Осложнения при бурении скважин, их предупреждение и ликвидация.
В процессе бурения скважины могут возникнуть следующие осложнения: поглощение промывочной жидкости или тампонажного раствора, нефтегазопроявления через устье скважины (переливы, выбросы, фонтаны) и за пределами устья (грифоны, обваливание и осыпание пород, слагающих стенки ствола, сужение ствола скважины, прихват колонны бурильных труб, растепление многолетнемерзлых пород).
Поглощение буровых и тампонажных растворов.
Поглощение может возникнуть в двух случаях:
1. если в горной породе имеются более или менее крупные раскрытые трещины, каверны или другого рода полости, сообщающиеся друг с другом, а давление, создаваемое на стенки скважины в процессе бурения или цементирования ее, больше пластового в данной породе, т.е.
Рст + Ргд >Рпл,
Где Рст – статическое давление столба жидкости в скважине на данную породу, Па;
Ргд – гидродинамическое давление на ту же породу при спуске колонны труб, восстановлении циркуляции, промывки или цементирования, Па;
Рпл – пластовое давление в породе, Па
2. Если под влиянием давления, создаваемого на стенки скважины, раскрываются естественные микротрещины, которые в нормальных условиях сомкнуты, или происходит гидроразрыв породы и в ней образуются новые трещины, т.е.
Рст + Ргд >Рр,
Где Рр – давление гидроразрыва породы или раскрытия микротрещин, Па.
В случае поглощения промывочной жидкости многократно возрастает расход ее на бурение скважин, замедляется темп углубления скважин, т.к. буровая бригада расходует много времени на приготовление и обработку дополнительных объемов растворов, возрастает стоимость бурения скважины и возрастает опасность нефтегазопроявлений при вскрытых продуктивных горизонтах.
При поглощении статический уровень жидкости устанавливается на несколько десятков, а иногда даже сотен метров ниже устья скважин. Поэтому, снижается противодавление на ее стенки и из пород за более высоким пластовым давлением может начаться приток и переток пластового флюида (нефти, газа или воды), а также осыпание и обваливание неустойчивых горных пород. Таким образом, одно осложнение (поглощение) может вызвать возникновение других.
Естественная трещиноватость, кавернозность, прочность горных пород и пластовые давления – это природные факторы, не зависящие от воли человека, поэтому управлять ими в процессе бурения невозможно.
Предотвратить поглощение возможно путем регулирования давления в скважине, уменьшением проницаемости коллектора в около скважинной зоне и увеличением сопротивления растекания бурового раствора по трещинам породы, например, замена воды на глинистую суспензию малой плотности и с наполнителем.
Причинами возникновения высоких гидродинамических давлений могут служить большая скорость восходящего потока в кольцевом пространстве скважин, высокие реологические параметры бурового раствора, большая скорость спуска колонны труб, запуск насосов на забое без осуществления промежуточных промывок при спуске бурильной колонны, а также поршневой эффект в случае образования сальника на долоте и др.
Поглощение не возникнет при соблюдении условия:
Рст + Ргд ≤ 
,
Где Рп – давление поглощения,
в первом из названных выше случаев Рп=Рпл;
во втором – Рп=Рр.
кб=1,1÷1,3 – коэффициент безопасности.
Если известны пластовое давление и давление разрыва пород, поглощение во многих случаях можно предотвратить, соблюдая соотношения между плотностью промывочной жидкости и скоростями проведения технологических операций, которые нетрудно получить, решив данное уравнение.
Статическое давление в скважине уменьшают снижением содержания твердой фазы бурового раствора, т.е. его плотности.
Гидродинамическое давление снижают уменьшением скоростей технологических операций и реологических свойств бурового раствора. Перед началом восстановления циркуляции в скважине целесообразно разрушить образовавшуюся в промывочной жидкости тиксотропную структуру вращением колонны труб, восстанавливать циркуляцию нужно постепенно увеличивая подачу буровых насосов до заданной величины, в глубоких скважинах производят промывку скважины периодически во время спуска бурильной колонны.
Под интенсивностью поглощения бурового раствора понимают объем поглощенного раствора за единицу времени. Она может колебаться от сотых долей до нескольких десятков литров в секунду.
Поглощение называют полным или катастрофическим, если вся промывочная жидкость, закачиваемая буровыми насосами в скважину, растекается по трещинам породы и на устье скважины не возвращается. Если же часть жидкости вытекает на устье, поглощение называют частичным. При частичном поглощении интенсивность его можно оценить по скорости снижения уровня в металлических приемных емкостях с помощью уровнемеров или мерных реек и секундомера. При полном поглощении интенсивность определяют путем специальных исследований.
Исследования проницаемых горизонтов проводят с целью установления характеристики поглощающих объектов, а именно:
1. границы, т.е. мощности зоны поглощения;
2. пластового давления;
3. интенсивности поглощения;
4. наличие внутрискважинных перетоков;
5. типа коллектора;
6. местоположение и размеры сужений и каверн в скважине;
7. возможность других осложнений и их интервалов (обвалы, проявления);
8. прочность и давление гидроразрыва пород;
9. подготовленность ствола скважины к переходу на промывку другой промывочной жидкостью.
По результат исследований разрабатывают мероприятия по ликвидации поглощения путем выбора метода, техники и технологии с учетом имеющегося опыта, а также по предупреждению поглощений при бурении новых скважин на данной площади в аналогичных разрезах.
Метод наблюдения заключается в контроле за характером изменения механической скорости бурения, работы бурильной колонны (провалы, посадки, затяжки), расходом раствора на входе и выходе из скважины, уровнем жидкости в приемных емкостях параметрами промывочной жидкости, характером, т.е. количеством выноса шлама, а также изучение снимков стенок скважины полученных глубинным фотографированием и телеметрированием. Методы наблюдений, кроме двух последних, просты и не требуют остановки бурения, доступны для выполнения членами буровой бригады.
Геофизические методы исследования производятся специальными подразделениями и связаны с остановкой бурения. Эти исследования осуществляются спуском в скважину на специальном кабеле геофизических приборов, показания которых регистрируются на поверхности. К этим методам относятся кавернометрия и профилеметрия, радиоактивный и акустический каротаж, термометрия и резистивиметрия.
Гидродинамические методы выполняются также с остановкой бурения и основаны на измерении расхода раствора и перепада давления в системе скважина-пласт при доливе. К этим методам относятся оппресовка ствола скважины или отдельных интервалов, расходометрия и прослеживание за изменением положения уровня жидкости в скважине.
Для устранения поглощений, помимо названных выше уменьшения плотности раствора и снижение скорости технологических операций в скважине, применяют следующие способы:
1. Добавляют в промывочную жидкость специальные волокнистые или гранулированные материалы, которые способны закупоривать трещины шириной до 2 мм;
2. Кольматируют каналы поглощения задавливанием в них некоторого объема промывочной жидкости с высоким СНС или быстросхватывающей смеси (БСС);
3. Уменьшают размеры каналов поглощения намывом в них наполнителей из грубозернистых материалов (песок, гравий и т.д.), а затем изолируют их с помощью тампонажных растворов или паст с короткими сроками загустевания или с высокой водоотдачей;
4. Спускают специальные перекрывающие устройства или промежуточные обсадные колонны.
В последнее время широко применяют физико-химические методы основанные на взаимодействии пластовых флюидов, а также горных пород с фильтрами промывочной жидкости и специально закачиваемыми в скважину растворами химических реагентов. В результате этих реакций в порах пласта образуются цементирующие материалы.
Способ изоляции зоны поглощения или комбинацию способов выбирают в зависимости от размеров каналов, интенсивности поглощения и учетом экономической эффективности.
После изоляции зон поглощения целесообразно проверить качество работ оппрессовкой их гидравлическим давлением, примерно равным наибольшему давлению, которое будет действовать на них при цементировании очередной обсадной колонны, т.е. убедиться, что поглощение не возобновится.