щ
технологии
Сравнительная оценка результатов^ применения основных мероприяти по предупреждению прилипания компоновки низа бурильной колонны
Ю.М. ГЕРЖБЕРГ,
к.т.н., доцент Ухтинский государственный технический университет
mosyger@yandex.ru
Работа посвящена вопросам предупреждения прихвата компоновки бурильной колонны в результате ее «прилипания»к стенке скважины. Приведены результаты оценки основных видов мероприятий по предупреждению прихвата компоновки на эффективность решения проблемы и в целом влияния на процессы бурения. Показано, что сочетание установки в компоновке небольшого числа промежуточных центраторов уменьшенного диаметра с применением высококачественных растворов и их очистки от шлама дает наибольший эффект как по предотвращению прихвата, так и по работе низа бурильного инструмента.
COMPARATIVE ESTIMATION OF RESULTS OF APPLICATION OF THE MAIN MEASURES TO PREVENT STICKING OF CONFIGURATION OF A BOTTOM OF A BOTTOM ASSEMBLY
JU. GERZHBERG, Ukhta state technical University
The work is dedicated to the prevention of sticking of the bottom assembly as a result of its "sticking" to the wall borehole. The results of evaluation of the main types of measures for the prevention of sticking of the composition on the efficiency of solutions to problems and in General on the process of drilling. It is shown that the combination of the installation in the layout of a small number of intermediate units of reduced diameter with high quality solutions and cleaning them from cuttings is most effective as to prevent sticking, and on the bottom of the drill tool
Keywords: well, layout plan, sticking, activities, intermediate supports
Исследованиям «прилипания» компоновки низа бурильной колонны (компоновки) к стенке скважины посвящены многие сотни работ отечественных и зарубежных специалистов. Наибольший объем таких исследований в России был выполнен, начиная с 30-х по 80-е гг. прошлого века, преимущественно для южных регионов страны с мощными терригенны-ми отложениями. Повышенное внимание к проблеме объясняется тем, что эти осложнения напрямую влияли на себестоимость и продолжительность строительства скважин. Невысокое качество бурильных труб в то время, ограничивающее возможность освобождения от прихвата, отсутствие эффективных реагентов часто приводили к необходимости неоднократного перебу-ривания аварийных участков ствола.
В дальнейшем по мере переноса основных объемов работ на площади Западной Сибири актуальность проблемы в целом несколько снизилась. В последние годы в связи с освоением регионов со сложными горно-геологическими условиями, в том числе с высокопроницаемыми отложениями, бурением на ранее эксплуатировавшихся площадях проблемы прихвата бурильной колонны вновь становятся актуальным [1].
Мнения по механизму прилипания компоновки у большинства специалистов сходятся. Взаимодействие труб со стенкой скважины (основанием для стержневой системы - компоновки), представленной пластичной глинистой коркой (коркой) и твердой породой, обусловлено как адгезионными процессами на молекулярном
уровне, так и силами механического трения труб об основание. Это показано в работах многих специалистов. В частности, не только обобщены результаты [2] исследований предшествующего времени, но и лабораторных исследований различных факторов, влияющих на процесс «дифференциального» прихвата труб в скважине. Определено, что адгезионные процессы превалируют при небольших радиальных нагрузках, то есть при малом зенитном угле оси скважины, механическое трение является основным видом взаимодействия труб со стенкой скважины, в большинстве условий работы компоновки.
Для обоснованного выбора мероприятий по предотвращению прилипания компоновки необходима информация как о механизме и уровне воздействия на процесс, так и о взаимодействии различных мероприятий между собой. Количественная оценка влияния мероприятия осуществляется путем определения сил взаимодействия компоновки со стенкой скважины в целом или величиной таких сил, приходящихся на единицу длины компоновки [3]. Объемной задачей было определение параметров корки (предела текучести, проницаемости, коэффициента трения с учетом наличия в ней шлама, смазывающих компонентов) в широком диапазоне условий. Эти данные были получены как путем анализа опубликованных данных, так и собственных реперных лабораторных исследований. Вопросы влияния на прихваты параметров бурового раствора, таких как щелочность,
технологии
введение полимерных компонентов, регулирование плотности в данной работе не рассматриваются.
Цель ее - показать влияние различных факторов и мероприятий на уровень прихвата компоновки. Для решения задач по разработке мероприятий в конкретных условиях специалистам предлагается учесть готовые выводы, приведенные здесь или в других работах по теме [1, 3]. При недостаточности опубликованных данных для решения задачи следует выполнить определенный цикл исследований и использовать полученные результаты для расчета взаимодействия проектируемой компоновки со стенками скважины в определенном комплексе условий с помощью специализированной программы ЭВМ [4].
Рассмотрено влияние разных параметров и факторов на силы прихвата компоновки вследствие прилипания:
- влияние смазывающих добавок в буровом растворе;
- влияние толщины и твердости (предела прочности) корки;
- влияние диаметра труб;
- влияние длины компоновки и промежуточных опор в ней.
Применение вибраторов в составе компоновки для снижения сил трения труб с коркой не рассматривается, наши исследования показали, что они имеют весьма ограниченную эффективность, зона их влияния не превышает 7 - 15 м.
В процессе работы с бурильной колонной в скважине корка подвергается различным воздействиям, изменяющим ее параметры. При бурении происходят некоторое увеличение перепада давления в скважине из-за гидравлических потерь в затрубном пространстве и фильтрации раствора, но и разрушение корки восходящим потоком раствора и бурильной колонной. При вращении колонны в корку втирается шлам, который удерживается от размыва лучше, чем ее коллоидные фракции. Наибольшей толщины корка может достигнуть во время перерыва в бурении, когда происходит только фильтрация раствора, поэтому вероятность прихвата при спуске бурильной колонны в перерывах при остановке движения и промывки выше, чем при других действиях с ней.
Понятие «средняя толщина» корки является условным, так как из-за неровности рельефа стенки скважины ее толщина изменяется как вдоль скважины, так и по окружности стенки. Тем не менее параметры корки оказывают существенное влияние на процессы, связанные с прихватом. Смазывающие добавки в буровом растворе, в первую очередь на основе жиров и парафинов, оказывают влияние на коэффициент механического трения и на взаимодействие с металлом на молекулярном уровне. При этом относительное снижение коэффициента трения Ктр в самом растворе и на корке различается (он определяется различными
□бъемной задачей было определение параметров корки (предела текучести, проницаемости, коэффициента трения с учетом наличия в ней шлама, смазывающих компонентов) в широком диапазоне условий.
15-20
10-15
5-10
0-5
Рис.
Зенитный угол скважины, градус
1. Зависимость удельной силы прихвата от предела прочности корки и зенитного угла скважины
« 20-25 ■ 15-20
10-15
5-10
0-5
25 20 15 10
5 0
0,002
0,004
0,006
0,008
Предел прочности глинистой корки, МПа
Рис. 2. Зависимость удельной силы прихвата от предела прочности и толщины корки
методами), что в значительной мере обусловлено наличием в корке твердых частиц шлама.
В растворе из бентонитовой глины плотностью 1080 кг при добавке в раствор 1%-ого смазывающего материала BAU DF Lube на основе жиров Ктр составил около 75% от трения без добавки, при 2% BAU DF Lube - 61%. Коэффициент трения по корке с 20% молотого известняка составил 81% и 72% от Ктр без добавки при 1 и 2% BAU DF Lube в растворе соответственно. Для корки с супесью снижение Ктр составило, соответственно, 85 и 74%. Уровни снижения трения между раствором и металлом, между металлом и коркой из этого раствора различны, и это различие определяется видом и количеством шлама в корке. Наличие шлама в корке снижает эффективность смазки на 16 - 22%.
Представляет интерес зависимость удельной силы прихвата на 1 м прилегающей к стенке скважины трубы (без учета гравитационной составляющей веса) от таких параметров корки, как ее толщина, предел прочности при разном зенитном угле. В приведенных графиках показаны данные для перепада давления 3 МПа. На рис. 1 представлена диаграмма зависимости удельной силы от предела прочности корки и зенитного угла для труб диаметром 203 мм в стволе диаметром 300 мм при средней толщине корки 5 мм и коэффициенте трения 0,15. На рис. 2 приведена подобная диаграмма зависимости удельной силы от толщины корки и предела прочности при зенитном угле 20 градусов для такой же трубы и скважины. В этих и последующих диаграммах расчет производился для
2
7
щ
технологии
20-25 15-20 10-15 5-10 0-5
ВС "
Ч
<п о
25 20 15 10 5 0
229 203
Зенитный угол скважины, градус
15-20
10-15
5-10
0-5
3
сс :
д
20
15
10
4 _
Зенитный угол скважины, градус
Рис. 3. Зависимость удельной силы прихвата от зенитного угла и диаметра скважины,
где коэффициент трения 0,15, предел прочности корки 0,006 МПа и ее толщина 5 мм а - диаметр ствола 300 мм; б - диаметр ствола 218 мм
Табл. 1. Результаты расчета сил прихвата при использовании компоновок разной длины с
дополнительными опорами
Диаметр ствола, мм № компоновки Состав компоновки Длина, м Масса, тонн Силы прилипания, кН
1 Ш295.3; двигатель 0240 мм - 7.3 м; телеметрическая система 0240 мм - 7 м; УБТ 0203 мм - 27 м; УБТ 0178 мм - 9 м 51 м 8,8 600
2 Ш295.3; УБТ 0203 мм - 6 м; центратор 0295 мм; УБТ 0203 мм - 30 м; УБТ 0178 мм - 9 м 46 м 17 440
300 3 Ш295.3; двигатель 0240 мм - 7.5 м; телеметрическая система 0240 мм - 75 м; центратор 269 мм; УБТ 0203 мм - 18 м; центратор 269 мм; УБТ 0203 мм - 18 м; центратор 269 мм; УБТ 0178 мм - 18 м 72 м 12,4 150
4 Ш295.3; УБТ 0203 мм - 6
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.