В настоящее время нет единого мнения в отношении классификации прихватов — одни относят прихваты к авариям, другие классифицируют их как осложнения. Будем считать, что прихват — это осложнение, вызван­ное в большинстве случаев нарушением технологии бурения. Иногда при попытке устранить прихват из-за неправильно принятых мер осложнение переходит в аварию. Поэтому часто прихваты и классифицируют как ава­рии.

В основном прихваты бурильных и обсадных колонн происходят по следующим причинам.

1. Вследствие перепада давлений в скважине в проницаемых пластах и
непосредственного контакта некоторой части бурильных и обсадных ко­
лонн со стенками скважины в течение определенного времени.

2.     При резком изменении гидростатического давления в скважине из-
за выброса, водопроявления или поглощения бурового раствора.

3.     Вследствие нарушения целостности ствола скважины, вызванного
обвалом, вытеканием пород или же сужением ствола.

4.     В результате образования сальников на долоте в процессе бурения
или при спуске и подъеме бурильного инструмента.

5.     Вследствие заклинивания бурильной и обсадной колонн в желобах,
заклинивания бурильного инструмента из-за попадания в скважину посто­
ронних предметов, заклинивания нового долота в суженной части ствола
из-за сработки по диаметру предыдущего долота.

6.     В результате оседания частиц выбуренной породы или твердой фазы
бурового раствора при прекращении его циркуляции.

7.     При неполной циркуляции бурового раствора через долото за счет
пропусков в соединениях бурильной колонны.

8.     При преждевременном схватывании цементного раствора в кольце­
вом пространстве при установке цементных мостов.

9. При отключении электроэнергии или выходе из строя подъемных двигателей буровой установки.

Для предупреждения прихватов необходимо:

1) применять высококачественные буровые растворы, дающие тонкие
плотные корки на стенках скважин;

2)     обеспечивать максимально возможную скорость восходящего пото­
ка раствора; перед подъемом бурильной колонны промывка скважин долж­
на производиться до полного удаления выбуренной породы и приведения
параметров раствора в соответствии с указанными в ГТН;

3)     обеспечивать полную очистку бурового раствора от обломков выбу­
ренной породы;

4)     регулярно прорабатывать в процессе бурения зоны возможного ин­
тенсивного образования толстых корок;

5)     утяжелять буровой раствор при вращении бурильной колонны;

6)     следить в глубоких скважинах за температурой восходящего по- то­
ка   раствора,   так  как  ее   резкое   снижение   свидетельствует  о   появле­
нии размыва резьбовых соединений в колонне бурильных труб выше до­
лота;

7)     при вынужденных остановках необходимо:

а)  через каждые 3 — 5 мин расхаживать бурильную колонну и провора­
чивать ее ротором;

б)   при  отсутствии   электроэнергии   подключить  аварийный  дизель-
генератор и бурильную колонну периодически расхаживать; при его отсут­
ствии бурильный инструмент следует разгрузить примерно на вес, соответ­
ствующий той части колонны труб, которая находится в необсаженном ин­
тервале ствола, и прекратить промывку, периодически возобновляя ее при
длительной остановке;

в)  в случае выхода из строя пневматической муфты подъемного меха­
низма следует немедленно установить аварийные болты и расхаживать бу­
рильную колонну или поднять ее;

8) для предотвращения прихвата бурильной колонны при использова­
нии утяжеленного бурового раствора следует систематически применять
профилактические добавки: нефть (10—15 %), графит (не более 0,8 %), по­
верхностно-активные вещества  (например, сульфонол в виде  1— 3%-ного
водного раствора, смазочные добавки СМАД-1 (до 3 %) и СГ (до 2 %). Под­
бор рецептур в каждом определенном случае должен уточняться лаборато­
рией. При бурении разведочных скважин добавлять нефть и другие добав­
ки на нефтяной основе не рекомендуется, чтобы не исказить представле­
ние о продуктивности горизонтов.

В практике бурения применяют ряд методов ликвидации прихватов бурильных и обсадных колонн.

Затяжки и небольшие прихваты обычно ликвидируют путем расхажи-вания (многократное, чередующееся опускание и поднимание колонны) и проворачивания ротором бурильной колонны. Величина усилия, которое прикладывается к трубам во время расхаживания, может намного превы­шать собственный вес колонны и лимитируется прочностью труб и талевой системы. Перед выполнением этих работ должно быть проверено состоя­ние вышки, талевой системы, лебедки и их прочность, а также состояние индикатора веса. Если расхаживанием не удается ликвидировать прихват, а циркуляция промывочной жидкости не прекратилась, прибегают к уста­новке нефтяной, водяной или кислотной ванны.

Необходимое количество нефти (кислоты или воды) для ванны опреде­ляют по формуле

С\ = 0,785(Д2 —Dj)Hl + 0,785D2H2,

где Oi — количество нефти (кислоты или воды) в м3; D\ — диаметр сква­жины в м; Н\ — высота подъема нефти (кислоты или воды) в затрубном пространстве в м; D2 — внутренний диаметр труб в м; Н2 — высота столба нефти (кислоты или воды) в трубах в м; D3 — наружный диаметр труб в м.

Практика производства нефтяных ванн в скважинах, где бурили с промывкой забоя водой и скважина заполнена водой, показала, что нефть очень быстро всплывает. В этих случаях, чтобы получить эффект от нефтя­ной ванны, необходимо перед и после закачки нефти прокачать по не­сколько кубометров бурового раствора. Раствор ограничивает скорость всплывания нефти, и нефтяная ванна дает результат.

Для освобождения прихваченных бурильных колонн и устранения за­клинивания долота, турбобуров в карбонатных, глинистых и других поро­дах, поддающихся действию кислоты, применяют кислотную ванну. Водя­ная ванна эффективна, когда замена глинистого раствора нефтью может привести к выбросу; если в зоне прихвата встречены обваливающиеся гли­ны, особенно когда бурильная колонна прихвачена или заклинена в отло­жениях магниевых и натриевых солей.

Во время производства ванн некоторое количество нефти (кисло­ты или воды) необходимо оставлять в трубах с тем, чтобы периодически (через 1 — 2 ч) подкачивать нефть (кислоту или воду) в затрубное простран­ство.

Установка нефтяных ванн сопряжена с возможностью возникновения пожара. Для предупреждения его нужно провести тщательную работу по подготовке всего оборудования для безопасных работ, обращая особое внимание на устранение очагов пожара под полом буровой, в зоне устья скважины, в лебедке.

Чтобы успешно провести операцию по установке ванны, необходимо правильно установить расстояние от места прихвата до устья скважины, т.е. глубину прихвата. В промысловой практике глубина прихвата обычно определяется по величине удлинения свободной неприхваченной части бу­рильных труб при расхаживании бурильной колонны. Для определения длины свободной части колонны бурильных труб по их удлинению посту­пают следующим образом.

1.      Натягивают колонну с усилием Р1г которое на 5 делений превышает
показание индикатора, соответствующее полному весу колонны до прихва­
та, и делают на ведущей или бурильной трубе отметку.

2.      Производят дополнительную натяжку на 5 делений по индикатору
веса и сейчас же снижают ее до первоначальной, сделав вторую отметку на
ведущей трубе. Разница в первых двух отметках объясняется трением в
роликах талевой системы.

3.      Делят расстояние между первыми двумя отметками пополам и счи­
тают среднюю черту верхней отметкой началом отсчета.

4.      Прикладывают к колонне силу Ръ которая на 10 — 20 делений пре­
вышает Pi, и делают на ведущей трубе новую отметку.

5.      Производят дополнительную натяжку на 5 делений выше и сейчас
же снижают нагрузку до Ръ сделав на ведущей трубе вторую отметку. Раз-

делив расстояние между двумя отметками пополам, получают нижнюю от­метку для отсчета величины удлинения труб.

6. Измеряют расстояние между верхней и нижней отметками, которое и дает искомое удлинение свободной неприхваченной части бурильных труб.

Свободную длину колонны, расположенную выше места прихвата, оп­ределяют по формуле

I = k∆l,

где А/ — удлинение при нагрузке Р2
— Pi в см; к — коэффициент, опреде­ляемый по табл. 8.8 в зависимости от размера труб и разности Р2 — Р\ (по Н.А. Сидорову и Г.А. Ковтунову).

К сожалению, описанный выше способ определения длины свободной от прихвата части бурильной колонны дает значительную погрешность.

Более точно место прихвата можно установить прихватоопределите-лем. Прихватоопределитель (рис. 8.12) состоит из электромагнита 1, поме­щенного в герметичный корпус 2 из немагнитного материала. Электромаг­нит изолируется от внешней среды головкой 3 и днищем 4. Последние од­новременно являются соответственно верхним и нижним полюсами элек­тромагнита. В головке 3 размещаются ввод и узел закрепления каротажно­го кабеля.

Работа прихватоопределителя основана на свойстве ферромагнитных материалов размагничиваться при деформации предварительно намагни­ченных участков. В зону предполагаемого места прихвата спускают прибор для получения характеристики намагниченности прихваченных труб. Затем производят первый контрольный замер в месте прихвата. Далее в зоне прихвата устанавливаются контрольные магнитные метки путем подачи тока через электромагнит на участки колонны, расположенные друг от дру­га на 10 м. При этом на каждом участке намагничивается отрезок трубы длиной 15 — 20 см.

Вторым контрольным замером записывается кривая магнитной индук­ции вдоль всего участка, где установлены магнитные метки. Последние на кривой магнитной индукции выделяются четкими аномалиями. На диа­грамме меньшими аномалиями отбиваются также замки и муфты.

После этого прихваченную колонну труб расхаживают непродолжи­тельное время, при этом металл неприхваченных труб испытывает дефор­мацию, в результате которой магнитные метки пропадают. В зоне прихвата магнитные метки не исчезают, так как этот участок не деформируется.

Таблица  8.8

 

Диаметр	Толщина	Значение коэффициента к при разности нагрузок Рг —	Ð1, êÍ
бурильных	стенки,
труб, мм	мм	50	100	150	200	250	300	350
	8	17 200	8600	5733	4300	3440	2866	2457
168	9	19 757	9878	6586	4939	3951	3293	2822
	11	23 461	11 730	7820	5865	4692	3910	3351
	8	14 553	6276	4851	3638	2911	2426	2078
141	9	16 317	8159	5439	4079	3263	2720	2331
	11	19 713	9857	6571	4928	3943	3286	2816
114	8	11 48118	5909	3939	2955	2364	1970	1688
	10	14 553	7276	4851	3638	2911	2426	2079
89	9	9878	4939	3293	2470	1976	1646	1411
	11	11 819	5910	3940	2955	2364	1970	1688

Рис. 8.12. Прихватоопределитель

Третьим контрольным замером определяют уча-сток, где магнитные метки не исчезли, т.е. определяют интервал прихвата.

Если нефтяная (кислотная или водяная) ванна не дала положительных результатов, прибегают к сплош­ной промывке нефтью или водой. Сплошная промывка водой возможна при бурении в устойчивых породах. При переходе на сплошную промывку нефтью следует избегать резкого перехода от бурового раствора к неф­ти, так как для подъема тяжелого глинистого раствора в затрубном пространстве и для движения легкой нефти внутри бурильных труб потребуется высокое давление.

Циркуляция нефти в скважине имеет ряд отрица­тельных сторон: нарушает глинизацию стенок скважи­ны, создает опасность нефтяного или газового выброса.

В последнее время ВНИИБТ и НИИ механики Мо­сковского государственного университета разработан способ ликвидации прихватов колонны труб, получив­ший название гидроимпульсного способа (ГИС). Спо­соб основан на возбуждении упругих волн разгрузки в материале колонны труб и жидкости, заполняющей скважину, путем резкого снятия предварительно созданных в них напряжений.

Предварительные напряжения в материале колон­ны труб и жидкости создают путем воздействия на пе­рекрытый диафрагмой верхний торец колонны избы­точного давления, возникающего в полости труб после замещения  находящегося  в  колонне  раствора  облег­ченной жидкостью,  например  водой.  Величина этого избыточного  давления Ар  зависит от  разности  плотностей жидкости  в трубном и затрубном пространствах и глубины погружения уровня раздела этих сред в колонне; ее определяют по формуле

∆p = (γ1 — y2)H-g,

где Yi и у2
~ соответственно плотность жидкости в затрубном и трубном пространствах; Н — глубина погружения уровня раздела жидкостей в ко­лонне.

Возникшее избыточное давление Ар, действуя на закрытый диафраг-менной пластинкой верхний торец колонны, создает растягивающую силу, равную

G = ∆pS,

где S — площадь сечения полости колонны.

Под действием этой силы в части колонны, расположенной над местом прихвата, возникают осевые растягивающие напряжения, которые можно определить по формуле

а = G/F,

для F — площадь сечения материала колонны. Для применения способа необходимо:

1) установить место прихвата и зафиксировать вытяжку отметкой на
колонне;

2)       произвести форсированную промывку ствола скважины высокока­
чественным буровым раствором в течение 1,5 — 2 циклов;

3)       при помощи переводников и патрубков из УБТ подобрать длину ин­
струмента так, чтобы верхний конец колонны при нагрузке, равной собст­
венному весу инструмента, выступал над ротором не более, чем на 40 —
50 ñì;

4)       установить в диафрагменной камере наголовника тарированную на
расчетное давление диафрагму;

5)       установить на верхнем конце колонны труб над ротором соответст­
вующий наголовник;

6)       подключить два отводных патрубка от заливочной головки к цемен­
тировочным агрегатам, а всасывающую линию агрегатов соединить с емко­
стью, заполненной технической водой, и опрессовать нагнетательную ли­
нию на давление, превышающее расчетное Ар на 25 %;

7)       закачать агрегатами в полость колонны труб расчетный объем об­
легченной жидкости, например воды, до получения расчетного давления Ар,
необходимого для разрыва диафрагмы в наголовнике. При этом произойдет
выброс порции облегченной жидкости из открывшегося торца колонны
труб в атмосферу;

8)       после выброса в атмосферу порции облегченной жидкости закрыть
задвижку на наголовнике при помощи дистанционного устройства;

9)       непосредственно после закрытия задвижки расхаживать инструмент
в течение 5—10 мин с усилием, не превышающим 20 тс собственного веса;

10)          если  прихват  не  ликвидирован,   необходимо  установить  новую
диафрагму и повторить цикл 5 — 6 раз;

11)          если после этого не произойдет частичной ликвидации прихвата
(не уменьшится длина прихваченной части инструмента), необходимо:

а)   увеличить величину Ар за счет использования гидродинамических
сопротивлений колонны труб при закачке облегченной жидкости;

б)   вызвать обратный переток жидкости из затрубного пространства в
полость колонны труб, открывая краны на нагнетательной линии и прини­
мая в емкость агрегатов не более 3 — 6 м3 облегченной жидкости, после чего
переток прекратить.

Описанный цикл следует проводить не более трех раз. При вызове об­ратного перетока необходимо закачивать в затрубное пространство буро­выми насосами промывочную жидкость с параметрами, предусмотренными ГТН для поддержания первоначальной величины гидростатического давле­ния в скважине.

ГИС не применяют, если плотность находящейся в скважине промы­вочной жидкости менее 1350 кг/м3 (1,35 г/см3); целостность и герметич­ность колонны труб нарушена; затрубное (кольцевое) пространство сква­жины завалено крупными обломками горных пород.

Для освобождения прихваченного инструмента используют также ясс ударный (ЯУ). Он предназначен для освобождения прихваченного буриль­ного инструмента нанесением по нему осевых ударов, расхаживанием и

путем отбивания ротором. Иногда применяют ясс ударно-вибрационный (ЯУВ). Он предназначен для освобождения прихваченного бурильного ин­струмента нанесением по нему осевых ударов, направленных сверху вниз, или же созданием вибрации в колонне вращением бурильного инструмента под натяжением.

Достаточно эффективным способом ликвидации прихватов является резкое встряхивание колонны с помощью забойных гидроударников, виб­раторов, взрыва шнурковых торпед малой мощности. В последнем случае ударная волна, проходя через резьбовое соединение трубы, вызывает рез­кое его ослабление. Если перед взрывом на трубы был приложен обратный вращающий момент, а резьбовое соединение было разгружено от веса вы­шележащих труб, то при взрыве происходит открепление резьбового со­единения, находящегося против торпеды, которое затем легко отвинчивают ротором. Этот метод позволяет в большинстве случаев освобождать трубы, находящиеся выше места прихвата.

Если, несмотря на принятые меры, бурильную колонну освободить не удается, ее развинчивают по частям при помощи бурильных труб с левой резьбой. При развинчивании прихваченной части приходится вначале рас-фрезеровывать сальник, образовавшийся вокруг труб. Этот процесс очень длителен и мало эффективен. Поэтому, если для извлечения прихваченной части бурильной колонны требуется много времени, обычно ее оставляют в скважине и обходят стороной. Такое отклонение ствола, называемое «ухо­дом в сторону», производят, используя методы бурения наклонных сква­жин.