Осложнения при бурении скважин в многолетнемерзлых породах

Согласно принятой терминологии мерзлыми породами называ­ются такие породы, которые имеют нулевую или отрицательную температуру, и в которых хотя бы часть воды замерзла.

Суммарная льдистость мерзлой породы Л_с — отношение содер­жащегося в объеме породы льда к объему мерзлой породы — оп­ределяется из следующего выражения, %:

л_с = л_в + л_ц,

где Л_в — льдистость породы, избыточная за счет ледяных включе­ний, %; Л_ц — льдистость породы за счет порового льда (льда-це­мента), %.

По льдистости мерзлые породы делятся на малольдистые (со­держание льда менее 10 %), слабольдистые (менее 25 %), льдис­тые (25...40%) и сильнольдистые (более 40%).

Многолетнемерзлые (вечномерзлые) породы (ММП) — это породы, находящиеся в мерзлом состоянии в течение многих лет (от трех и более).

В верхней части геологического разреза многих северных райо­нов (Коми, Западная Сибирь, Аляска, Канада и др.) залегает тол­ща многолетнемерзлых пород; мощность этой толщи иногда дос­тигает 500 м и более. В состав ее могут входить как хорошо связан-

ные прочные породы (известняки, песчаники и т.п.), так и поро­ды несвязанные (пески, галечники и т.п.), единственным цемен­тирующим материалом для которых является лед.

При бурении в толще многолетнемерзлых пород возникают сле­дующие осложнения:

интенсивное кавернообразование (К_к > 1,5) в интервалах за­легания ММП и низкотемпературных талых пород (НТП), осыпи и обвалы пород, приводящие к прихвату, слому бурильного ин­струмента; размыв, провалы фундамента под буровой установ­кой в результате протаивания мерзлых пород, прилегающих к по­верхности;

протаивание, размыв ММП и НТП за направлением, кондук­тором, проникновение бурового раствора в затрубное простран­ство, в том числе соседних близкорасположенных скважин при бурении с поглощением бурового раствора с частичной или пол­ной потерей его циркуляции в стволе, грифонообразование;

недопуск обсадных колонн до проектной глубины, неподъем цемента за направлением, кондуктором, разгерметизация резьбо­вых соединений, смятие обсадных колонн, насосно-компрессор-ных труб в случае обратного промерзания при длительных просто­ях, консервации скважин;

примерзание спускаемых обсадных колонн к стенке скважины в интервале залегания ММП в зимний период;

выбросы бурового раствора, воды, газа из-за наличия зажатых между мерзлых вод и пропластков гидратов.

Бурение скважины в ММП должно осуществляться в строгом соответствии с Регламентом технологии строительства скважин в условиях многолетнемерзлых пород с контролем качества в про­цессе бурения и крепления (РД 39-009-90 Миннефтегазпрома). Согласно этому регламенту, скважина считается качественно по­строенной в интервале залегания ММП, если в результате при­менения выбранной конструкции и технологии бурения пре­дотвращаются осложнения, перечисленные выше; обеспечива­ется К_к < 1,3 в интервале криолитовой зоны и спуска кондуктора; качество цементирования 40 % длины колонны в интервале крио­литовой зоны отмечается как хорошее и удовлетворительное, при­чем ниже криолитовой зоны, над башмаком кондуктора, на высо­ту не менее чем 60 м, как хорошее.

Конструкция скважин в зоне залегания ММП должна обеспе­чивать надежную сохранность ее устья, предотвращать промыв бу­ровым раствором затрубного пространства за направлением и кон­дуктором, а также образование воронок, провалов пород в приус­тьевой зоне в процессе всего цикла строительства скважины, а также при ее испытании и дальнейшей эксплуатации.

Эксплуатационная колонна в интервалах залегания ММП дол­жна состоять из труб, выдерживающих давления, которые возни-

кают при обратном промерзании затрубных и межтрубных про­странств. При использовании труб меньшей прочности должны осу­ществляться специальные мероприятия (управляемое заморажи­вание затрубного пространства, периодические прогревы и др.)_з предотвращающие смятие колонн и нарушение резьбовых соеди­нений при обратном промерзании.

Основным способом предотвращения осложнений при буре­нии в многолетнемерзлых породах является сохранение отрица­тельной температуры стенок скважины. Для этой цели применя­ют различные буровые среды: от охлажденного воздуха и буровых растворов до устойчивой пены. При использовании буровых ра­створов на водной основе приходится также решать проблему пре­дупреждения замерзания раствора при длительном прекращении промывки.

После разбуривания всей толщи многолетнемерзлых пород ствол скважины закрепляют обсадной колонной, башмак которой уста­навливают на 100... 150 м ниже глубины промерзания. При цемен­тировании следует подбирать цементы с низкой температурой гид­ратации, низкой теплопроводностью и высокой скоростью выде­ления тепла при гидратации. В газовых и газоконденсатных сква­жинах кольцевое пространство между кондуктором и стенками ствола скважины рекомендуется герметизировать с помощью па-кера, устанавливаемого в 10... 20 м от башмака. Это позволяет пре­дотвратить прорыв в заколонное пространство и образование гри­фонов вокруг устья скважин, что часто наблюдается при растепле­нии мерзлых пород.

Учитывая, что зона ММП, как правило, состоит из рыхлых и неустойчивых пород, большое значение имеет продолжитель­ность бурения под кондуктор, которая должна составлять (для ус­ловий Западной Сибири) не более 1 ...2 сут. За это время при при­менении качественного глинистого раствора с температурой не выше 5 °С осложнений, как правило, не бывает, и спуск колонны происходит нормально. Если же продолжительность бурения по каким-либо причинам увеличивается до 4...5 сут и более, то воз­никают обвалы и необходимость в многократных проработках.

Технология строительства и конструкция скважин должны от­вечать требованиям охраны окружающей среды в зонах залегания ММП в условиях Крайнего Севера.

Контрольные вопросы

1.Что понимается под осложнением в процессе бурения? Какие виды
осложнении наиболее часто встречаются?

2. Назовите основные виды нарушений целостности ствола скважины,
расскажите о каждом из них. Перечислите основные меры предупрежде­
ния и ликвидации каждого из них.

3. Для чего используется многократная кавернометрия?

4. Назовите основные причины поглощения промывочной жидкости.
Какие существуют методы предотвращения и ликвидации поглощений?

5. При каких обстоятельствах могут возникнуть газо-, нефте- и водо-
проявления?

6. Назовите типы и основные параметры противовыбросового обору­
дования.

7. Какие основные мероприятия необходимо выполнять для преду­
преждения газо-, нефте- и водопроявлений в процессе бурения?

8. Что понимается под грифоном в процессе бурения? Какие меры
необходимо предпринять, чтобы предотвратить грифоны и межколонные
проявления в процессе бурения?

9. Расскажите об основных особенностях проводки скважин в условиях
сероводородной агрессии. На что следует обращать особое внимание?

10. Расскажите об осложнениях при бурении в многолетнемерзлых по­
родах. Назовите основные способы предотвращения этих осложнений.

ГЛАВА 7 РЕЖИМ БУРЕНИЯ

Общие положения

Под режимом бурения понимается сочетание регулируемых па­раметров, влияющих на качество бурения, к числу которых отно­сятся: осевая нагрузка (давление) на долото Р_д; частота вращения долота п; количество прокачиваемого бурового раствора (?_р; пока­затели бурового раствора (плотность, вязкость, показатель филь­трации, статическое напряжение сдвига). Сочетание этих парамет­ров, позволяющее получать наиболее высокие качественные и ко­личественные показатели бурения, называется рациональным (или оптимальным) режимом бурения.

В процессе бурения часто приходится отбирать керн, бурить сква­жину в неблагоприятных геологических условиях (зонах, склон­ных к поглощениям, осложнениям, связанным с нарушением це­лостности ствола скважины и т.п.), забуривать в сторону от ранее пробуренного ствола и т.д. Режимы бурения, применяемые в таких случаях, указываются специальными режимами.