Предупреждение и борьба с поглощениями бурового раствора

Поглощение буровых растворов является одним из самых рас­пространенных видов осложнений при бурении скважин. Ежегод­ные затраты времени на ликвидацию этого вида осложнений по стране и за рубежом составляют многие тысячи часов, несмотря на разработку и применение различных способов предупреждения и борьбы с поглощениями буровых и цементных растворов при бурении и креплении скважин.

Основные причины поглощения бурового раствора.Поглощение бурового раствора объясняется превышением давления столба жид­кости в скважине над пластовым давлением (чем больше эта раз­ность, тем интенсивнее поглощение) и характером объекта погло­щения.

Факторы, влияющие на возникновение поглощений промывоч­ной жидкости, можно разделить на две группы:

геологические факторы — тип поглощающего пласта, его мощ­ность и глубина залегания, недостаточность сопротивления пород гидравлическому разрыву, величина пластового давления и харак­теристика пластовой жидкости, а также наличие других сопутству­ющих осложнений (обвалы, нефте-, газо- и водопроявления, пе­реток пластовых вод и др.);

технологические факторы — количество и качество подаваемо­го в скважину бурового раствора, способ бурения, скорость про­ведения спускоподъемных операций и др. К этой группе относятся также такие факторы, как техническая оснащенность и организа­ция процесса бурения.

Исследования зон поглощений.Данные о строении поглощающего пласта, его мощности и местоположении, интенсивности погло­щения (водопроявления), величине и направлении перетоков мо­гут быть получены различными методами исследований: гидроди­намическими, геофизическими и с помощью отбора керна или шлама.

В зависимости от степени изученности разбуриваемого место-^? рождения (или его части) применяют оперативный или деталь­ный комплекс исследований.Оперативный комплекс исследований включает в себя: опре­деление границ поглощающего пласта (горизонта), его относи­тельной приемистости и наличия перетоков жидкости по стволу скважины из одного пласта (горизонта) в другой (гидродина­мические исследования); измерение фактического диаметра сква­жины в интервале поглощающего пласта (горизонта) с помо­щью каверномера; замер пластового давления глубинным мано­метром.

Детальные исследования включают в себя оперативный комп­лекс и промыслово-геофизические методы: гамма-каротаж, ней­тронный гамма-каротаж и акустический каротаж.

Методы предупреждения и ликвидации поглощений.Среди суще­ствующих методов предупреждения и ликвидации осложнений в скважине при различной интенсивности поглощений или пол­ном прекращении циркуляции бурового раствора выделяются следу­ющие основные мероприятия: предупреждение осложнения путем снижения гидростатического и гидродинамического давлений на стенки скважины, изоляция поглощающего пласта от скважины закупоркой каналов поглощений специальными цементными ра­створами и пастами, бурение без выхода бурового раствора с по­следующим спуском обсадной колонны.

Мероприятия по снижению гидростатического и гидродинами-₄ ческого давления сводятся к обеспечению минимального избы­точного давления на поглощающий пласт и предотвращению рез­ких колебаний давления в стволе скважины.

Лучшим средством борьбы с поглощением бурового раствора является его предупреждение. Для предупреждения поглощений на основании многолетнего отечественного и зарубежного опыта раз­работаны следующие рекомендации:

регулировать свойства бурового раствора, прежде всего его плот­ность;

регулировать скорость спускоподъемных операций и других тех­нологических операций, проводимых в скважине (скорость прора­ботки, промежуточные промывки и др.);

определять оптимальный зазор между бурильными трубами и стенками скважины. За счет этого уменьшается перепад давления в затрубном пространстве и возможность сужения ствола скважин;

изменять конструкции скважины в целях избежания воздействия Утяжеленного раствора на необсаженную часть горных пород, склон­ных к гидроразрыву.

Различают три категории поглощений: малой интенсивности (до 10... 15 м³/ч), средней интенсивности (до 40...60 м³/ч) и высо­коинтенсивные (более 60 м³/ч).

Рассмотрим методы ликвидации поглощений малой и средней интенсивности. Одним из видов закупорки поглощающих каналов является способ закачки в пласт структурированного тиксотроп-ного раствора, создающего с течением времени в проводящих ка­налах поглощающего пласта жесткую структурированную сетку. Заливка поглощающего пласта специальными тампонажными сме­сями является наиболее распространенным способом ликвидации поглощений (рис. 6.2).

Тампонажные смеси должны быть в достаточной мере структу­рированными и иметь необходимое время схватывания и затверде­ния. Этим требованиям удовлетворяют гальцементные пасты (ГЦП), специальные растворы и быстросхватывающиеся смеси (БСС).

Галъцементами называются цементные пасты, приготовленные на глинистом растворе. Параметры ГЦП зависят от соотношения цемента и глинистого раствора. Для ее получения сухой тампонаж -ный или глиноземистый цемент затворяют на заранее приготов­ленном растворе из бентонитовой глины.

Сроки схватывания цементных растворов регулируются добав­ками реагентов-ускорителей, в качестве которых наиболее ши­рокое применение получили жидкое стекло, хлористый кальций и кальцинированная сода. Смеси цемента и других материалов, резко уменьшающих сроки схватывания раствора, закачиваемого в зоны поглощения, называются быстросхватывающымися смесями. Применяются и быстросхватывающиеся нефтецементные смеси, в состав которых входят цемент и дизельное топливо.

В каждом отдельном случае рецептуру ГЦП или БСС разраба­тывает лаборатория. Время от момента затвердения до начала схва­тывания БСС должно быть рассчитано так, чтобы можно было успеть выполнить все операции от начала приготовления смеси до конца продавки ее в скважину. Гальцементные пасты и быст­росхватывающиеся смеси можно закачивать в скважину через бу­рильные трубы. Конец бурильных труб следует устанавливать выше кровли поглощающего пласта (горизонта). Количество продавоч-ной жидкости принимается равным внутреннему объему опущен­ных бурильных труб, соответствующему их длине, за вычетом по­ложения статического уровня и еще 50 м. Во избежание прихвата бурильных труб во время заливки их надо все время расхаживать.

Для борьбы с поглощениями промывочной жидкости широко применяют пакеры различных конструкций, которые герметизи­руют и разобщают затрубное пространство в целях:

предотвращения разбавления тампонирующих смесей;

возможности применения БСС с небольшими сроками схваты­вания;

задавливания тампонирующих смесей в поглощающие каналы;

определения места расположения пласта, поглощающего жид­кость, методом последовательных опрессовок ствола скважины;

определения возможности замены воды глинистым раствором (особенно при бурении на площадях с повышенным пластовым дав­лением) при создании различных перепадов давления на пласты поглощающие жидкость.

Кроме того, если вскрыто несколько поглощающих пластов (го­ризонтов) на различных глубинах, применение пакера позволяет пос­ледовательно заливать цементный раствор снизу вверх без затраты времени на ожидание затвердения цемента (ОЗЦ). При этом предот­вращается влияние поглощающих пластов (горизонтов) друг на дру­га. Пакеры, применяющиеся при изоляции зон поглощений промы­вочной жидкости, подразделяются на две группы: многократного и разового действия (разбуриваемые). Пакеры разового действия ос­тавляются в скважине на время твердения цемента или его смеси и затем разбуриваются вместе с цементным мостом.

По принципу действия пакеры многократного действия делят­ся на гидравлико-механические, гидравлические и механические. Устройство и принцип действия пакеров гидравлико-механи-ческого действия рассмотрим на примере пакера конструкции ТатНИПИ ГМП-2 (рис. 6.3). Промывочные отверстия переводника 7 перед спуском пакера в скважину перекрывают­ся поршнем 2, фиксируемым в нужном положе­нии винтами. Вывод плашек в рабочее положе­ние осуществляется давлением жидкости, а сжа­тие резинового элемента — массой колонны бу­рильных труб. Четыре плашки 8 насажены на общем кольце 9, которое опирается на четыре кулачка 17. Каждый кулачок крепится к плунже­ру 11 двумя винтами. Плашка удерживается в транспортном положении двумя пружинами 10. Нижняя часть плунжера вставлена в цилиндр 12 и закреплена штифтами 13, которые предотвра­щают движение плунжера вверх при спуске паке­ра в скважину. Снизу в ствол пакера ввинчивает­ся обратный клапан, предотвращающий обрат­ное движение цементного раствора (смеси) пос­ле закачки его в зону поглощения под давлением. После спуска пакера в скважину до нужной глубины в бурильные трубы закачивается про­мывочная жидкость. Центральное отверстие кла-

Рис. 6.3. Гидравлический механический пакер ГМП-2: 7 — переводник; 2 — поршень; 3 — винт; 4 — головка; 5 — резиновый элемент; 6 — конус; 7 — ствол; 8 — плашка; 9 — кольцо; 10 — пружина; 77 — плунжер; 12 — цилиндр; 13 — штифт; 14— корпус клапана; 15 — переводник; 16 — шар; 77— кулачок

пана, создавая сопротивление движению жидкости, вызывает повышение давления в стволе пакера. Под действием давления цггифты 13 срезаются, плунжер с плашками движется вверх. Ко­нус отжимает плашки к стенам скважины и при посадке (подаче вниз) бурильных труб плашки окончательно заклинивают пакер, а резиновый элемент сжимается, разобщая зону поглощения от затрубного пространства. Цементный раствора (смесь) закачивают в пласт, поглощающий жидкость, а пакер извлекают на поверх­ность. При подъеме его конус освобождает плашки, которые пру­жиной возвращаются в транспортное положение.

В случае высокоинтенсивного поглощения возможно бурение без выхода бурового раствора на поверхность. Оно целесообразно в твердых породах (известняках, доломитах, песчаниках и т.п.). После вскрытия всей зоны поглощения бурение немедленно пре­кращают. Далее проводят заливки ГЦП или БСС до полной ликви­дации поглощения. При бурении без выхода промывочной жидко­сти разбуриваемый шлам поднимается с забоя и уходит в каналы поглощения вместе с промывочной жидкостью. Во избежание при­хвата бурильной колонны необходимо тщательно следить за стрел­кой индикатора массы. Экономически целесообразно применять бурение без выхода циркуляции только при использовании воды в качестве промывочной жидкости. Для ликвидации сильных погло­щений (более 200 м³/ч) снижают их интенсивность путем намыва в зону поглощения песка или шлама выбуренной породы или забра­сывания и продавки инертных материалов (глины, торфа, соломы и т. п.). Затем зону заливают цементным раствором. После затверде­вания цемента скважину прорабатывают и продолжают углубление.

Для ликвидации высокоинтенсивных поглощений бурового раствора, приуроченных к большим трещинам и кавернам, во ВНИИБТ были разработаны специальные перекрывающие уст­ройства. Перекрывающее устройство представляет собой эластич­ную сетчатую оболочку (капроновую, нейлоновую, капроновый эластик, металлическую специального плетения и др.). Установ­ленная в интервале поглощения сетчатая оболочка под действием закачиваемой тампонажной смеси с наполнителем расширяется и заполняет трещины и каверны. Расширение сетчатой оболочки происходит вследствие закупорки ее ячеек наполнителем, находя­щимся в тампонажной смеси. При твердении тампонажная смесь связывает оболочку с породой.

Известны и другие способы ликвидации высокоинтенсивных поглощений: спуск «летучки» (кассеты), замораживание зоны поглощения, изоляция зон поглощения с помощью взрыва и др. Но все они весьма трудоемки, не всегда дают положительный ре­зультат, поэтому применяются в буровой практике редко. Крайняя мера борьбы с поглощением промывочной жидкости — спуск про­межуточной обсадной колонны.