Затяжки и прихваты инструментов

Затяжкой называется увеличенное по сравнению с расчетным сопротивление движению инструментов в скважине.

Прихватом называется такое состояние инструмента в скважине, при котором его перемещение в скважине средствами буровой невозможно.

Причины затяжек и прихватов:

1) заклинивание инструмента посторонними предметами;

2) заклинивание инструмента при обвалах в скважине;

3) заклинивание инструмента при сужении ствола скважины;

4) образование желобов в стенках скважины; 5) прилипание инструмента и его прижатие к стенке скважины под действием перепада давления скважина-пласт.

Первые три причины очевидны. Соблюдение технологической дисциплины обычно бывает достаточным для их предупреждения.

Образование желобов характерно для наклонных скважин и скважин, имеющих резкие перегибы ствола. Схема образования желоба показана на рис. 7.4. Из рис. 7.4 видно, что желоб под действием бурильной трубы может образоваться как на нижней, так и на верхней стенках в местах перегиба ствола скважины. В желобах могут быть заклинены элементы бурильной колонны, имеющие больший диаметр, чем бурильные трубы, например, УБТ, опорно-центрирующее устройство и забойный двигатель. Профилактика образования желобов – применение калибраторов для исключения резких перегибов ствола и смазочных добавок к буровому раствору.

Прилипание инструмента под действием перепада давления скважина- пласт является наиболее частой и опасной причиной затяжек и прихвата инструментов. Оно наблюдается при проходке пористых проницаемых пластов.

Схема формирования силы F, прижимающей трубу к стенке скважины, показана на рис. 7.5. При движении инструмент в скважине не имеет постоянного контакта со стенкой скважины. При бурении давление р_с жидкости в скважине больше пластового р_п. Промывочная жидкость фильтруется в пласт и создает на стенке глинистую корку. Вокруг скважины формируется переходная зона, в которой давление постепенно меняется от величины, равной давлению в скважине до величины пластового давления (левый график). Если инструмент оставить в покое, то какая-то его часть будет постоянно в контакте со стенкой. На этом участке фильтрация жидкости прекратится, а давление р_ст на границе скважина-пласт начнет уменьшаться и стремиться к пластовому (правый график).

Рис. 7.5. Давление и сила, действующие на трубу при прихвате инструмента

На трубу начинает действовать прижимающая сила F:

F = (р_с – р_ст) bl, (7.13)

 

где b и l – ширина и длина контакта трубы со стенкой скважины. Под действием силы F труба не только прижимается к стенке, но и вдавливается в фильтрационную (глинистую) корку, увеличивая величину b. Изменение величин р_ст и b вызывает прогрессирующий рост силы F во времени. Сопротивление движению инструмента соответственно увеличивается во времени на величину силы трения F_тр, так как

 

F_тр (t) = fF (t), (7.14)

 

где f – коэффициент трения трубы о фильтрационную корку; t – время.

Меры профилактики вытекают из формул (7.13) и (7.14):

1) в прихватоопасных интервалах нельзя оставлять инструмент в покое более чем на 10 мин;

2) использовать буровой раствор с минимально возможной плотностью, с минимальной толщиной фильтрационной корки и с высокой смазывающей способностью;

3) использовать специальные утяжеленные бурильные трубы с целью уменьшения параметра b (УБТ квадратного сечения, УБТ со спиральными канавками на поверхности трубы).

Освобождение прихваченного инструмента производится путем его расхаживания. Вначале необходимо восстановить циркуляцию бурового раствора. Если циркуляции нет, то вероятность освобождения инструмента весьма мала. Бурильщик делает натяжку инструмента в пределах допустимого усилия на крюке, а затем полностью разгружает инструмент на забой. При этом нижняя часть инструмента теряет продольную устойчивость и частично отрывается от стенки. Постепенно может произойти полное освобождение инструмента. Если в течение 15 мин инструмент не освободился, то устанавливается водяная или нефтяная "ванна": в зону прихвата закачивается вода или нефть с целью разжижения фильтрационной корки и понижения ее липкости. После установки "ванны" вновь проводится расхаживание инструмента. Если инструмент не удается освободить, то свободную часть инструмента отрезают и поднимают. Скважину над зоной прихвата заливают цементом на высоту около 100 м (устанавливают цементный мост). Далее методами наклонного бурения обходят ствол с прихваченным инструментом.