Мелкие искривления

Мелкие искривления уменьшают эффективный диаметр скважины. Когда КНБК находится в сжатом состоянии, она более податлива и может пройти через меньший эффективный диаметр на участке мелких искривлений. Когда колонна находится в растянутом состоянии, КНБК становится более жесткой и расклинивается в интервале последовательных мелких искривлений.

Обычно заклинивание в мелких искривлениях происходит при подъеме инструмента, но очень жесткие КНБК и обсадные колонны могут заклиниться и при спуске.

Это можно наглядно продемонстрировать, наклоняя стол под разными углами и ставя на него стакан или чашку (рис. 10-14).

Henry Woods и Arthur Lubinski выявили это обстоятельство в 1954 г. и показали, что величина поперечных отклонений долота, в результате которых возникает большая часть мелких искривлений, определяется диаметром УБТ, установленной непосредственно над долотом (рис. 10-15).

Минимальный эффективный диаметр долота = ¹/₂ * (размер долота + наружный диаметр УБТ)

(10.2)

Чередование твердых и мягких пород может также привести к образованию резких искривлений ствола, даже если траектория скважины остается относительно прямолинейной. Чередование твердых и мягких пород приводит к биению долота, если оно не стабилизировано должным образом. В результате уменьшается эффективный диаметр скважины. Недостаточно жесткая бурильная колонна может пройти через эти резкие искривления в сжатом состоянии, но может заклиниться в них в растянутом состоянии.

Обсадная колонна или большая КНБК может не пройти эти резкие искривления.

Мелкие искривления встречаются все чаще. Частично это объясняется возрастающим масштабом использования небольших КНБК.

Небольшие компоновки более гибкие и легче изгибаются при бурении. Кроме того, все шире используются верхние приводы, с которыми можно бурить дольше без приподъема колонны для наращивания, и проще войти в опасный интервал. Мелкие искривления встречаются обычно там где в разрезе чередуются пласты с разной твердостью, бурение производят 90-футовыми свечами с недостаточно жесткими КНБК при больших осевых нагрузках на долото. В 1990-ые годы стремились уменьшить размер КНБК и бурить удлиненными свечами. Очень часто опасность не замечали, пока не происходил прихват во время приподъема колонны для наращивания.

Большие КНБК позволяют избежать образования мелких искривлений, но их использование в сильнонаклонных скважинах может привести к осложнениям из-за скоплений шлама и большого сопротивления продольному перемещению колонны. При использовании небольших нестабилизированных КНБК возможно биение долота, которое ведет к износу его зубьев и подшипников. Если долото не удерживается на оси скважины, зубья будут неравномерно поражать забой и быстро изнашиваться. Если произойдет изгиб УБТ, нагрузка будет распределяться по подшипникам неравномерно. Таким образом, подшипники и хвостовик будут испытывать усталостные нагрузки (рис. 5-2), что ведет к ускоренному износу. Большие УБТ и стабилизаторы помогают избежать этих проблем.³

Когда следует ожидать заклинивания в мелких искривлениях

Заклинивания в мелких искривлениях происходят обычно при приподъеме бурильной колонны для наращивания или при спуске обсадной колонны или более жесткой компоновки. Ожидать заклинивания в мелких искривлениях следует при наличии следующих условий:

• Вскрыты чередующие пласты мягких и твердых пород. При переходе из одного пласта в другой долото обычно отклоняется. Эта проблема усугубляется с уменьшением отношения диаметра УБТ к диаметру долота.

• Используются недостаточно жесткие или нестабилизированные КНБК при больших осевых нагрузках на долото. Если создается слишком большая осевая нагрузка на долото для данного диаметра УБТ, то произойдет изгиб УБТ и долото начнет двигаться по винтовой линии.

• Используются нестабилизированные или небольшие по отношению к размеру долота УБТ. Если естественная тенденция к поперечному отклонению долота не ограничивается, то минимальный эффективный диаметр скважины будет меньше.

• Часто изменяется направление бурения наклонно-направленной скважины.

Признаки заклинивания в мелких искривлениях

К признакам заклинивания в мелких искривлениях можно отнести и условия, благоприятные для их образования:

• Постоянные изменения механической скорости бурения являются признаком проходки чередующихся пластов твердых и мягких пород.

• Возрастание крутящего момента и сопротивления продольному перемещению колонны при приподъеме колонны для наращивания указывает на возможность наличия мелких искривлений.

• Возрастание крутящего момента при бурении может быть признаком наличия резких мелких искривлений. Как мы помним, бурильная колонна является более жесткой в растянутом состоянии, чем в сжатом. Когда бурильную колонну приподнимают с забоя с вращением, возрастает крутящий момент, обусловленный наличием мелких искривлений. При бурении часть крутящего момента обусловлена взаимодействием долота с забоем, и часть ­трением колонны о стенки скважины. Об интенсивности мелких искривлений можно судить, сравнивая значения крутящего момента, когда долото находится на забое, и когда оно приподнято над забоем.

• Как предпосылка - многократные изменения направления бурения или отклонения забойного двигателя.

Предотвращение заклинивания в мелких искривлениях

Наилучший способ предотвратить заклинивание в мелких искривлениях - это, прежде всего, не допускать образования мелких искривлений.

• Свести к минимуму число изменений направления бурения. Можно выполнять последовательные зарезки через каждую свечу, а не через каждые 30 футов.

• Избегать больших осевых нагрузок на долото при работе с недостаточно жесткими КНБК.

• Частые проработки снизу вверх при бурении через чередующиеся твердые и мягкие породы поможет сгладить уступы на участке образовавшихся мелких искривлений. Перед спуском более жесткой КНБК или обсадной колонны в интервал, где предполагается наличие мелких искривлений, нужно проработать этот интервал. Проработка дает возможность увеличить минимальный эффективный диаметр ствола.

• Бурильщик должен знать, где находится КНБК по отношению к предполагаемым мелким искривлениям, и двигаться через них медленно и осторожно.

Освобождение колонны, заклинившейся в мелких искривлениях

При любом прихвате на участке со сложной геометрией технология освобождения бурильной колонны предусматривает расхаживание колонны и удары яссом в направлении, противоположном тому, в котором двигалась колонна до прихвата. Поскольку бурильная колонна является более жесткой в растянутом состоянии, чем в сжатом, то заклинивание в мелких искривления более вероятно при подъеме колонны. Однако колонна может быть прихвачена и при спуске, особенно если речь идет о бурильной колонне с более жесткой компоновкой или об обсадной колонне.

Как мы помним, растягивающие и скручивающие напряжения суммируются. Прикладывать большой крутящий момент можно только при ударах яссом вниз, но не при ударах вверх.