Стабильность ствола скважины прихваты

Цель данной презентации
Цель данной презентации вспомнить и систематизировать основные виды аварий и осложнений в скважине, их причины, виды, профилактику и ликвидацию. Передача теоретических знаний.
При подготовке данной презентации частично использовались материалы презентации стабильность ствола скважины производства компании Шлюмберже

Содержание данной презентации
1) Нестабильность ствола скважины.
2) Признаки и зависимости нестабильности ствола скважины на практике, определение, факторы недостаточного ингибирования.
3) Прихваты.

Осложнением в скважине следует понимать затруднение ее углубления, вызванное нарушением состояния буровой скважины. Наиболее распространенные виды осложнений - осложнения, вызывающие нарушения целостности стенок скважины, поглощения бурового раствора, нефте-, газо- или водопроявления.
Авариями в процессе бурения называют поломки и оставление в скважине частей колонн бурильных и обсадных труб, долот, забойных двигателей, потерю подвижности (прихват) колонны труб, спущенной в скважину, падение в скважину посторонних металлических предметов.
Терминология

Часть 1. Нестабильность ствола скважины. Виды, причины, борьба, профилактика.

9/4/2012
Произведенные исследования, а также накопленный опыт бурения в качестве основных позволяют выделить следующие виды нарушений целостности стенок скважины.
Классификация нарушений целостности стенок скважины
(по Ю. В. Вадецкому)
Обвалы (осыпи)
Набухание
Ползучесть
Желобообразование
Растворение
Осложнения, вызывающие нарушение целостности стенок скважины
Виды нарушений целостности стенок скважин

Часть 1.1. Обвалы и осыпи.

Воздействие на горные породы
Проникновение бурового раствора или фильтрата в пласт
механическое воздействие бурильного
инструмента на стенки
скважины
действие
тектонических сил, определяющих
сжатие пород
снижение предела прочности горных пород
набухание, выпучивание горных пород
Обвалы (осыпи)
ПРИЧИНЫ ОБВАЛОВ И ОСЫПЕЙ

Происходят при прохождении:
уплотненных глин
аргиллитов
глинистых сланцев
Причины:
снижение предела прочности горных пород
набухание, выпучивание горных пород
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).
ПРИЧИНЫ ОБВАЛОВ И ОСЫПЕЙ

механическое воздействие бурильного инструмента на стенки скважины
действие тектонических сил, обусловливающих сжатие пород
Недостаточное ингибирование
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.
ПРИЧИНЫ ОБВАЛОВ И ОСЫПЕЙ

Обрушение стенок ствола скважины и интенсивность кавернообразования зависят от:
напряжения в породе
тектонических напряжений
поровых давлений в глинах
угла падения пластов
величины фильтрации
физико-химических свойств фильтрата
плотности раствора
времени нахождения ствола в открытом состоянии

резкое повышение давления в нагнетательной линии буровых насосов
обильный вынос кусков породы
интенсивное кавернообразование
недоход 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.
Характерные признаки обвалов (осыпей):

Увеличение диаметра скважины
Объем и стоимость раствора
Слом или прихват инструмента, удорожание работ
Трудности в проведении каротажных работ и испытание пласта
Зарезка бокового ствола
Центрирование обсадной колонны, Качество цементирования
Эффективность очистки ствола
Геофизические исследования
Механическое бурение и СПО
Шламовая подушка на забое после СПО
Не производительное время на проработку
Избыточное количество шлама на виброситах
Низкая эффективность системы очистки
ПРОБЛЕМЫ ПО ПРИЧИНЕ ОБВАЛОВ И ОСЫПЕЙ

1) бурить в зоне возможных обвалов (осыпей) с промывкой буровым раствором, имеющим минимальную водоотдачу и максимально высокую допустимую плотность
2)Сокращать время нахождения открытого ствола необсаженым
3) поддерживать скорость восходящего потока в затрубном пространстве не менее 1,5 м/с
4) подавать бурильную колонну на забой плавно, без рывков
5) избегать значительных колебаний плотности бурового раствора
6) перед подъемом бурильной колонны, утяжелять раствор, доводя его плотность до необходимой, если в процессе бурения произошло ее снижение
ОСНОВНЫЕ МЕРЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ОБВАЛОВ И ОСЫПЕЙ

Геомеханика на страже стабильности ствола скважины.

Геомеханика на страже стабильности ствола скважины.

Часть 1.2. Набухания стенок ствола скважины.

Происходят при прохождении:
глин
уплотненных глин
в отдельных случаях аргиллитов (при значительном содержании минералов типа монтмориллонита)
Причины:
действие бурового раствора и его фильтрата
Последствия:
В результате действия бурового раствора и его фильтрата глина, уплотненная глина и аргиллиты набухают:
сужая ствол скважины
Это приводит к:
Затяжкам
Посадкам
Недоходам до забоя
прихватам
НАБУХАНИЕ СТЕНОК СТВОЛА СКВАЖИНЫ

Обеспечение достаточного ингибирования интервала
Максимальная скорость проходки интервала
Обеспечение минимального времени нахождения открытокго ствола необсаженным
МЕРЫ ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ НАБУХАНИЯ

Часть 1.3. Ползучесть.

Происходят при прохождении:
глины, песчанистые глины
глинистые сланцы
аргиллитов
ангидрит
соляные породы
Характерные признаки ползучести:
затяжки
посадки бурильной колонны
недоход бурильной колонны до забоя
иногда прихват и смятие бурильной или обсадной колонны.
ПОЛЗУЧЕСТЬ

Недостаточное противодавление на пласт
С проблемой сталкиваемся при прохождении высокопластичных пород, склонных под действием возникающих напряжений деформироваться со временем, т.е. ползти и выпучиваться в ствол скважины. В результате недостаточного противодавления на пласт породы ползут, заполняя ствол скважины. При этом кровля и подошва пласта (горизонта) глины, глинистых сланцев или соляных пород сложены устойчивыми породами, не склонными к ползучести.
ПОЛЗУЧЕСТЬ ПРИЧИНЫ

ПОЛЗУЧЕСТЬ ПРИЧИНЫ
Кровля и подошва пласта (горизонта) глины или аргиллита ползет, выдавливая последние в скважину
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 и давлений

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 50-100 м выше отложений, которые представлены породами, склонными к ползучести (вытеканию)
5) При креплении скважины обсадной колонной в интервале пород, склонных к ползучести, необходимо устанавливать трубы с повышенной толщиной стенки для предотвращения смятия обсадной колонны.
ПРОФИЛАКТИКА ПОЛЗУЧЕСТИ

Часть 1.4. Желобообразование.

9/4/2012
Происходит при прохождении:
любых пород, кроме очень крепких
Основные причины:
большие углы перегиба ствола скважины
большой вес единицы длины бурильной колонны
большая площадь контакта бурильных труб с горной породой
Примечание:
Особенно часто желоба вырабатываются при проводке искривленных и наклонно- направленных скважин.
Характерные признаки:
Посадки
Затяжки
Прихваты
Заклинка компоновок и обсадных труб
также заклинивание бурильных и обсадных труб.
Примечание:
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.
ЖЕЛОБООБРАЗОВАНИЕ

Использовать при бурении скважин такую компоновки бурильной колонны, при которой искривление скважин сводится к минимуму. Недопущение различных азимутальных изменений
Стремится к максимальной проходке на долото, снижение количества СПО в зонах мягких горных пород
Соблюдать всех мероприятия по безаварийному бурению по прохождении зон возможных желобообразований.
Не допускать увеличения пространственной интенсивности по зенитному или азимутальному углу более 2 градусов на 10 м. бурения скважины.
ПРОФИЛАКТИКА И ЛИКВИДАЦИЯ

Часть 1.5. Растворение.

РАСТВОРЕНИЕ
К растворению способны хемогенные горные породы в первую очередь соли.
Особенно актуальна эта проблема на локациях Оренбург и Бузулук на интервале технической колонны, которая сложена сплошным куполом галита.
Во избежании этой проблемы перед начало бурения технички минерализация раствора доводят до 150 000 мг/л галитом и спокойно бурят на соли по соли не боясь растворения стенок ствола скважины.

Часть 2. Признаки нестабильности ствола скважины на практике, определение, факторы недостаточного ингибирования.

Вопрос?
Определение недостаточного ингибирования БР по изменению параметров. Какие действия по исправлению отклонений?

Ответ:
Ответ на данный вопрос сложен и мы должны с Вами перед ответом на него ответить на 4 вопроса:
1)Режимы бурения и их виды.
2)Виды ингибирования БР.
3)Виды нестабильности ствола скважины.
4)Что влияет на стабильность ствола скважины.

Режимы бурения
Режим бурения скважины - это совокупность факторов, влияющих на показатели бурения, задаваемые, поддерживаемые и регулируемые в процессе углубления забоя.
Оптимальным называют режим, установленный с учетом геологического разреза и максимального использования имеющихся технических средств для
получения высоких количественных и качественных показателей при минимальной стоимости 1 м проходки.

Взято из презентации Епихина А.В.

Механизмы ингибирования:
1. Катинный обмен: за счет действия катионов металлов (KCl, Ca(OH)2, CaSO4*2H2O, соли формиатов)
2. Инкапсуляция частиц буримых глин и стенок скважины за счет полимеров (полиакриламид).
3. Инкапсуляция частиц буримых глин и стенок скважины за счет создания водонепроницаемых пленок на основе силикатов (ГКЖ, БСР)
4. Применение гликолей и аминов, амидов, полиалкиленгликоли ПАГ, сульфированный асфальтенов и гильсонитов.
https://mirrico.ru/services-products/products/inhibitor-of-clays-atren-sl/#description
5. РУО.
Ингибирование глин

Что влияет на стабильность ствола скважины?
1) Гидростатическое давление и ЭЦП.
2) Ингибирование.
3) Кольматирование (мел) и микрокольматирование (асфальтены).
4) Режимы бурения.
5) Инклинометрия (углы вскрытия пластов).
6) Фильтрация.
7) Время экспозиции (контакта).
8) Выбор КНБК.

Признаки недостаточного ингибирования.
1)Затяжки и посадки при СПО и наращивании.
2)Обвальный шлам на виброситах (обвалы осыпи) (может быть недостаточная гидростатика).
3)Рост плотности MBT и СНС.
4)Механические прихваты, и предшествующие им затяжки и посадки.
5)Концентрация ионов калия ниже программных значений в буровом растворе.
6)Кашеобразный шлам на виброситах.
7)Скачки давления на насосе во время бурения.
8)Выход обильного шлама после СПО.
9)Показания каверномера.

Часть 3. Прихваты.

Одним из наиболее распространенных и тяжелых видов осложнений, встречаемых в ходе бурения скважин различного типа, является так называемый прихват бурового инструмента, то есть ситуация потери подвижности инструмента, которую невозможно восстановить без проведения специальных мероприятий.
ПРИХВАТЫ

Различают всего 2 вида прихватов Механический и Дифференциальный.
Основные три признака прихвата:
1) Бурильная колонна неподвижна вира-майна.
2) Не может вращаться.
3) Пропускать буровой раствор.
ВИДЫ ПРИХВАТОВ

Последствия:
прекращение ведения буровых работ
невозможность подъема бурильных труб
непроизводительные потери времени и денег
возможный слом бурильного инструмента
оставления в скважине КНБК
зачастую потеря буримого ствола скважины и бурение второго или последующего стволов скважины
иногда потери всей скважины.
Прихват может произойти:
во время бурения
наращивания труб
каротаже
испытании скважины
проработки ствола скважины
или при выполнении других работ, связанных со спуском в скважину съемных частей бурового оборудования
ПРИХВАТЫ

Мех.: Закупоривание твердыми частицами, обрушение стенок ствола скважины – Pack-off bridge
Мех.: Геометрия ствола скважины, заклинка,падение посторонних предметов, желобообразование – Wellbore Geometry
Диф.: Высокий перепад или разница Гидростатического и пластового давления - Differential
Механизмы образования прихватов

Механический прихват образуется вследствие:
Зашламовывания ствола, обрушения стенок скважины
Заклинивания инструмента по геометрическим причинам скважины
Заклинивание инструмента из-за упавшего металла в скважину или из-за оставленного металла в скважине
МЕХАНИЧЕСКИЙ ПРИХВАТ

Механического:
Плохая очистка ствола, особенно в
наклонных скважинах
Набухание и обрушение глинистых пород
Пластичное течение солевых отложений
Образование жѐлоба
Интенсивное искривление ствола наряду с жесткой компоновкой инструмента
Диаметр ствола меньше нормального
Дифференциального
Разница между давлением раствора в скважине и пластовым давлением в проницаемых отложениях
ПРИЧИНЫ ПРИХВАТОВ

ОТЛИЧИЕ ДИФФЕРЕНЧИАЛЬНОГО ПРИХВАТА ОТ МЕХАНИЧЕСКОГО

Причины:
Слишком высокая скорость бурения
Неадекватная технология промывки
Неадекватная реология раствора
Меры предотвращения:
Снизить скорость бурения
Обеспечить адекватность очистки ствола
1.ПРИХВАТ ВСЛЕДСТВИИ ПЛОХОЙ ОЧИСТКИ СТВОЛА СКВАЖИНЫ

До прихвата имелись признаки некачественной очистки ствола от шлама
Прихват произошел при подъеме инструмента
Движение инструмента вниз ограничено
Вращение инструмента ограничено или невозможно
Циркуляция раствора ограничена или невозможна
ПРИЗНАКИ ПРИХВАТА ПРИ ЗАШЛАМОВАННОСТИ ИЛИ ОБРУШЕНИИ СТВОЛА СКВАЖИНЫ

Причины:
Набухание активных (водочувствительных) глин
Индикаторы бурения в активных глинах:
Увеличение условной вязкости, ДНС, СНС, MBT, плотности раствора
Увеличение крутящего момента и трения
Рост давления на стояке
2.ПРИХВАТ В АКТИВНЫХ ГЛИНАХ

3.ПРИХВАТ В НАПРЯЖЕННЫХ И ТРЕЩИНОВАТЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ

Индикаторы осыпей:
Увеличение крутящего момента и трения
Неадекватно большое
количество шлама на ситах
4.ПРИХВАТ ПРИ БУРЕНИИ ПЕСЧАНЫХ ОТЛОЖЕНИ

5.ПРИХВАТ ВСЛЕЖСТВИИ ПАДЕНИЯ ЦЕМЕНТА ИЛИ ИНСТРУМЕНТА.

6.ПРИХВАТ ИЗ-ЗА ЖЕЛОБООБРАХОВАНИЯ ИЛИ В СУЖАЮЩЕМСЯ СТВОЛЕ.

7.ПРИХВАТ ИЗ-ЗА ЖЕСТКОЙ КОМПОНОВКИ.

8.ПРИХВАТ ИЛИ ТЕЧЕНИЯ СОЛЕЙ

До прихвата признаки некачественной очистки ствола от шлама отсутствовали
Прихват произошел во время движения инструмента вверх или вниз
Возможно движение инструмента вниз
Возможно вращение инструмента
Свободная циркуляция раствора
ПРИЗНАКИ ПРИХВАТА ПО ГЕОМЕТРИЧЕСКИМ ПРИЧИНАМ

Два необходимых условия, при которых возможен дифференциальный прихват:
Гидростатическое давление бурового раствора должно превышать пластовое давление (более 10% или 5%).
Наличие пористых проницаемых отложений
Название Дифференциальный прихват происходит от английского слова «difference» «разница», разница между гидростатическим и пластовым давлением.
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ПРИХВАТ

А при чем тут армреслинг?
P пластовое
P гидростатическое
Дифференциальный прихват

Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности.

387. Проектные решения по выбору плотности бурового раствора должны предусматривать создание столбом раствора гидростатического давления на забой скважины и вскрытие продуктивного горизонта, превышающего проектные пластовые давления на величину не менее:
10% для скважин глубиной по вертикали до 1200 м (интервалов от 0 до 1200 м);
5% для интервалов от 1200 м по вертикали до проектной глубины.
ПБНГП

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ПРИХВАТ
Условия происхождения идеального прихвата:
Высокопроницаемый пласт против места прихвата.
2) Завышенная плотность.
3) Высокое MBT
4) Высокая водоотдача.
5) Инструмент лежит.
6) Инструмент без движения.
7) Ствол зашламован.

Усилие = разность давлений × площадь контакта × коэффициент трения
Коэффициент трения = 0,2 ÷ 0,35 (РВО); 0,1 ÷ 0,2 (РУО)
МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ ДИЕРЕНЦИАЛЬНОГО ПРИХВАТА.

Прихват произошел после того, как бурильная колонна оставалась достаточно долго неподвижной
Невозможно вращать или расхаживать бурильную колонну
Циркуляция бурового раствора в скважине свободная
ПРИЗНАКИ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ПРИХВАТА

Минимально возможная плотность раствора
Использование УБТ со спиральным/квадратным сечением
Снижение водоотдачи раствора
Уменьшение толщины фильтрационной корки
Ограничение времени неподвижности бурильной колонны
Ввод в раствор смазки и инертных наполнителей
Использование в компоновке яса
ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ДИФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ПРИХВАТОВ

ЛИКВИДАЦИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ПРИХВАТА ПО ИНТЕНСИВНОСТИ
ЯСС ПРУЖИНА И НАТЯЖКА.
КОМПОЗИТНЫЕ ВАННЫ (ВОДА ИЛИ НЕФТЬ) СНИЖЕНИЕ ГИДРОСТАТИКИ ДЛЯ ВЫРАВНИВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗГЛИИНЗИРУЮЩИХ РЕАГЕНТОВ.
ОТСТРЕЛ ИНТСРУМЕНТА.

ПРИМЕНЕНИЕ
Для ликвидации прихватов бурильных труб. Рекомендуемая концентрация в жидкости противоприхватных ванн составляет от 8 до 10%.
ОСОБЕННОСТИ
За счет комплекса ПАВ Atren-Antistick™ разрыхлят глинистую фильтрационную корку в месте прихвата, облегчая высвобождение инструмента;
Фасуется в новые герметичные стальные или полипропиленовые бочки вместимостью 100 и 200 л. Поставляется авто и ж/д транспортом.
ATREN ANTISTICK ПРОТИВОПРИХВАТНАЯ ДОБАВКА