Прихватом называют непредвиденное осложнение в процессе бурения скважины, при котором обсадная или бурильная колонна теряет подвижность. Это нарушение невозможно устранить стандартными усилиями, не превышающими допустимые нагрузки на колонну. Такие нагрузки рассчитываются исходя из свойств материала труб, чтобы избежать превышения их предела текучести.
Прихваты обсадных колонн являются одними из наиболее частых и тяжелых аварий в бурении, особенно при разработке глубоких скважин. Около 50−60% аварий на таких глубинах связаны именно с этим типом осложнений. Увеличение глубины бурения и сложных пластовых условий — таких как высокие гидростатические и пластовые давления — значительно повышают риск возникновения прихватов.
Для предупреждения этого осложнения активно разрабатываются и применяются смазочные добавки, вводимые в буровые растворы. Эти составы снижают трение между стенками скважины и колонной, что позволяет сократить время и затраты на устранение прихватов.
Каждый случай прихвата требует анализа причин его возникновения. Для этого изучаются такие факторы, как состояние ствола скважины (зоны осыпей, обвалов, сужений, уступов), взаимодействие с пластами (поглощающими раствор или выделяющими флюиды), состояние бурильной колонны, эффективность технологии промывки и наличие смазочных компонентов в буровом растворе.
Прихваты обсадных колонн — это не только сложная техническая задача, но и один из ключевых вызовов, влияющих на безопасность и экономическую эффективность бурения.
Прихваты обсадных колонн являются одними из наиболее частых и тяжелых аварий в бурении, особенно при разработке глубоких скважин. Около 50−60% аварий на таких глубинах связаны именно с этим типом осложнений. Увеличение глубины бурения и сложных пластовых условий — таких как высокие гидростатические и пластовые давления — значительно повышают риск возникновения прихватов.
Для предупреждения этого осложнения активно разрабатываются и применяются смазочные добавки, вводимые в буровые растворы. Эти составы снижают трение между стенками скважины и колонной, что позволяет сократить время и затраты на устранение прихватов.
Каждый случай прихвата требует анализа причин его возникновения. Для этого изучаются такие факторы, как состояние ствола скважины (зоны осыпей, обвалов, сужений, уступов), взаимодействие с пластами (поглощающими раствор или выделяющими флюиды), состояние бурильной колонны, эффективность технологии промывки и наличие смазочных компонентов в буровом растворе.
Прихваты обсадных колонн — это не только сложная техническая задача, но и один из ключевых вызовов, влияющих на безопасность и экономическую эффективность бурения.
Прихваты обсадных колонн: разновидности
Аварии, связанные с обсадными колоннами, занимают значительное место в практике бурения. Среди них особое внимание привлекают прихваты, которые требуют больших временных и материальных затрат для их ликвидации.
Особенно часто такие ситуации возникают на разведочных площадях и месторождениях с породами, склонными к набуханию, обвалам и сужению ствола. Бурение на новых площадях часто сопровождается недостатком информации о горно-геологических условиях, что приводит к созданию нерциональных конструкций скважин. Использование буровых растворов с неподходящими параметрами также способствует набуханию и обвалам пород во время углубления скважин.
Основные факторы, способствующие прихватам обсадных колонн, имеют организационно-технический характер:
По механизму возникновения прихваты обсадных колонн имеют схожесть с прихватами бурильных колонн.
1. Прилипание к стенке скважины под действием перепада давлений
Этот вид прихватов, также известный как дифференциальный, возникает из-за давления бурового раствора, которое прижимает колонну к стенке скважины.
Условия возникновения:
Признаки:
Дифференциальные прихваты чаще всего фиксируются на промыслах Западной Сибири, где породы обладают высокой проницаемостью и склонностью к образованию корки.
2. Заклинивание низа колонны
Заклинивание связано с резким ограничением движений инструмента, возникающим в результате взаимодействия колонны с препятствиями в скважине.
Условия возникновения:
Признаки:
Заклинивание инструмента может также происходить из-за ошибок в работе буровой вахты, таких как падение инструментов (ключей, клиньев, сухарей) в затрубное пространство.
3. Прихват бурильной колонны обвалившимися неустойчивыми породами
Этот тип прихвата возникает в результате обвалов пород в стволе скважины, что приводит к потере устойчивости и блокировке колонны.
Геологические факторы:
Технологические факторы, способствующие обвалам, связаны с рядом особенностей процесса бурения и свойств промывочной жидкости. К их числу относится недостаточно высокое гидростатическое давление, создаваемое промывочной жидкостью, особенно при использовании малой плотности раствора, а также возникающие водо-, нефте- и газопроявления. Низкое качество промывочной жидкости, включая ее высокую фильтрацию, может дополнительно усугублять ситуацию. Резкие изменения давления промывочной жидкости в процессе бурения, а также длительное воздействие жидкости на породы, склонные к обвалам, создают условия для дестабилизации ствола скважины и способствуют возникновению обвалов.
Признаки:
4. Прихват бурильной колонны сальником
Этот вид прихвата обусловлен накоплением шлама или глинистой массы, создающих плотную преграду вокруг колонны.
Условия возникновения:
Признаки:
Особенно часто такие ситуации возникают на разведочных площадях и месторождениях с породами, склонными к набуханию, обвалам и сужению ствола. Бурение на новых площадях часто сопровождается недостатком информации о горно-геологических условиях, что приводит к созданию нерциональных конструкций скважин. Использование буровых растворов с неподходящими параметрами также способствует набуханию и обвалам пород во время углубления скважин.
Основные факторы, способствующие прихватам обсадных колонн, имеют организационно-технический характер:
- отсутствие четкого плана работ по спуску колонны, не учитывающего результаты геофизических исследований и данные о затяжках, посадках, интервалах сужений и других особенностях скважины;
- неудовлетворительная подготовка ствола к спуску, включая недостаточную промывку, калибровку и проработку;
- длительные остановки при спуске, вызванные неисправностями оборудования, поломками или задержками в спуско-подъемных операциях;
- отказ от промежуточных промывок, предусмотренных планом работ;
- несовершенная технология бурения, использование низкокачественного бурового раствора, недостаток смазывающих добавок и несоблюдение режимов бурения в условиях неоднородных по твердости пород.
По механизму возникновения прихваты обсадных колонн имеют схожесть с прихватами бурильных колонн.
1. Прилипание к стенке скважины под действием перепада давлений
Этот вид прихватов, также известный как дифференциальный, возникает из-за давления бурового раствора, которое прижимает колонну к стенке скважины.
Условия возникновения:
- Наличие в разрезе проницаемых пород, таких как песчаники или известняки, с проницаемостью до 600−800 мД.
- Формирование липкой фильтрационной корки на стенках скважины.
- Возникновение механического прижима веса колонны в искривленных участках или наклонно направленных скважинах.
- Продолжительное отсутствие движения колонны.
Признаки:
- Сохранение циркуляции бурового раствора.
- Ухудшение подвижности колонны: затруднения при подъеме или вращении.
Дифференциальные прихваты чаще всего фиксируются на промыслах Западной Сибири, где породы обладают высокой проницаемостью и склонностью к образованию корки.
2. Заклинивание низа колонны
Заклинивание связано с резким ограничением движений инструмента, возникающим в результате взаимодействия колонны с препятствиями в скважине.
Условия возникновения:
- Посадка инструмента в желобные выработки, суженные или искривленные участки ствола.
- Уплотнение фильтрационных корок или падение посторонних предметов в скважину.
- Замена компоновки бурильной колонны на более жесткую в горизонтальных или наклонно направленных скважинах.
- Нарушение режима промывки скважины, приводящее к скоплению шлама или утяжелителя.
Признаки:
- При спуске колонны: разгрузка инструмента на 3−4 тс.
- При подъеме: значительные затяжки, мгновенные или постепенные.
- Постепенное или резкое прекращение циркуляции раствора.
- В случае образования желоба: появление мгновенных затяжек, которые усиливаются при повторных попытках подъема.
Заклинивание инструмента может также происходить из-за ошибок в работе буровой вахты, таких как падение инструментов (ключей, клиньев, сухарей) в затрубное пространство.
3. Прихват бурильной колонны обвалившимися неустойчивыми породами
Этот тип прихвата возникает в результате обвалов пород в стволе скважины, что приводит к потере устойчивости и блокировке колонны.
Геологические факторы:
- Большие углы падения пластов.
- Трещиноватость, перемятость пород.
- Литологический состав, структура и механические свойства пород.
- Набухание пластичных гидрофильных глин под действием фильтрата промывочной жидкости.
- Разрушение малогидрофильных метаморфизованных глин из-за расклинивающего действия фильтрата.
Технологические факторы, способствующие обвалам, связаны с рядом особенностей процесса бурения и свойств промывочной жидкости. К их числу относится недостаточно высокое гидростатическое давление, создаваемое промывочной жидкостью, особенно при использовании малой плотности раствора, а также возникающие водо-, нефте- и газопроявления. Низкое качество промывочной жидкости, включая ее высокую фильтрацию, может дополнительно усугублять ситуацию. Резкие изменения давления промывочной жидкости в процессе бурения, а также длительное воздействие жидкости на породы, склонные к обвалам, создают условия для дестабилизации ствола скважины и способствуют возникновению обвалов.
Признаки:
- Сложности в продвижении колонны.
- Резкое повышение давления в системе циркуляции.
- Затруднения при вращении инструмента.
4. Прихват бурильной колонны сальником
Этот вид прихвата обусловлен накоплением шлама или глинистой массы, создающих плотную преграду вокруг колонны.
Условия возникновения:
- Замедление скорости движения промывочной жидкости в местах перехода диаметров бурильной колонны или в кавернах.
- Низкая скорость потока, вызванная изменением диаметра труб или большим содержанием глинистой фазы в жидкости.
- Сдирание глинистой корки со стенок скважины элементами бурильной колонны, что приводит к образованию полутвердой массы.
- Задержка полутвердой массы на забое или в сужениях скважины.
Признаки:
- Затяжки при спускоподъемных операциях.
- Увеличение давления циркуляции.
- Снижение механической скорости проходки при несработанном долоте.
- Постоянство показаний амперметра при вращении колонны (в случае электробурения).
5. Прихваты испытателей пластов
Данный вид прихватов включает несколько типов:
Данный вид прихватов включает несколько типов:
- Прихват бурильных труб выше пакера. Возникает под действием перепада давления, особенно в случае продолжительного оставления труб без движения.
- Прихват пакера. Может быть связан с его неспособностью освободиться при использовании ясса.
- Прихват фильтра. Возникает в результате «заиливания», которое происходит при интенсивном притоке пластовых флюидов, содержащих частицы слабо сцементированных пород. Обвалы пород также могут привести к прихвату, особенно при создании высоких депрессий на пласты.
Причины прихватов бурильной колонны
Следует отметить, что причинами аварий могут быть не только изолированные факторы. В большинстве случаев первопричиной выступает один фактор, определяющий развитие ситуации. Однако в процессе аварии начинают проявляться дополнительные факторы. Например, если первоначальный прихват низа бурильной колонны вызван перепадом давлений, то недостаточная промывка может спровоцировать осаждение частиц шлама, усиливающее силу прихвата. Поэтому для выбора подходящего метода ликвидации аварии необходимо учитывать совокупность обстоятельств, при которых она возникла.
Геологические факторы
Возникновение прихватов бурильной колонны тесно связано с характеристиками горных пород, встречающихся в разрезе. Особое влияние оказывают:
Эти факторы особенно значимы при бурении первых скважин на новых площадях, где отсутствует детальная информация о геологических условиях. Например, попытки снизить риск прилипания колонн за счёт применения растворов с меньшей плотностью могут провоцировать обвалы и осыпи пород.
- наличие мощных хемогенных толщ;
- переслаивание аргиллито-алевролитовых и глинистых пород, склонных к текучести, растворению, осыпанию и обвалам;
- зоны аномально высоких пластовых давлений и температур;
- тектонические нарушения и большие углы падения пластов.
Эти факторы особенно значимы при бурении первых скважин на новых площадях, где отсутствует детальная информация о геологических условиях. Например, попытки снизить риск прилипания колонн за счёт применения растворов с меньшей плотностью могут провоцировать обвалы и осыпи пород.
Вид промывочной жидкости
Важнейшим фактором, влияющим на риск прихвата, является тип используемой промывочной жидкости:
- Глинистые растворы. Основное число прихватов происходит в районах, где применяются глинистые растворы. Они провоцируют образование толстых корок, выпучивание пластичных пород и другие осложнения.
- Растворы на нефтяной основе. Эти жидкости существенно снижают риск прихватов, вызванных перепадом давления, сальниками, и уменьшают случаи нарушения устойчивости ствола.
- Водные растворы. Переход на воду в качестве промывочной жидкости в условиях, благоприятных для её применения (Башкирия, Татария, Восточная и Западная Сибирь), уменьшает частоту прихватов. Однако он может увеличивать количество обвалов и осыпей стенок скважины. Введение специальных добавок в воду позволяет улучшить её свойства и снизить риск осложнений.
Причины прихватов при использовании глинистого раствора
- Образование глинистой корки. Глинистый раствор с высокой водоотдачей формирует толстую корку на стенках скважины, что сужает её диаметр. При подъёме колонны корка сдирается, формируя сальник, который уплотняется и приводит к прихвату.
- Выпучивание пластичных пород. Разность давлений в пластах и стволе вызывает набухание и выпучивание пород, что сужает ствол, резко повышает давление на насосах и приводит к прихвату.
- Загрязнение раствора. Плохая очистка раствора приводит к закачке в скважину выбуренной породы, что усугубляет условия работы.
- Ступенчатый профиль скважины. В местах перехода между диаметрами долот накапливаются обломки породы, которые уплотняются и сужают ствол.
- Низкая скорость движения раствора. Недостаточные скорости циркуляции в кольцевом пространстве затрудняют вынос шлама.
- Долговременная остановка колонны. Оставление колонны без движения способствует уплотнению глинистой корки, которая может стать непроницаемой, препятствуя передаче давления.
В турбинном бурении использование воды в качестве промывочной жидкости может привести к прихвату из-за недостаточной промывки скважины перед наращиванием или подъёмом колонны. Это способствует накоплению шлама и создаёт дополнительные риски осложнений.
Эффективное предотвращение прихватов требует комплексного подхода: учёта геологических факторов, выбора оптимального типа промывочной жидкости и точного соблюдения технологий бурения.
Профилактику возникновения прихватов и необходимый ремонт после ликвидации аварий с обсадными колоннами вы можете доверить компании ООО «ОРС». Мы владеем собственными ремонтными цехами — у нас работают узкоспрофильные специалисты.
