Что относится к признакам возникновения дифференциального прихвата

Дифференциальный прихват

Прихват дифференциального давления встречается только в зоне проницаемой формации, такой как, например, песок. Причиной прихвата может служить одна из следующих возможных причин.

1. Прихват колонны случается, когда ее часть входит в контакт со стенкой ствола и прижимается к фильтрационной корке. На контактирующую часть поверхности колонны с фильтрационной коркой давит гидростатическое давление столба бурового раствора.

2. Разница давления столба бурового раствора и давления в формации действует на площадь колонны, находящейся в контакте с фильтрационной коркой стенки ствола скважины и эта сила удерживает колонну около этого места.

Затяжка, вызванная прихватом дифференциального давления, может быть вычислена перемножением дифференциального давления, площади контакта и фактора трения следующим образом:

давление раствора (psi)

давление в формации (psi)

площадь контакта (кв. дюйм)

фактор трения (безразмерная величина)

Дифференциальный прихват Образование перемычки в течение времени

Предположим, мы имеем контакт буровой трубы по всей окружности с песком, толщина которого равна 10 футов на длине 3 дюйма. Это дает площадь контакта в 360 кв. дюймов.

Опыт показывает, что величина фактора трения находится в пределах от 0.15 до 0.50. Для этого примера мы возьмем 0.15. Затяжка = 2184 psi х 360 in 2 x 0.15 => 117,936.00 Ibs => 118Klbs

Дополнительная затяжка в 118 Кфнт легко может быть интерпретирована как увеличение фрикционных сил в стволе скважины и означает разницу между нормальным состоянием и зажатием колонны вследствие возросших фрикционных сил.

* В действительности, для того, чтобы быть точными, нам следовало бы использовать проекцию площади контакта на горизонтальную плоскость. Однако, это труднее для визуализации и здесь, для простоты, мы этого не делаем.

3. Толщина фильтрационной корки: Чем толще фильтрационная корка, тем больше площадь контакта с бурильными трубами и сильнее результирующая сила дифференциального прихвата. Ниже приводится иллюстрация к образованию фильтрационной корки.

Рис. 7.12 Образование фильтрационной корки

а) Для того, чтобы фильтрационная корка могла образоваться, необходимо, чтобы гидростатическое давление столба раствора было больше давления в формации и формация должна быть проницаемой.

б) По мере миграции фильтрата в проницаемую формацию, стенки ствола действуют подобно экрану и препятствуют прохождению твердых частиц раствора. Эти твердые частицы скапливаются и образуют фильтрационную корку.

с) Утолщение фильтрационной корки приводит к образованию барьера, который уменьшает величину протекающего в формацию фильтрата. По мере уменьшения потерь фильтрата, образование фильтрационной корки замедляется и самопроизвольно прекращается.

Для образования фильтрационной корки необходимо, чтобы давление раствора было больше, чем давление в формации и, чтобы формация была проницаема. Фильтрационная корка образуется в течение определенного периода времени. Во время бурения формации долотом, жидкая фаза раствора, захватывая фильтрат начинает просачиваться в породу.

Стенки ствола скважины действуют подобно фильтру, задерживая твердые частицы, которые находятся в растворе. Со временем, твердая фаза накапливается, образуя фильтрационную корку. Фильтрационная корка действует как барьер для дальнейшей миграции фильтрата в формацию. В некоторый момент времени фильтрационная корка становится достаточно толстой и полностью изолирует формацию от дальнейшего протекания фильтрата в породу. С этого момента фильтрационная корка перестает расти, т.к. фильтрат больше не проникает в формацию.

На рост фильтрационной корки и ее конечную толщину влияет множество факторов.

a) большее дифференциальное давление ускорит рост фильтрационной корки. Конечная фильтрационная корка будет толще, т.к. в этом случае необходимо сильнее противостоять более высокому давлению раствора.

b) При возрастании концентрации твердых осколков бурения в растворе, фильтрационная корка становится более пористой и проницаемой. Это ускоряет ее рост и увеличивает ее конечную толщину. Идеальной может считаться тонкая, твердая фильтрационная корка, образовавшаяся только из твердой фазы бурового раствора.

c) Чем меньше потеря воды или фильтрата из бурового раствора, тем тоньше и тверже будет фильтрационная корка.

В случае бурения песчаника при высоком давлении раствора, дифференциальное давление может быть достаточно большим для образования мощной фильтрационной корки и прихвата КНБК во время бурения. Наилучшим вариантом в этом случае может быть точное определение порового давления и снижение по возможности веса бурового раствора или установка обсадной колонны.

4. Если труба остается в неподвижном состоянии в течение длительного периода времени и при этом контактирует с песком, то ситуация становится еще более плохой. Фильтрационная корка стремится опоясать трубу и, таким образом, увеличить площадь контакта. Теперь площадь контакта возрастает и увеличивается фактор трения т.к. появляется зона фильтрационной корки не контактирующая напрямую с буровым раствором. В результате, требуется гораздо большая затяжка для освобождения колонны.

Рис. 7.13 Влияние осколков породы на толщину фильтрационной корки.

Эрозия от бурильной трубы Эрозия от вайпера Калибровка ствола

Рис. 7.13-15 Эрозия фильтрационной корки.

Настораживающие признаки:

• Проницаемые формации в открытом стволе.

• Толстая фильтрационная корка (большая потеря воды /высокая концентрация твердой фазы / большое дифференциальное давление).

• Большое дифференциальное давление в районе проницаемой формации.

• Высокое значение крутящего момента / затяжки после того как колонна оставалась неподвижной.

• Чем дольше соединение, тем больше затяжка (развивается фильтрационная корка).

• Скважина достигла района истощенного резервуара.

Идентификация прихвата:

• Перед прихватом колонна находилась в неподвижном состоянии.

• Возможна полная циркуляция, но изменения прокачки ничего не меняет.

• КНБК проходит толстый слой проницаемой формации.

• Избыток давления в районе КНБК.

• Силы прихвата становятся больше со временем

Дата добавления: 2017-01-08 ; просмотров: 5269 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Прихваты бурильной колонны, предупреждение и ликвидация

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 31 Марта 2015 в 05:40, курсовая работа

Краткое описание

В процессе бурения и испытания нефтяных и газовых скважин вследствие явлений горно-геологического характера возникают нарушения технологического процесса, называемые осложнениями. Осложнением является нарушение нормального состояния скважины, в результате которого дальнейшее углубление затрудняется или должно быть временно прекращено во избежание аварии. Осложнения как нарушения непрерывности технологического процесса строительства скважины вызываются явлениями горно-геологического характера.

Прикрепленные файлы: 1 файл

Курсовая_аварии и осложнения.docx

Основной причиной возникновения аварий является нарушение параметров технологии бурения буровой бригадой, несоблюдение инструкций и требований проектных документов.

В соответствии с инструкцией по классификации, расследованию и учету аварий при бурении скважин на нефть и газ все аварии подразделяются на следующие виды:

— аварии с элементами бурильной колонны;

— прихваты бурильных и обсадных колони;

— аварии с обсадными колоннами и элементамиих оснастки;

— аварии из-за неудачного цементирования;

— аварии с забойными двигателями;

— падение в скважину посторонних предметов:

1. Прихват бурильных и обсадных колонн.

Прихватом называют непредвиденное при бурении скважины нарушение процесса, которое характеризуется потерей подвижности колонны и не может быть ликвидировано при приложении допустимых нагрузок. Допустимая величина натяжения для освобождения прихваченной бурильной колонны определяется из условия, что материал труб не может быть подвергнут напряжениям, равным пределу его текучести. Расчет допустимого натяжения производится по формуле:

В качестве признаков возможного прихвата колонны при движении в стволе скважины служат ее затяжки и посадки. Затяжка колонны возникает при подъеме в виде значительного увеличения нагрузки на крюке сверх собственного веса труб. Посадка инструмента происходит при его спуске и выражается в существенном снижении нагрузки на крюке, отмеченном гидравлическим индикатором веса (ГИВ). При прохождении сужений, желобных выработок, уступов иногда возникают ситуации, когда колонна при технически допустимой разгрузке на крюке не идет вниз. Обычно прихват труб возникает не мгновенно, поэтому его можно предотвратить. Основной причиной образования прихвата труб следует считать нарушение правил технологии бурения исполнителями работ. Как и любой другой вид аварий, прихват требует изучения обстоятельств его возникновения.

К ним относятся: состояние ствола скважины, в том числе наличие зон осыпей, обвалов, сужений ствола, расположение уступов, горизонтов, поглощающих буровой раствор, или пластов, проявляющих флюиды. Изучается состояние бурильной колонны и продолжительность ее работы, Важную рольпри возникновении прихвата играет состояние технологии промывки скважины и наличие в буровом растворе смазывающих добавок.

1.1. Разновидности прихватов, условия их возникновения и признаки

По факторам, способствующим возникновению прихватов, следует различать несколько их разновидностей.

1.1.1. Прилипание к стенке скважин под действием перепада давлений.

Другими условиями возникновения дифференциального прихвата являются образование липкой фильтрационной корки на стенке скважины, возникновение механической прижимающей силы в виде нормальной составляющей веса труб в наклонно направленных скважинах и в искривленных участках ствола вертикальных скважин, оставление бурильной колонны без движения на какое-то время. Эта разновидность прихватов наиболее часто встречается на промыслах Западной Сибири. Обычно циркуляция бурового раствора при возникновении прихвата не прекращается.

1.1.2. Заклинивание низа колонны.

Эта разновидность также встречается часто. Преобладающими являются прихваты в суженной части ствола, а также в желобных выработках, в интервалах резкого изменения оси скважины, в интервалах интенсивного роста фильтрационных корок, при заклинивании труб посторонними предметами, шламом и утяжелителем, кусками обвалившейся породы,

В случае небольших превышений нагрузки или крутящего момента при натяжении или вращении колонны явление жесткого сопротивления называют подклиниванием.

Наиболее сложной разновидностью прихвата является заклинка инструмента в образующейся на стенке скважины продольной выработке, называемой желобом. Желоб является следствием механического воздействия замков бурильной колонны на наклонные участки наклонно направленных и горизонтальных скважин. При движении колонны происходит разрушение пород типа резания замками, прижатыми к стенке горизонтальной составляющей веса определенной части бурильной колонны.

Признаками образования желобов служат возникновения мгновенных значительных затяжек при подъеме колонны. Как правило, дополнительные затяжки ведут к осложнению аварии. Инструмент при этом еще более затягивается в желоб, а циркуляция, восстанавливающаяся без затруднений, не помогает освобождению колонны.

Заклинивания инструмента посторонними предметами происходят вследствие ошибок членов буровой вахты при работе на устье. В скважину падают рабочие инструмента в виде цепных ключей, кувалд, ломов, клинья ротора, сухари АКБ и т.д. Заклинивание бурильной колонны возможно при ее спуске с большой скоростью в искривленных интервалах ствола при наличии сильно трещиноватых перемятых пород. Замками сбиваются отдельные куски пород, которые при падении по затрубному пространству заклинивают трубы.

Заклинивание колонн обычно происходит мгновенно при сохранении циркуляции.

Прихваты колонны при заклинивании ее шламом или утяжелителем возникают из-за нарушения режима промывки скважины. Накопление осадка из частиц шлама или утяжелителя в кольцевом пространстве при определенных условиях может привести к заклиниванию бурильной колонны. Признаки этой разновидности заклинивания следующие:

— постепенное повышение давления в нагнетательной линии,

— появление затяжек инструмента,

— постепенное прекращение циркуляции.

Это приводит к тому, что ухудшаются условия промывки в нижней части ствола и увеличиваются шансы на прихват колонны.

1.1.3. Прихваты бурильной колонны обвалившимися неустойчивыми породами.

Они характерны для интервалов, состоящих из глинистых пород, склонных к осыпям и обвалам, а также к пластическому течению.Из геологических факторов, способствующих потере устойчивости пород, следует отметить наличие в разрезе перемятых, трещиноватых, тектонически нарушенных пород, склонных к быстрому набуханию под действием фильтрата бурового раствора.

Технологические факторы включают:

— низкое качество бурового раствора, прежде всего, большая величина фильтрации;

— несоответствие типа буровогораствора разбуриваемымгорным породам;

— большие колебания давления промывочнойжидкости в открытом стволе скважины, приводящие к поглощениямраствора игидроразрывам пластов, а следовательно и к снижению уровняраствора и уменьшению противодавления на стенкискважины;

— длительное оставление вскрытых малоустойчивыхотложений без крепления их обсадными трубами;

— механическое воздействие замковыхсоединений бурильнойколонны на стенки скважины.

Признаки осыпей следующие:

— вынос во время циркуляции оскольчатогошлама, необработанного вооружением буровых долот;

— посадки и затяжки инструмента, недохождение долота дозабоя из-за накоплении осадка после проведенияспуска колонныи наращиваний;

— некоторое повышение давления нанасосах при углублениискважины и проработках ствола;

— интенсивный рост вязкости и содержаниякусков породы вбуровом растворе.

Обвалы, в отличие от осыпей, имеют более объемный характер. Признаки обвалов таковы:

— резкое повышение давления в нагнетательной линии, сопровождающееся иногда поглощением раствора или потерей циркуляции;

— больной интервал недохождения инструмента дозабоя;

— малая скорость проработки ствола.

1.1.4. Прихват бурильной колонны сальником.

Образование в буровом растворе крупных пластичных кусков бурового глинистого шлама, названных сальниками, происходит при проходке глинистых отложений. Сальники возникают, главным образом, при сдирании со стенок замками колонны толстых рыхлых глинистых корок, отложившихся на высокопроницаемых породах. Образованию сальников способствует загрязненность ствола скважины частицами выбуренной породы при недостаточной скорости восходящего потока жидкости. При этом в зоне работы долота возникает концентрация частиц шлама и слипание их при условии низкой смазывающей способности раствора и значительного содержания в нем твердой фазы. В процессе подъема по стволу масса сальника увеличивается, а скорость подъема падает. Сальники накапливаются в местах увеличения поперечного сечения кольцевого пространства, прилипая к элементам низа бурильной колонны над долотом, выше турбобура, выше УБТ. Прихват колонны сальником возникает чаще всего при подъеме инструмента, когда формируются условия перекрытия затрубного пространства крупными сальниками в местах сужений ствола. Прихват труб может сопровождаться потерей циркуляции.

Признаками появления сальников являются:

— возникновение посадок, инструмента при спуске и затяжек при подъеме;

— уменьшение механической скорости проходки долотом, сохранившим работоспособность всех узлов;

— увеличение крутящего момента при роторном способе бурения:

— повышение давления в нагнетательной линии в процессе проходки и во время промывок;

— уменьшение веса колонны на крюке при спуске и восстановлении циркуляции;

— обнаружение плотных кусков глины на замках и других элементах бурильной колонны во время ее подъема;

Источник

Факторы и причины прихватов бурового инструмента

Прихватом бурового инструмента в скважине называют потерю им (или каким-либо прибором) подвижности, восстановить ко­торую не удается без применения специальных мер. Прихват бу­рового инструмента встречается довольно часто и относится к числу наиболее тяжелых видов осложнений.

Удельные затраты времени на ликвидацию прихватов рассчи­таны по формуле

где т_пр — удельные затраты времени на ликвидацию прихватов, ст-ч/1000 м; т — общие затраты времени на ликвидацию прихва­тов, ст-ч; L — объем проходки, тыс. м.

В связи с ростом глубин разведочных скважин до 3000 м и использованием растворов, содержащих твердую фазу, возмож­ность развития прихватов возрастает. К сожалению, в практике бурения скважин на твердые полезные ископаемые изучению причин развития методов профилактики и ликвидации прихватов уделяется еше мало внимания. В отличие от этого большие работы по исследованию прихватообразования в последние годы были проведены в организациях, связанных с бурением нефтяных сква­жин

Естествественно, что простой перенос уже известных сведений по прихватам из области бурения эксплуатационных скважин на нефть и газ в практику разведочного бурения не всегда возможен. Однако общие тенденции формирования прихватов, методы их профилактики и ликвидации, безусловно, должны быть учтены.

При бурении на нефть и газ существует несколько классифика­ций прихватов- Так, А. К. Самотой делит их на три группы: вызванные перепадом давления, заклиниванием бурового инстру­мента, сужением ствола скважины.

Л. М. Дюков и И. И. Ханмурзин рассматривают прихваты по степени тяжести, оцениваемой затратами времени и материалов на их ликвидацию. В соответствии с этим все прихваты были ими расположены в следующем порядке: прихваты без потери цирку­ляции; прихваты с потерей циркуляции; прихваты, которые сопро­вождаются авариями (падение предметов в скважину, разруше­ние бурового инструмента и др.).

Сложность выявления генезиса прихватов связана с тем, что различные их проявления во многом аналогичны. Так, прихваты без потерь циркуляции могут быть вызваны: репрессией на пласт (дифференциальный прихват), желобообразованием, заклинива­нием бурового инструмента отдельными кусками породы, упавшим предметом, частью колонны разорванных бурильных труб при ликвидационных работах и т. д. Прихваты с потерей цирку­ляции— шламонакоплением, сужением ствола скважины, обвалом пород, прижогом алмазной коронки и др.

Существует основной косвенный признак, характерный для всех видов прихватов, — это рост тяговых усилий для подъема буро­вого инструмента и крутящего момента при холостом вращении колонны бурильных труб.

Для распознавания вида прихвата необходимо иметь четкое представление о факторах и причинах, которые могут определять и усиливать специфику процесса прихватообразования в каждом конкретном случае. :

Применительно к условиям бурения скважин на твердые по­лезные ископаемые можно назвать следующие виды прихватов: из-за нарушения целостности ствола скважины (сужения, каверно-, желобообразование); из-за загрязнения раствора и ствола сква­жины (твердой фазой, карбонатами, цементом, солями, пласто­выми водами и т. д.). Особые виды прихватов вызваны репрессией на пласт, самозаклиниванием керна в колонковой трубе, прижо­гом алмазного породоразрушающего инструмента.

Наиболее распространен прихват обсадных труб, вызванный их длительным контактом с породами (с момента их установки в скважину до извлечения при закрытии и ликвидации послед­ней). Это является причиной значительного перерасхода обсадных труб.

Для каждого из перечисленных видов прихватов характерны основные факторы. Так, для дифференциального прихвата — пере­пад давления в скважине, остановка движения бурового инстру­мента и наличие на стенках скважины фильтрационной корки. Для прижога алмазного инструмента — нарушение его температурного режима в процессе углубки скважины. Для таких видов прихватов, как нарушение целостности ствола скважины, загряз­нения и др., основные факторы прихватов анализируются в соот­ветствующих разделах книги.

Причины, усиливающие прихват бурового инструмента, целесо­образно разделить на три группы: геологические, технологические и организационные. Как и при других видах осложнений, геологи­ческие причины неустранимы, остальные — устранимы.

Геологические причины: наличие в геологическом разрезе не­устойчивых водо- и теплочувствительных пород; глин, глиносодер-жащих пород, отложений солей; многолетнемерзлых пород, цемен­тирующим материалом которых служит лед; несцементированных осадочных и разрушенных скальных, а также проницаемых пород; толщ мягких отложений с включениями более твердых пропластков; состав и степень минерализации пластовых вод, аномалия температуры в зоне прихвата.

Организационные причины: слабая профессиональная под­готовка членов буровой бригады, различного рода простои, в том числе из-за падения случайных предметов в скважину.

Прихваты не только снижают производительность бурения, но и могут служить причиной потери всей скважины или ее части, поскольку часто прихват бурового инструмента завершается обры­вом колонны бурильных труб. Это происходит в том случае, если бурильщик, не распознав вид осложнения, пытается извлечь из скважины прихваченную колонну труб, прикладывая при этом, без учета прочности последней, максимальные тяговые усилия. Прихваты обусловливают значительные потери обсадных труб, оставляемых в скважине из-за невозможности их извлечения.

Источник

Мероприятия по предупреждение и ликвидации прихватов при ЗБС

В наши дни остро стоит проблема возникновения прихватов во время бурения. Прихватом бурого инструмента в скважине является потеря им подвижности, восстановить которую не возможно без применения специальных мер. В процессе непосредственно во время ЗБС основным и косвенным признаком, который характерен для всех видов прихватов является рост тяговых усилий для подъёма бурого инструмента, крутящего момента при холостом вращении буровой колонны.

Для конкретно прямого распознавания вида прихвата необходимо внятно иметь представления о факторах и причинах, благодаря которым могут определять и устанавливать специфику процесса образования прихватов в конкретном случае из каждого.

Существует такие виды прихватов как:

Прихват шламом или обваливающейся породой;

Заклинивание на участке со сложной герметизацией ствола;

Более подробно мы рассмотрим дифференциальный прихват в условиях его возникновения.

На Погачёвском нефтяном месторождении во время строительства скважины возможно образование дифференциального прихвата. Прихват дифференциального давления возникает только в зонах проницаемой формации, например песок.

Рис. 1 Дифференциальный прихват

Причинами прихвата могут служить:

Прихват колон происходит, когда её часть входит в контакт со стенкой ствола и прижимается к фильтрационной корке. Таким образом на контактирующую внешнюю часть поверхности колонны с фильтрационной коркой давит гидравлическое давление столба бурого раствора.

Разница давления столба бурового раствора и давления в формации оказывает влияние на площадь колоны, которая находится в контакте с фильтрационной коркой стенки ствола скважины, данная сила и удерживает колонну.

Возможной простой скважины без движения (вращения) бурового инструмента более 5-ти минут и нарушение циркуляции бурового раствора.

По сей день большинство предприятий используют гидравлические и механические яссы для ликвидации прихватов. Представляет из себя раздвижное устройство, которое приводится в действие натяжение проволоки. Они предназначены для создания динамических ударов.

Рис. 2 Гидравлический и механический ясс

Гидравлический ясс всегда срабатывает автоматически для удара вверх, когда его плунжер достигает участка цилиндра диаметром большего, чем сам диаметр плунжера, что приводит к резкому возрастанию его скорости. Механический ясс предназначен для создания динамических ударов как вверх, так и вниз.

Прямым предназначением ясса является создание ударных импульсов вверх или вниз в процессе выполнения работ, при монтаже и демонтаже оборудования. Также яссы служат для обеспечения возможности освобождения прихваченного инструмента в скважине или пакера; так как они позволяют наносить ударные нагрузки на нижнею часть КНБК (компоновки низа бурильной колоны).

Сами из себя конструктивно яссы представляют собой трубу в трубе, имеющие свободное перемещение в пределах своей определённой длины. В яссе предусматривается устройство, обеспечивающее захват ударной штанги и пород разрушаемыми инструментом на забое и срабатывание их после окончания балансира вверх.

Для ликвидации прихватов используют так называемые “ванны”. Рассмотрим три вида ванн, применяемых на месторождениях:

Продолжительность установки первой ванны не должна быть дольше 24 часов. При безрезультатности первая ванна восстанавливает циркуляцию бурового раствора и повторяет ванну, только теперь с увеличением высоты подъёма нефти. Длительность второй ванны не должна превышать более 3 суток.

При установке жидкостных ванн на верхней трубе следует установить обратный клапан, который предварительно опрессовывается на полуторократное давление. На устье скважины устанавливают цементировочную головку, которую подсоединяют к цементировочным агрегатам. Бурильная колонна во время установки ванны подвешивается на крюке с усилием, равным весу колонны до прихвата.

В процессе закачки жидкостной ванны, буферной и продавочной жидкостей беспрерывно замеряют параметры бурового раствора, выходящего из скважины. При этом расхаживание бурильной колонны запрещается.

Овчинников В.П. Справочник бурового мастера: научно-практическое издание / В.П. Овчинников, С.И. Грачев, A.A. Фролов. — Тюмень, 2006. 691 с.

Пустовойтенко И.П. Предупреждение и ликвидация аварий в бурении: учеб. пособие для вузов / И.П. Пустовойтенко. — 3-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1988. 279 с.

Липатов, причин возникновения прихватов в Западной Сибири и современные методы их предупреждения и ликвидации / // IX конф. молодых специалистов организаций, осуществляющих виды деятельности, связанной с пользованием участками недр на территории ХМАО-Югры: Сб. материалов конф. – Новосибирск: Параллель, 2009. 321 с.

Источник