Первопричинами возникновения указанных осложнений являются, неправильное оборудование устья скважины, несоблюдение основных правил теплового режима промывки, неудовлетворительный цементаи{ направления и кондуктора и применение неправильных методов и приемов для устранения начавшихся осложнений.

Признаками начавшегося осложнения в скважине являются: а) резкое увеличение песка в растворе; б) периодическое затруднение вращения бурового инструмента вследствие образования кристаллов льда (шуги) в стволе; в) быстрое ухудшение качественной характеристики промывочной жидкости (образование кристаллов льда в растворе, изменение температуры жидкости в стволе).

Основным методом устранения начавшегося осложнения, сводящимся по существу к прекращению дальнейшего образования кристаллов льда в жидкости и к растворению имеющихся кристаллов льда, является энергичная промывка ствола с доведением концентрации NaCl в промывочной жидкости до 8—10% (за счет концентрированного раствора NaCl из специальной запасной емкости).

Энергичная промывка приведет к выравниванию солености жидкости и ее температуры по всему стволу, а повышенное содержание NaCl в жидкости разрушит только что образовавшиеся непрочные кристаллы льда.

При невыполнении указанных мероприятий будет иметь место усиленное образование «шуги» в стволе и вслед за тем быстрое замерзание жидкости в скважине. Примерзание бурильных, колонковых и обсадных труб к стенкам скважины может происходить в двух случаях: при опускании их в состоянии переохлаждения в зимний период или в результате искривления ствола, когда колонна труб плотно примыкает боковой поверхностью к мерзлым стенкам скважины и остается продолжительное время в полном покое. В начальном периоде замерзания жидкости за трубами колонна прихватывается породой только в отдельных точках (перемычки льда), а затем по истечении некоторого времени происходит процесс полного замерзания жидкости в затрубном пространстве.

Ликвидация осложнения осуществляется путем энергичного прокачивания промывочной жидкости с содержанием 8—10 вес. % NaCl. Поток соленой промывочной жидкости, имеющей отрицательную температуру, поднимаясь со значительной скоростью в кольцевом пространстве, успешно разрушает начавшие образовываться непрочные перемычки льда, и трубы обычно освобождаются.

Замерзание жидкости в стволе скважины может иметь место только при отсутствии контроля за тепловым состоянием ствола в процессе бурения и особенно в процессе выполнения вспомогательных операций, когда скважина находится продолжительное время в состоянии полного покоя, например, при твердении цемента или простоях в результате аварии в скважине. Поэтому для избе-яхания возможного замерзания скважины нужно лишь тщательно следить за тепловым режимом в процессе бурения.

Наиболее тяжелым видом осложнения, имеющим широкое распространение, является смятие труб вследствие перехода влаги (воды) из жидкой фазы в твердую (лед) и резкого увеличения ее объема в затрубном пространстве.

При бурении с промывкой глинистым раствором, т. е. смесью воды, твердых минеральных частиц и частиц разбуриваемой породы — шлама, — в практически замкнутом затрубном пространстве возникает явление, аналогичное пучению переувлажненных пород, при котором развиваются высокие гидродинамические давления жидкости, превосходящие прочность металла обсадных труб.

Продолжительность (скорость) замерзания пресных глинистых растворов лежит в достаточно узких пределах и зависит как от начальной температуры растворов, закачиваемых в скважину, так и от температуры охлаждающей среды (мерзлых стенок скваяшны). Так, для районов с постоянной температурой мерзлых пород —5 °С и при начальной температуре глинистого раствора около +10 °С продолжительность замерзания за трубами в колонковых скважинах диаметром 70 мм достигает 90 мин, из них на охлаждение раствора до начала выделения льда затрачивается 40 мин и на переход влаги из жидкой фазы в твердую — 50 мин.

Выделение первых кристаллов льда происходит в самой нижней части затрубного пространства, где наблюдается скопление минеральных частиц (твердый осадок) с меньшим содержанием свободной влаги, переходящей в лед.

Применение достаточно концентрированного раствора поваренной соли в затрубном пространстве как средства, йредупреждающего смятие колонны, не достигает цели. Указанный раствор при прогреве колонны промывочной жидкостью в, процессе бурения разрушает лед в мерзлых породах стенок скважины.

Процесс замерзания глинистого раствора в затрубном пространстве, как показали опыты, протекает по следующей схеме.
1. Глинистый раствор за трубами устанавливается в состоянии полного покоя.
2. Начинается постепенное его охлаждение и выпадение твердого осадка.
3. Возникает процесс разрушения мерзлых стенок скважины, обусловленный с одной стороны разностью температуры глинистого раствора и мерзлых пород, а с другой — действием солей на лед. При этом раствор за трубами обогащается водой за счет таяния льда в порах породы (или свободного льда при переувлажнении) и минеральными частицами породы, освободившимися в результате таяния связующего их льда. Минеральные частицы опускаются в нижнюю часть затрубного пространства, образуя осадок. При дальнейшем охлаждении жидкости и породы за трубами происходит выпадение кристаллов льда.

Во избежание смятия обсадных труб в зоне мерзлых пород рекомендуется не оставлять за трубами глинистый раствор или иную жидкость длительное время в состоянии покоя и заливать затрубное пространство тампонажным цементом или быстросхватывающими смесями, состоящими из глинистого раствора, цемента, жидкого стекла и каустической соды.

Потери промывочной жидкости при бурении в толщах мерзлых пород. Такие потери могут происходить в следующих случаях.

1. Частичное или полное поглощение промывочной жидкости свободными от льда трещинами и порами «сухой мерзлоты», т. е. такой породы, которая подвергалась охлаждению (замораживанию) при наличии незначительного количества влаги или при полном отсутствии влаги в порах.

2. Частичное или полное поглощение промывочными-породами (главным образом песками).

3. Частичное или полное поглощение промывочной жидкости при бурении скважин в закарстованных толщах. В карстовых зонах обычно происходит полный уход промывочной жидкости.

Ликвидация частичного или полного поглощения промывочной яшдкости производится путем увеличения вязкости ее (если бурение производилось с промывкой глинистым раствором) за счет добавления свежего раствора из запасной емкости. Если это мероприятие не даст положительного результата, то следует применить быстрогустеющие и быстросхватывающиеся смеси или тампонажный цемент марки 400 или 500 по ГОСТ 1581—63.

В тех случаях, когда бурение производится с промывкой соленой водой, ликвидация поглощения жидкости осуществляется с помощью тампонажного цемента.

Нами рекомендуется следующий состав быстрогустеющей смеси, давшей на практике положительные результаты: тампонажного цемента марки 400 — 1000 кг; глинистого раствора удельного веса 1,20 Г/см3 — 500 л, жидкого стекла 40° Боме — 45 л, каустической соды удельного веса 1,30 Г/см3 — 90 л и воды 100 л. Смесь этого состава схватывается и нормально твердеет в процессе длительного охлаждения при устойчивой отрицательной температуре без заметного увеличения объема.

Примерзание бурильных, колонковых и обсадных труб к стенкам скважины, замерзание скважины. Примерзание бурильных, колонковых и обсадных труб к стенкам скважины часто происходит в искривленных скважинах, когда колонна труб плотно примыкает боковой поверхностью к мерзлым стенкам и остается продоляштельное время без движения. Процесс примерзания труб и замерзания скважины ускоряется, если трубы опускаются в состоянии переохлаждения их в зимний период.

Многократными наблюдениями установлено, что при соприкосновении поверхности трубы с мерзлыми стенками скважины на более или менее значительной площади происходит выжимание промывочной жидкости из затрубного пространства, после чего труба плотно прилегает к мерзлой стенке и примерзает к ней. Так как ствол скважины практически никогда не бывает строго прямолинейным, то колонна одновременно прижимается к стенкам в различных точках по длине ствола, выдавливая жидкость и примерзая к боковым породам.

Начальной стадией осложнения является «прилипание» (но не примерзание) труб к мерзлым стенкам скважины, которое проходит чрезвычайно быстро. В плохо проработанной или неочищенной от шлама скваяшне, особенно в зимнее время, когда трубы достаточно переохлаждены, время для подачи и навертывания очередной трубы часто бывает достаточным для «прилипания» колонны. Если затем оставить колонну без движения, особенно при отрицательной температуре промывочной жидкости, то следующей стадией осложнения неизбежно будет примерзание труб к стенкам скважины, постепенное выделение кристаллов льда («шуги») в скважине и последующее замерзание жидкости в стволе.

При возникновении явления «прилипания» труб следует немедленно навернуть вертлюг-сальник на верхнюю трубу и произвести энергичную промывку скважины жидкостью той же температуры и степени засоления, какая была принята при бурении. При этом нужно расхаживать колонну с помощью талевой системы.

Опыты показывают, что в начальном периоде примерзания труб колонна прихватывается породой только в отдельных точках (перемычки льда) и затем в течение некоторого времени происходит полное . замерзание затрубного пространства. Поток соленой промывочной жидкости, имеющей отрицательную температуру, поднимаясь со значительной скоростью в затрубном пространстве, успешно размывает начавшие образовываться еще непрочные перемычки льда, и трубы обычно освобождаются. Процесс промывки и расхаживания труб может быть довольно продолжительным (2—3 ч и более), что следует всегда иметь в виду.

Если явления «прилипания» труб повторяются, нужно извлечь колонну обсадных труб (или бурильный инструмент) из скважины и тщательно проработать ствол полномерным долотом или коронкой.

Начало образования отдельных кристаллов льда” и смерзание их в агрегат («шуга») в скважине и последующее замерзание ствола происходит в результате слабой концентрации соли и недостаточного контроля за температурой промывочной жидкости, вследствие чего последняя, растепляя мерзлые стенки, насыщается пресной водой. Находясь в спокойном состоянии, жидкость, вследствие диффузии «опресняется» в верхней части, благодаря чему создаются условия для образования кристаллов льда на уровне стояния промывочной жидкости при ее охлаждении.

Устранение кристаллов льда следует производить энергичной промывкой соленым глинистым раствором (если при бурении применялся глинистый раствор), при этом концентрация соли в промывочной жидкости должна быть повышена до 8—10 об. % насыщенного водного раствора NaCl. Целью такой Промывки является выравнивание солености (концентрации) жидкости в скважине, что исключит возможность образования «шуги» и замерзания скважины.

Произвольное опускание обсадных труб в скважину. Такое опускание часто происходит в тех случаях, когда башмак колонны остановлен в «рыхлых» мерзлых породах, способных к быстрому разрушению при обработке их промывочной жидкостью, например, в песках или на линзе льда. Для предупреждения свободного опускания труб нужно избегать остановки башмака колонны в породах, насыщенных льдом, особенно в песках и песчанистых глинах. Кроме того, следует надежно закреплять верхний конец колонны в устье скважины.

Смятие обсадных труб в толще мерзлых пород. Последствия смятия обсадных труб являются серьезным препятствием как для дальнейшего углубления, так и для качественного исследования скважин, поэтому разработка мер, предупреждающих смятие труб является важным звеном в технике и технологии бурения скважин в мерзлых породах. Исправление смятия обсадных труб обычными методами, принятыми в практике бурения, например, работа оправками, не всегда дает положительные результаты вследствие того, что пространство за трубами в зоне смятия оказывается заполненным льдом. Растепление льда за трубами и последующее исправление смятого участка с помощью оправок возможно лишь в отдельных случаях при небольшом смятии колонны.

Бурение и испытание скважины в выправленной от смятия колонне представляет большие трудности, так как зона нарушения прочности металла труб является слабым местом в колонне и легко подвергается повторному смятию, как правило, уже с разрывом сплошности металла.

Явления смятия труб отмечены во многих скважинах, пробуренных в толще мерзлых пород. В ряде скважин происходило смятие, одной и той же колонны в нескольких интервалах.

Выделение первых кристаллов льда происходит в самой нижней части затрубного пространства, где наблюдается скопление минеральных частиц (твердый осадок с меньшим содержанием свободной влаги, переходящей в лед).