Потеря устойчивости стенок скважины, набухание пород и вспу­чивание их на стенках скважины, осыпи и обвалы горных пород в стволе скважины нередко приводят к тяжелым последствиям, среди них первое место занимают затяжки и посадки бурильных и обсадных колонн.

Иногда во время спуска или подъема бурильного инструмента наблюдаются затруднения в его перемещении по стволу скважины. Их принято подразделять на посадки, если осложнение происходит при спуске инструмента, и затяжки, происходящие при подъеме.

Под затяжкой бурильной колонны при ее подъеме понимают значительное превышение нагрузки на крюке, при которой по техни­ческим нормам разрешается поднимать бурильную колонну.

Приращение нагрузки при подъеме инструмента может достигать значительных величин до 300 - 500 кН. Если инструмент не удается сразу же извлечь из скважины и для его освобождения и подъема не­обходимо проводить специальные работы, то тогда затяжка переходит в прихват. Аварии в связи с прихватом инструмента составляют 18-20 % от общего числа аварий в глубоком бурении.

Затяжки могут происходить как при движении инструмента по стволу, гак и при страгивании его с места в начале подъема.

Это осложнение обычно вызывается следующими причинами:

уменьшением проходного сечения ствола скважины в связи с на­буханием глинистых пород в стенках скважины и отложением на них толстой корки в интервалах проницаемых пород;

асимметричной разработкой профиля ствола искривленной сква­жины с появлением продольного желоба, в который попадают буриль­ные трубы;

образованием (наматыванием) сальников и шлама пластичных пород на переводниках, соединительных замках, утяжеленном низе и долоте;

накоплением шлама в стволе вследствие недостаточной интен­сивности циркуляции либо вследствие образования каверн, где созда­ются условия для скопления шлама из-за пониженных скоростей пото­ка на участке развития каверн;

осыпями и обвалами пород в ствол скважины;

проявлением сил сцепление с фильтрационной коркой и сил тре­ния о стенки скважины.

Посадки колонны - отмечаемое индикатором веса существенное снижение нагрузки на крюке.

Под прихватом понимают невозможность подъема бурильной колонны из скважины при технически допустимых натяжениях.

Предельные нагрузки определяются прочностью бурильных труб пни других наиболее слабых элементов колонны, подъемного обору­дования вышки. Обычно не разрешается подвергать материал труб напряжениям, равным пределу его текучести.

В глубоких скважинах, где бурение сопровождается высокими гидростатическими давлениями, немалую роль в появлении прихватов играют липкость, прочность и фрикционные свойства глинистой кор­ки, формирующейся на стенках скважины. Исследования К.Ф. Пауса показали, что в 54,6% случаев (188 из 344) прихваты происходили в результате оставления инструмента в неподвижном состоянии. Прове­денные исследования позволили уточнить влияние глинистой корки в условиях дифференциального давления на стенках скважины на вели­чины сил сопротивления при страгивании инструмента и его движе­нии. Фильтрационная корка представляет собой разновидность кон­центрированных глинистых суспензий с переменной степенью уплот­нения материала и переменными механическими свойствами, которые находятся к тому же в зависимости от действия дифференциального давления.

Исследование зависимостей предельного статического напряже­ния сдвига фильтрационной корки от перепада давления, условного коэффициента трения покоя на контакте стального образца с коркой от перепада давления, наконец, интенсивности адгезии стали к фильтра­ционной корке от перепада давления позволило установить, что значи­тельный рост перечисленных выше параметров отмечается при давле­ниях до 3 - 4 МПа, а затем интенсивность роста снижается.

Для заклинивания характерно жесткое сопротивление продольно­му перемещению или вращению колонны, обусловленное резкой по­садкой ее в желоб, в сильно искривленный участок, перегиб ствола или сужение. Это часто наблюдается при замене менее жесткой компонов­ки на более жесткую.

Небольшое превышение нормального уровня усилий и крутящего момента говори о подклинивании. Усилие затяжки, обусловленное прижатием колонны на участке длиной L, можно приближенно оце­нить соотношением

где P_N - нормальное давление от веса лежащих на стенке скважины труб и растягивающей нагрузки от части колонны ниже наклонного участка; к - коэффициент, учитывающий изменение давления как на площадке касания труб со снеками скважины, так и в направлении,

нормальном к этой поверхности; (φ- угол охвата, радиан; R - радиус труб; μ - коэффициент сопротивления (трения) при страгивании, зави­сящий от состава и свойств глинистой корки (в том числе и адгезион­ных) и ее толщины.

Заметную роль в повыше­нии величины коэффициента трения играет фактор времени. Адгезия, например, наиболее интенсивно возрастает на про­тяжении первых 30 -40 мин контакта (рис. 8.10).

Таким образом, за первые 30 - 40 мин силы сцепления глинистой корки с инструмен­том достигают почти макси­мальных значений.

Для оценки усилий со­противления движению толь­ко условно можно пользовать­ся коэффициентом трения. Сила, с которой инструмент, находящийся в скважине (бу­рильная или обсадная труба), прижимается к стенке скважины, определяется дифференциальным давлением, т.е. разностью между статическим давление жидкости в скважине и Платовым давление: Δр_диф = р_СТ -р_пл.

Под воздействием результирующей силы труба прижимается к стенке сква­жины и выжимает наименее плотную часть корки из-под контакта. Выдавлен­ ные объемы материала корки, заполняя зазор, увеличивают общую площадь кон­такта трубы со стенками скважины (рис. 8.11). Для предельного положения длина дуги контакта трубы с коркой может быть выражена зависимостью

Если длину поверхности контакта вдоль оси трубы обозначить L (в метрах), то площадь контакта поверхности (в квадратных метрах)

а усилие, необходимое для преодоления сил сопротивления,

По расчету для УБТ диаметром 146 мм в стволе диаметром 190 мм площадь контакта может быть 0,12 - 0,12 м² на каждый метр длины, а условие сдвига при перепаде давления в 300 кПа достигать 9-22 мН/м.

Положительные результаты предупреждения прихватов, затяжек получены при применении высококачественных, обработанных КМЦ и другими реагентами, глинистых растворов, образующих на стенках малопроницаемую, тонкую с низкой липкостью фильтрационную корку. Другое эффективное направление предупреждения прихватов - повы­шение смазывающих свойств буровых растворов. Следует добавить в раствор нефть (5-12 %), СМ АД - 1 (1 - 4 %) или графит (0,5 - 1,5 %) и др.