вдоль всего ствола сква­ жины» [62].

Говоря об освобождении бурильных труб, Н. И. Шацов пишет: «Бурильные трубы, застрявшие в желобах, можно извлечь при помощи периодической натяжки и ослабления колонны».

Дальше он продолжает: «...если при подъеме инструмен­ та на определенных участках обнаруживается прихват бу­ рильных труб», то это «...является признаком наличия на данном интервале ствола желобов...». Ссылаясь на мнение ряда специалистов, Н. И. Шацов считает, что «...образова­ ние желобов является основной причиной прихвата в глу­ боких скважинах».

Некоторые данные по вопросам образования желобов на стенках скважины в советской печати были опубликова­ ны в 1951 году И. М. Мурадовым и др. [33].

Рассматривая осложнения в наклонном бурении, авторы

8

писали: «Образование желобов в стенках скважины более интенсивно в наклонном бурении, чем в вертикальном.

Степень интенсивности образования желоба пока не ус­ тановлена...»

Описывая условия работы бурильных труб в роторно­ наклонном бурении, специалисты отмечали, что повышен­ ное давление на нижнюю стенку создает предпосылки для образования в ней желобов и способствует интенсивной сработке замков и труб во время бурения и спуско-подъем­ ных операций.

Дальше, говоря о турбинно-наклонном бурении, в ра­ боте утверждается, что «...благодаря трению труб о ниж­ нюю стенку скважины, при спуско-подъемных операциях и поворачивании, трубы в скважине образуют желоб мень­ шего размера, чем в роторно-наклонном бурении, и в зна­ чительной степени истираются. Это обстоятельство и повы­ шенный износ резьбы замков по сравнению с вертикальным турбинным бурением уменьшает сроки отработки буриль­ ных труб. Если в вертикальном турбинном бурении, по дан­ ным практики и согласно работе П. П. Шумилова, износ труб происходит в 10 раз медленнее, чем в роторном верти­ кальном бурении, то в наклонном турбинном бурении — всего в 5 раз».

В разделе «Аварии в наклонном бурении» авторы отме­ чают, что «ликвидация аварий с колонной бурильных труб сильно затрудняется вследствие того, что голова обрыва прячется в желоб и тем самым затрудняется его накрытие». В этих случаях рекомендуется применять ловильный инст­ румент (метчик, калибр) на кривой трубе без направляю­ щей воронки, которая мешает ловильному инструменту войти в желоб и накрыть оставленный в скважине инстру­ мент.

Далее говорится, что на практике «особое место зани­ мают прихваты и затяжки инструмента, а также заклини­ вание долота вследствие наличия желобов на стенке сква­ жины...», они «...происходят обычно в желобе и часто при смене труб, турбобура, долота и уипстока на другой раз­ мер. Поэтому при такой смене первые два-три долбления инструмент надо поднимать осторожно, аккуратно следя за показаниями индикатора веса».

Аварии, связанные с наличием желобов, «дают себя знать особенно сильно при плохо проведенных наклонных скважинах с резкими и частыми изменениями азимута и уг­ ла искривления». Говоря о трудности ликвидации прихва­

9