- процесс бурения ( механическое бурение),
- спуско-подъемные операции ( СПО),
- проработка и промывка ствола скважины.
Наиболее тяжелые из них связаны с прихватом бурильной или с заклиниванием породоразрушающего инструмента.
Эти осложнения могут привести к возникновению аварийных ситуаций в скважине, для ликвидации которых часто приходится прикладывать к бурильной колонне значительные по величине дополнительные осевые и крутящиеся нагрузки.
Рассмотрим процесс проводки скважины более подробно.
В процессе проводки скважины возможны различные осложнения.
Бывают случаи, когда дальнейшее углубление скважины без предварительного крепления ее стенок и разобщения пластов становится невозможным.
В процессе проводки скважины буровой раствор, закачиваемый через бурильную колонну, нагревается по мере приближения к забою, однако его температура остается ниже температуры окружающей среды.
Проходя через кольцевое пространство, раствор может продолжать нагреваться, принимая тепло от массива пород и отдавая часть полученного тепла нисходящему потоку.
Затем соотношение этих 2х потоков тепла меняет знак, и по достижении максимальной температуры восходящий поток начинает охлаждаться.
С подъемом, после того как температура восходящего раствора сравняется с температурой окружающих пород, он отдает тепло как раствору в бурильных трубах, так и окружающим породам.
В процессе проводки скважин при вскрытии и бурении глинистых отложений с целью их ингибирования и предотвращения диспергирования выбуренной породы возможно и целесообразно использование буровых растворов содержащих низкомолекулярпые водорастворимые неэлектролиты.
В процессе проводки скважин возникают различного рода аварийные ситуации, связанные как с осложнением ствола скважины, так и с отказами бурильного инструмента: долот, забойных двигателей, элементов бурильной колонны.
Как показывает анализ данных по аварийности в последние годы, количество аварий, связанных с отказом элементов бурильной колонны, составляет 19 - 22 % от общего числа аварий, а затраты времени на их ликвидацию - 20 - 30 % от общего баланса времени на ликвидацию аварий.
В процессе проводки скважины возможны осложнения ( обвалы, поглощения бурового раствора, нефте -, газо - и водопроявления, прихваты бурильного инструмента), которые зависят не только от характеристики геологического разреза скважины, но и от технологии бурения.
В процессе проводки скважины на А-образной вышке на приемном мосту и стеллажах выполняется большой объем погрузочно-разгрузочных работ.
К числу таких работ относятся:
- разгрузка бурового инструмента с транспортных средств,
- перемещение грузов по стеллажам,
- затаскивание труб и другого инструмента с мостков на рабочую площадку буровой,
- выбрасывание их из буровой на приемный мост,
- другие работы, механизация которых требует создания специальных устройств, приспособлений и механизмов.
В процессе проводки скважины целесообразно на меньших глубинах бурения изменять передаточное число лебедки с тем, чтобы лучше использовать возможности полуавтомата.
В процессе проводки скважин применяют компоновки бурильного инструмента, отдельные части которых имеют различные поперечные размеры.
Указанное обстоятельство в случае контакта инструмента со стенками скважин обусловливает характер изменения возникающих между ними сил трения.
В процессе проводки скважин при гидравлической постановки фильтрации, при наличии глинистой корки на проницаемых поверхностях вскрытых отложений фильтрат глинистого раствора непрерывно проникает в пласт.
Наличие фильтрации приводит к изменению давления в приствольной части.
В процессе проводки скважин при использовании в качестве промывочной - вязкопластичной жидкости возможны качественные изменения, обусловленные происходящими в ней физико-химическими процессами.
Эти процессы, в свою очередь, определяются качественными и количественными соотношениями компонентов дисперсной фазы и дисперсионной среды.
В процессе проводки скважины в случае прихватов бурильных колонн и осложнений при спуске обсадных колонн на ствол вертлюга могут действовать пиковые нагрузки, намного превосходящие вес колонны.
Эти нагрузки следует рассматривать как статические.
В процессе проводки скважины подъемная система выполняет различные операции:
- служит для проведения СПО с целью замены изношенного долота,
- спуска, подъема и удержания на весу бурильных колонн при отборе керна,
- ловильных или других работах в скважине,
- спуска обсадных труб.
В процессе проводки скважины возможны разного рода осложнения, в частности обвалы пород, поглощения промывочной жидкости, нефте -, газо - и водопроявления, прихваты бурильного инструмента, аварии, искривление скважин.
В процессе проводки скважин предусматривается и реализуется комплекс мер по предотвращению выбросов, открытого фонтанирования, грифонообразования, обвалов стенок скважин, поглощений промывочной жидкости и других осложнений:
- нефтяные, газовые и водоносные интервалы в скважинах изолируются друг от друга,
- обеспечивается герметичность колонн,
- крепление ствола скважины кондуктором, промежуточными эксплуатационными колоннами с высоким качеством их цементирования.
В процессе проводки скважин при вскрытии и бурении глинистых отложений с целью их ингибирования и предотвращения диспергирования выбуренной породы возможно и целесообразно использование буровых растворов содержащих низкомолекуляриые водорастворимые неэлектролиты.
В процессе проводки скважины наибольший интерес представляет боковое давление, так как его величиной определяется напряженное состояние стенок скважины, однако подсчитать боковое давление трудно.
В процессе проводки скважины спускоподъемный комплекс выполняет следующие функции:
- спуск и подъем ( СПО) бурильных колонн для смены изношенного долота, когда нагрузка на систему не превышает веса колонны в воздухе
- дополнительные технологические и аварийные работы, когда нагрузки на систему превышают вес бурильной колонны в воздухе.
В процессе проводки скважины необходимая мощность, частота вращения и крутящие моменты изменяются на всех исполнительных механизмах в широких пределах.
Потребляемая мощность и энергия зависят от:
- глубины и диаметра скважины,
- способа бурения,
- типа буровой установки,
- режима работы,
- климатических условий и др.
- уменьшения скорости механического бурения,
- увеличения гидравлического сопротивления прокачиванию жидкости,
- увеличения веса бурильной колонны,
- увеличения объема спускоподъемных операций.
В процессе проводки скважин на нефть и газ вскрываются высоконапорные коллекторы с пластовым давлением 80 - 90 МПа, насыщенные газом, нефтью, водой.
Сложные условия бурения и аномально высокие пластовые давления (АПД) вызывают необходимость выполнения определенных правил по монтажу противовыбросового оборудования, обеспечивающих надлежащую прочность и герметичность устья бурящихся скважин.
В процессе проводки скважины такой кондуктор из-за изменчивости гидродинамических условий, к примеру на море может находиться в 2 состояниях:
- в период непосредственно бурения;
- в период ожидания прекращения шторма.
2й период характерен для волнения свыше 3 баллов, ПБУ подвержена сильной качке, поэтому ее отводят на 15 - 20 м от кондуктора во избежание его поломки.
В обоих случаях нижний конец кондуктора защемлен в грунте морского дна.
В процессе проводки скважин нередко встречаются поглощающие пласты с различной интенсивностью поглощения, на борьбу с которыми затрачиваются значительные силы и средства.
Часто применяемые методы борьбы с поглощениями не приводят к желаемому результату.
Это объясняется тем, что на поглощающую способность пластов влияет большое число переменных факторов, которые носят случайный характер.
Известные гидродинамические методы исследования скважин довольно трудоемки, а иногда и не дают положительного результата, поэтому их целесообразно применять лишь в ограниченном числе скважин.
В процессе проводки скважин необходимо осуществлять меры для предотвращения открытого фонтанирования, грифо-нообразований, обвалов ствола скважины.
Следует изолировать друг от друга нефтяные, газовые и водоносные интервалы в скважинах, обеспечивать герметичность колонн и высокое качество их цементирования.
В процессе проводки скважин глинистые породы, склонные к обвалам, разрушаются обычно не сразу при их вскрытии, а через некоторое время.
Процесс осыпания кыновских аргиллитов носит периодический характер.
При этом продолжительность стадии осыпания и периодов стабилизации зависит от физико-химических свойств промывочной жидкости и скорости ее движения в затрубном пространстве.
Из этих данных, а также из данных о набухании кыповских глин очевидно, что период начального осыпания, как и период стабилизации, после которого идет осыпание 2й стадии, по продолжительности близок к периоду набухания этих глин.
В большинстве случаев обвалы происходят через длительный период после вскрытия глинистых пород с применением глинистого раствора и меньший - с применением воды в качестве промывочной жидкости.
В процессе проводки скважины с глубины 3103 до 3207 м было поглощено более 1200 м3 промывочной жидкости плотностью 1 26 - 1 28 г / см3, вязкостью 27 - 48 с, водоотдачей 8 - 12 см3 / 30 мин.
По данным геофизических материалов, интервал 3056 6- 3225 м представлен известняками, часто доломитизированными или с пропластками доломита и ангидрита.
Пласт в интервале 3056 - 3070 6 м представлен более пористым известняком, но неоднородным; интервал 3070 6 - 3098 6 м - более кавернозным известняком; интервал 3098 6 - 3141 м представлен известняками различной кавернозности с пропластками ангидритов, доломитов.
Но гамма-каротаже этот интервал отмечается как пористый.
Коллекторские свойства пород данной площади, слагающих поглощающие горизонты, обусловлены наличием каверн и трещин и в меньшей степени - пористых и стилометизированных разностей пород.
Основной тип каверн - трещинокавернозный, при этом каверны и трещины распределены по породе неравномерно.
Поглощающие горизонты представлены чередованием плотных и проницаемых разностей известняков.
В процессе проводки скважины глубиной свыше 3 тыс метров срабатывалось 230 - 270 долет, производилось около 20 тыс свинчиваний и подъемов свечей ( парных бурильных труб), на что затрачивалось до 30 % общего баланса времени на бурение скважин.
Бурильная колонна в процессе проводки скважины обеспечивает подвод энергии к долоту, подачу промывочной жидкости к забою скважины, осевое давление на долото частью своего веса, воспринимает реактивный момент забойного двигателя.
В Азербайджане в процессе проводки скважин на площадях с осложненными условиями при применении промывочных жидкостей большого удельного веса с высокими структурно-механическими свойствами наблюдаются случаи поглощения, которые в ряде случаев объясняются гидравлическим разрывом пластов.
При возникновении поглощения в процессе проводки скважин в зависимости от его интенсивности осуществляют в основном: переход на промывку специальными буровыми растворами; изоляцию зон поглощения твердеющими смесями, намыв инертных наполнителей и комбинации этих мер.
Основными видами осложнений в процессе проводки скважин являются поглощения бурового раствора, обвалы стенок скважин, нефтегазопроявления.
В отложениях палеоцена отмечены случаи прихватов и затяжек бурового инструмента.
Учитывая, что в процессе проводки скважин в различных геологических разрезах на промывочную жидкость действуют разнообразные факторы, в каждом конкретном случае перед известкованием рецептура должна быть уточнена непосредственно на буровой путем постановки опытов с пробами циркулирующего раствора.
Существуют системы, которые позволяют вести непрерывный контроль и регистрацию основных технологических режимных параметров и путем выбора наиболее оптимальных режимов бурения управлять проводкой нефтяных и газовых скважин.
Решение ряда технологических задач в процессе проводки скважины связано с точным определением местоположения бурильной колонны в скважине, а следовательно, с расчетом величины ее упругого удлинения.
Для создания осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент и забойный двигатель в нижней части бурильной колонны, скомпонованной ЛБТ, помещают стальные бурильные трубы, весовые и упругие характеристики которых значительно отличаются от ЛБТ.
Бурильная колонна может быть скомпонована секциями бурильных труб из различных материалов с различными весовыми и геометрическими параметрами.
В стволе скважины на бурильную колонну действует температурный перепад.
С ростом температуры снижается модуль продольной упругости и увеличивается коэффициент термического расширения материала труб.
Определение упругого удлинения таких комбинированных бурильных колонн требует полного учета действия описанных выше факторов.
График работы и нагрева тормоза при спуске колонны.
При спуске бурильной колонны в процессе проводки скважин выделяется значительное количество энергии, которая должна поглощаться тормозной системой буровой лебедки.
При торможении эта энергия превращается в теплоту, которая вызывает сильный нагрев тормозных колодок и шкивов и приводит к их быстрому изнашиванию.
Одновременно с повышением температуры тормозных шкивов и колодок уменьшается коэффициент трения, что заставляет бурильщика увеличивать усилие на тормозном рычаге и тем самым повышать нагрузку на колодки - что ускоряет их износ.
В первой фазе - в процессе проводки скважины - радиальные давления на ее стенках определяются давлением столба бурового раствора.
Спущенная в скважину колонна испытывает одинаковые наружное и внутреннее давления, также определяемые столбом бурового раствора.
В процессе цементирования происходит перераспределение давлений, причем к концу его для зацементированной зоны наружное давление определяется составным столбом цементного и бурового растворов, а внутреннее - давлением столба бурового раствора, сложенным с давлением у устья.
Твердение цементного раствора практически происходит без объемных изменений, поэтому к концу следующей фазы ( твердение цемента) распределение наружных и внутренних давлений остается таким же, каким оно было к концу цементирования, с той лишь разницей, что в зацементированной зоне наружное давление осуществляется не жидким столбом цементного раствора, а затвердевшей цементной оболочкой.
Поэтому критерием при разработке оптимизированного проекта процесса проводки скважины на этапе сборки и спуска обсадной колонны является частный критерий, который заключается в научно обоснованном выборе элементов оснастки, технологии и режимов спуска.
Эти элементы обеспечивают доставку обсадной колонны в заданный интервал ствола скважины без осложнений, удовлетворительную подготовку обсадной колонны и затрубного пространства к цементированию при выполнении технико-технологических требований и инструктивных указаний по продолжительности проведения отдельных операций.
Полная электрификация основных и вспомогательных операций процесса проводки скважин на базе мощных регулируемых цифровых электроприводов создает предпосылки для применения а буровых установках компьютеров.
Цементирование эксплуатационной колонны является одним из важнейших завершающих процессов проводки скважин.
Для цементирования необходимо:
- определить высоту подъема цементного раствора за колонной;
- выбрать способ цементирования;
- выбрать тампонирующий материал;
- рассчитать количество цементносмесительных, цементировочных и других машин;
- четко организовать проведение цементирования.
Каким способом проверяется исправность противозатаскивателя в процессе проводки скважины.
Поведение сжатого участка бурильных труб в процессе проводки скважин определяется закономерностями снижения реактивного момента забойного двигателя по длине бурильной колонны.
Нагрузки, действующие на вышку в процессе проводки скважины.
2 типичные аварийные ситуации, свойственные процессу проводки скважины:
- связана с прихватом бурильной колонны или заклиниванием породоразрушающего инструмента в процессе механического бурения или проработки ствола скважины;
- аварийные работы, проводящиеся с целью ликвидации прихвата или заклинивания.
На рабочей площадке основания вблизи ротора в процессе проводки скважин многие работы выполняют с помощью вспомогательной и тартальной лебедок, тросы от которых перекидывают через вспомогательные блоки, укрепленные на крон-блоке.
В связи с тем, что в процессе проводки скважин применяют неодинаковые по качеству растворы с различной поверхностной активностью, то и возможные изменения качества поверхности частиц будут обусловлены свойствами применяющихся растворов.
