Ключевые слова: прихват трубы, бурение, прогнозирование, методы, трубы, колонны.
Термин «прихват трубы» означает ситуацию, когда происходит остановка скважины из-за технических или геологических трудностей, таких как невозможность поднять буровую колонну или поддерживать циркуляцию бурового раствора. В худшем случае это может привести к потере всего колодца. Геологическая природа породы, такая как ее состав и конкретный интервал, в течение которого происходит закупорка, имеют решающее значение для риска прихвата трубы. Кроме того, также подчеркивается роль бурового раствора, который должен быть адаптирован к геологическим условиям в его разработке и выборе, чтобы избежать проблем [3].
Другим техническим аспектом является температура в месте контакта долота при резке породы, где возникают высокие температуры, которые могут вызвать дополнительную нагрузку на буровой раствор и повлиять на его качество [5].
Таким образом, указывается на сложные взаимодействия между геологическими, инженерными и химическими факторами, которые необходимо учитывать при бурении скважин, чтобы избежать таких проблем, как прихват трубы, или своевременно устранить их. Существуют сложные причины и обстоятельства, которые могут привести к так называемому «заеданию» при бурении, и особенно подчеркивается человеческий фактор, а также различные технические и геологические аспекты [9]. Попадание может быть вызвано недостатком или избытком смазочных материалов, особенно при резких углах сверления, выбор смазочных материалов и обращение с ними играют решающую роль в предотвращении таких проблем. Следует отметить, что перед приемкой операции по спуску, как правило, вызывают затяжки, которые увеличивают крутящий момент на роторе, что может быть вызвано различными факторами, такими как обрушение породы или попадание инструмента в большие полости, возникающие в результате бурения в нестабильной породе без надлежащей техники спуска [18].
Следует подчеркнуть, что к каждому приему следует относиться индивидуально, поскольку его причины и последствия различаются в каждом конкретном случае. Для устранения засорения используются различные инструменты и химические реагенты, химические жидкости необходимо перекачивать в расчетный интервал, чтобы устранить засорение. В частности, при бурении глубоких скважин необходимо учитывать множество факторов, таких как вес крючка, длина и состав буровой колонны, а также конкретные параметры раствора, в котором произошел прием. Кроме того, рассматриваются потенциальные геологические осложнения в изучаемом интервале, которые также необходимо учитывать при поиске решения [17].
Перечислим различные типы прихвата трубы, каждый из которых представляет разные причины или подходы к решению проблемы включения: дифференциальные, радиальные, механические и геологические прихваты, причем каждая из категорий сопряжена с различными техническими проблемами и подходами к решению проблем [1].
На сегодняшний день описываются причины появления «столбов и труб» при бурении скважин и объясняется, что почти 30 % запусков в глубокие скважины устраняются путем бурения нового ствола. Причины возникновения засоров или трудностей при бурении включают несколько факторов, в том числе длительное нахождение буровой колонны в скважине без вращения, что может привести к прилипанию буровой колонны к стенкам скважины. В качестве возможных причин возникновения завалов называются также слишком низкая скорость подъема в забое, потеря веса раствора, а также кривизна ствола скважины и перепад давления. Кроме того, заклинивание в желобах и другие физические факторы могут привести к данным проблемам [10].
Вдобавок ко всему затяжками называются сальниковые уплотнения, возникающие при подъеме бурильных труб, когда буровая колонна отрывается от стенок скважины, что может привести к засорению. Тип закупорки особенно характерен для глинистых пород и в промежутках, когда толстая глинистая кора встречается с проницаемыми породами [3].
Таким образом, разъясняется множество факторов, которые могут вызвать проблемы при бурении, и подчеркивается сложность различных причин и последствий засоров.
Отмечаются различные факторы воздействия и технические проблемы, которые могут возникнуть при бурении скважин, а также подробно анализируются причины и последствия засоров и нарушений в процессе бурения.
Существует множество возможных нарушений и завалов, которые могут возникнуть во время бурения скважин, и указывается, как технические и геологические факторы взаимодействуют друг с другом, влияя на процесс бурения.
Другим распространенным методом уменьшения липкости корки и решения проблем, связанных с затягиванием бурильных труб, является добавление графита серебра в буровой раствор. Рекомендуемое количество составляет от 0,8 до 1,5 % от отношения веса к объему [11].
Графит серебра действует как смазка и помогает уменьшить статическое трение между буровой колонной и стенками скважины, что значительно снижает вероятность образования завалов [15].
В заключение делается упор на химическую оптимизацию бурового раствора для повышения как эффективности, так и безопасности процесса бурения. Особо подчеркивается важность правильного выбора добавок и их дозировки для минимизации негативных побочных эффектов, таких как повышенная вязкость. Далее на рисуке 1 отобразим один из прихватов – радиальный.
На сегодняшний день существуют различные методы прогнозирования приема бурильных труб, основанные преимущественно на мониторинге и анализе веса технологического инструмента (нагрузки на крюк) и глубины долота с последующим сравнением значений с показателями, прогнозируемыми моделями адаптивной и линейной регрессии. Если фактический вес технологического инструмента превышает прогнозируемые номинальные значения для данной глубины долота, выдается предупреждение, указывающее на высокую вероятность опасности зацепления или засорения. Данный метод обеспечивает относительно простой способ мониторинга процесса бурения путем раннего выявления потенциальных проблем, но он также имеет существенные ограничения, поскольку основан исключительно на параметрах веса и глубины инструмента без учета других критических факторов [6].
Существенным недостатком метода прогнозирования проблем бурения является то, что он не включает в прогноз такие важные параметры, как реологические и технологические свойства бурового раствора, которые существенно влияют на процесс образования завалов или событий прихвата трубы.
Для обеспечения точного и правильного прогнозирования необходимо установить пороговое значение веса технологического инструмента после определенного расстояния установки инструмента, например после 100 метров, на основе анализа среднего веса инструмента. Однако шаг требует ручного участия квалифицированного персонала и не может выполняться автоматически [7].
Кроме того, существует еще один известный метод прогнозирования расхода бурильной трубы, в котором используется прототип, включающий выбор значений для режимов бурения. Значения служат косвенными показателями технического состояния бурильных столбов. После выбора соответствующих значений выполняется расчет шага параметров, который затем сравнивается с эталонными значениями. Если текущие значения параметров превышают установленные пределы контрольных значений, также генерируется сообщение, предупреждающее о потенциальном риске заражения. Данный метод используется не только для контроля спуска и подъема бурильной трубы, но и для проходки, промывки и бурения, что означает, что он позволяет осуществлять непрерывный мониторинг всего процесса бурения [13].
В целом отмечается сложность и различные подходы к прогнозированию и предотвращению прихвата бурильных труб, подчеркивая как преимущества, так и недостатки различных методов мониторинга и анализа процесса бурения. Описанные процедуры могут выявить возможные проблемы на ранней стадии, но требуют точной калибровки и интеграции всех соответствующих технических и реологических параметров для обеспечения правильного и надежного прогнозирования. Подробный анализ и дальнейшая разработка прогнозной модели необходимы для обнаружения и предотвращения неполадок в процессе бурения, а также освещения существующих проблем и ограничений различных методов.
Существенным недостатком используемых в настоящее время методов прогнозирования является то, что результаты часто неточны, поскольку модель имеет высокую чувствительность к данным о шуме, что может привести к прогнозированию поглощения в течение периода времени, в течение которого оно уже произошло [14].
Учитывая ограничения, техническая задача изобретения сформулирована для разработки модели искусственной нейронной сети, которая может в режиме реального времени прогнозировать включение колонны бурильных труб в процессе бурения, обеспечивая таким образом раннюю идентификацию рисков и повышенную оперативность реагирования. Целью технического результата является значительное повышение надежности прогнозов и диагностики состояния колонны бурильных труб с точки зрения риска прихвата, что должно быть достигнуто с помощью улучшенной модели.
Процедура прогнозирования поглощения бурильной трубы описывается следующим образом: сначала создается набор данных о поглощении, полученных из уже пробуренных скважин. Затем набор данных помечается, сегментируется и сортируется по соответствующим характеристикам. Далее выполняется нормализация значений набора данных с последующим разбиением набора данных на мелкие мини-наборы данных. На основе искусственной нейронной сети разрабатывается модель прогнозирования, которая улучшается за счет обучения с помощью мини-наборов. Модель проверяется как с помощью обучающих, так и тестовых данных, а ее качество оценивается с использованием полного набора данных перекрестной проверки, чтобы гарантировать, что она может давать надежные прогнозы [7].
Основная причина возникновения заносов бурильных труб и других нарушений в процессе бурения объясняется геологическими осложнениями скважин, а также несоответствием между свойствами и составом бурового раствора и используемым режимом промывки [2]. Следует отметить, что упругое удлинение играет важную роль в определении точки, в которой буровая колонна больше не может свободно перемещаться. В контексте конкретного инцидента описывается скважина, которая достигла глубины 1699 метров и в которой произошла потеря подвижности ствола после переворачивания ведущей бурильной трубы и подрыва шпонок [13].
Геологические факторы, часто непредсказуемые или переменные, а также недостаточная адаптация бурового раствора к конкретным геологическим условиям могут увеличить риск выхода бурильных труб, что делает необходимость в точных методах прогнозирования еще очевидней [8].
В заключение отметим, что показано, как точное и надежное прогнозирующее моделирование с помощью искусственных нейронных сетей может помочь улучшить технологию бурения и избежать таких проблем прихвата бурильных труб. Благодаря точному учету геологических и технологических параметров модель может значительно улучшить стандарты безопасности и эффективности процесса бурения.
Стоит заметить, что техническое исследование, при котором верхняя граница прихвата трубы, то есть точка, в которой буровая колонна ограничена в диапазоне движения механической нагрузкой, определяется путем расчета свободной части колонны с учетом ее упругого удлинения из-за растягивающей нагрузки, причем растягивающая нагрузка превышает собственный вес колонны. Инцидент иллюстрирует практический пример, когда критическое ограничение подвижности произошло из-за сочетания механических нагрузок и, возможно, недостаточной свободы перемещения бурильной колонны в скважине. Упоминание «восстановление скважины» и «спуск скважины» указывает на технически сложный этап бурения, который может осложниться непредвиденными механическими проблемами, такими как блокировка или зависание буровой колонны. Алгоритм учитывает ряд методов и технических подходов для контроля и предотвращения прихвата трубы в процессе бурения, особое внимание уделяется предотвращению и эффективному управлению такими инцидентами.
Контроль крутящего момента и скорости вращения, включая создание схемы соединения, представлен в качестве основного метода обеспечения высококачественного соединения с использованием современных технологий, таких как датчики, играющие центральную роль [20].
Датчики измеряют и регистрируют важные параметры: крутящий момент, выбранная передача, а также количество и скорость ввинчивания, передают собранные данные по радио в модуль управления, отвечающий за оценку и управление. Технологическая поддержка обеспечивает точный мониторинг процесса сверления, что помогает своевременно обнаруживать и предотвращать образование заусенцев.
Однако на эффективность мер по устранению прихвата трубы в значительной степени влияет тип и признаки появления прихвата. Существует ряд методов, которые не требуют наличия буровой бригады и дополнительных материалов или оборудования, обеспечивающих быстрое и ресурсосберегающее решение. Если этого недостаточно, второй этап включает освобождение колонны, не выпуская ее за верхнюю границу прихвата трубы, и в дальнейшем используются трудоемкие процедуры, такие как отделение колонны с интервалом прихвата трубы с помощью ударных механизмов или удаление пыли с прихваченной колонны, а также удаление ее по частям.
Дополнительные процедуры также включают установку цементного моста для обеспечения устойчивости скважины и устранения заедания бурильной трубы. Решающим моментом в профилактике прихвата является раннее обнаружение начала определенного вида прихвата трубы, которого можно избежать, своевременно приняв меры [13].
Различные методы предотвращения прихвата трубы обеспечивают безопасность без больших затрат труда или материалов, однако трудно обнаружить ранние признаки появления прихвата трубы, поскольку они могут различаться в разных ситуациях, условиях и операциях и часто требуют детальной интерпретации. Однако правильная интерпретация признаков возможна только при учете множества влияющих факторов, что часто не может быть полностью гарантировано в существующих условиях.
Итак, в современных событиях особое внимание уделяется разработке методов прогнозирования и диагностики прихвата трубы, которые позволяют систематически учитывать соответствующие влияющие факторы. Сводя к минимуму ошибочную интерпретацию характеристик и своевременное обнаружение прихвата трубы, можно снизить вероятность возникновения непредвиденных ситуаций и повысить эффективность всего процесса бурения. Стоит отметить, что данный фактор помог бы не только снизить экономические затраты, но и оптимизировать технические и технологические показатели процесса бурения, в частности за счет значительного сокращения времени, необходимого для ликвидации прихвата трубы.
Литература
1. Денисов В.В., Иванова Т.Н. Анализ и устранение прихватов как один из способов снижения аварийности при бурении // Управление техносферой, 2022, том 5, выпуск 4. С. 399–407.
2. Исмаилзаде, Т.В. Обзор проблем прихвата трубы и ее прогнозирования [Электронный ресурс] / Т.В. Исмаилзаде. Молодой ученый. 2022. № 21 (416). С. 27–30.
3. Латыпов А.М. Ликвидация прихватов колонны труб установкой ванны с низким значением поверхностного натяжения // Инновационные исследования: опыт, проблемы внедрения результатов и пути решения: сб. ст. между-нар. науч.-практ. конф., Киров, 15 ноября 2020 г., ООО «Аэтерна». – Уфа, 2020. – С. 27–31.
4. Сафиуллин Л.А., Семененко А.Ф. Способы ликвидации прихвата бурильных колонн, также как и их выбор. «Трибюн Чикаго», 2020, выпуск 12. С. 56.
5. Анализ прихвата трубы при бурении скважин в южно-иракских коллекторах известняка и песчаника / Aл-обаиди С.C., Харламов С.Н. // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2024. – Т. 335. – № 8. – С. 91–111.
6. Sharipov A.U. Well Drilling and Completion Efficiency Using Polymer Solutions / A.U. Sharipov, R.R. Lukmanov, K.V. Antonov, I.A. Chetvertnev: Obz. inf. – M.: VNIIOENG, 1995. – 31 c.
7. Maikobi A.A. Factors Causing Differential Sticking of Drill String. Materials of the 72nd scientific and technical conference of students, graduate students and young scientists of USTU. In 2 tons. – Ufa. UNPC Publishing House UGNTU, – 2021. – T. 1 – S. 543.
8. Belasky J.P., McCann D.P. and Leshikar J.F.: A practical method for minimizing pipe sticking, combining surface and MWD measurements. Drilling Conference «Society of Petroleum Engineers/International Association of Drilling Contractors» SPE/IADC. Dallas, TX, USA. February 15–18, 1994. P. 94.
9. Isamburg P., Ottesen S., Benaissa S. and Marty I.: Simulation cell for measuring the lubricity and pressure drop in the well. Drilling Conference «Society of Petroleum Engineers/International Association of Drilling Contractors» SPE/IADC. March 9–11, 1999 Amsterdam, Netherlands. P. 16.
10. Al-obaidi S.S., Evan D., Kharlamov S.N. Progress on clay swelling inhibitors: a comprehensive review.Bulletin of theTomsk Polytechnic University.Geo Assets Engineering, 2024, vol. 335, no. 10, pp. 146–166.DOI: 10.18799/24131830/2024/10/4868.
11. Sharipov A.U. Development and use of polymer solutions in drilling and completion of deep wells / A.U. Sharipov, K.V. Antonov, R.R. Lukmanov. – Ufa: Tau, 2003. – 168 р.
12. Amanullah M. and Al-Arfaj M.K.: A novel method and apparatus for evaluating the effectiveness of fluid baths. Annual technical symposium and exhibition «Society of Petroleum Engineers» in Saudi Arabia. Dammam, Saudi Arabia. April 24–27, 2017. P. 82.
13. Biondi A., Giannini R., Madia L. & Ferrara P.: Laboratory equipment to study sticking due to differential pressure and drill string release mechanism. Fourteenth Offshore Mediterranean Conference and Exhibition, Ravenna, Italy. March 27-29, 2019. Р. 20.
14. Angelopulo O.K., Podgornov V.M., Avakov V.E. Drilling fluids for complicated conditions. – M.: Nedra, 1988. – 135 pp.
15. Maikobi A.A. Modern Methods of Evaluation and Testing of Fluid Baths for Removal of Differential Sticking of Drill Pipe. International Scientific and Technical Conference «Modern Technologies in Oil and Gas Business-2021». Institute of Oil and Gas FSBEI HE UGNTU Oktyabrsky. 26 Mar, 2021. Р. 23.
16. Maikobi A.A., Ismakov R.A. Best Practices for Reducing Drill Pipe Sticking. International scientific and practical conference «Technological solutions for well construction at fields with complex geological and technological conditions for their development», dedicated to the memory of Viktor Efimovich Kopylov. Tyumen Industrial University. Tyumen. February 15–17, 2022. Р. 89.
17. Maikobi A.A., Al-Sukhili M.H.A, Tahir J.I. Modern methods for eliminating stuck drill pipes caused by rock pressure. International Scientific and Technical Conference «Modern Technologies in Oil and Gas Business-2023» Institute of Oil and Gas FSBEI HE USTU, Oktyabrsky. March 24, 2023. Р. 144.
18. Yusef A., Yakhin A.R., Yusupova L.F., Ali N.M. Study of lubricating additives for expanding the expandable pipe in monodiameter wells // Oil and gas business. – 2024. – VOL. 22. – № 1. – р. 25–33.
19. Maikobi A.A., Al-sukhili M.H.A., Tahir J.I. Active methods to eliminate stuck drill pipe caused by a combination of rock pressure and tectonic stresses. XIVInternational Scientific and Technical Conference «TECHNICAL AND TECHNOLOGICAL SYSTEMS (TTS-23)» Institute of Oil, Gas and Energy, Kuban State Technological University. Krasnodar. November 20, 2023. Р. 68.
20. Maikobi A.A. Method and Apparatus to Evaluate the Performance of Spotting Fluids in Differential Pressure Sticking International Scientific and Practical Conference dedicated to the 75th anniversary of the Faculty of Mining and 100 on the anniversary of the scientist Spivak Alexander Ivanovich. FSBEI HE USTU Ufa. November 23, 2023. Р. 125.
