Технология проведения ловильных работ

Размещено на http://allbest.ru

Введение

ловильный газовый скважина

Ловильные работы - это операции по ликвидации ряда аварий в нефтяных и газовых скважинах. К числу этих операций относятся: освобождение прихваченных труб или УБТ, извлечение из скважины оборванных или оставленных по другим причинам труб, удаление обломков и посторонних предметов из скважины, оборванных или прихваченных кусков кабеля, троса или проволоки. Когда возникают такие ситуации, приходится останавливать все работы по бурению, заканчиванию или капитальному ремонту скважин, и их возобновление возможно только после ликвидации аварии.

Потребность в ловильных работах возникает в каждой пятой бурящейся скважине и в четырех из пяти ремонтируемых. Поскольку стоимость ловильных работ (с учетом стоимости эксплуатации бурового оборудования) может быть весьма значительной, подход к ним должен быть осторожным и взвешенным. Техника и технология этих работ совершенствовались годами и позволяют ликвидировать практически любую аварию в скважине. Однако в некоторых случаях стоимость работ может оказаться очень большой, поэтому скважину приходится ликвидировать. Часто существует несколько способов ликвидации аварии, один из которых является оптимальным. Персонал компаний, производящих ловильный инструмент, постоянно участвует в аварийных работах и имеет гораздо больший опыт, чем люди, занятые в бурении и капитальном ремонте скважин и сталкивающиеся с авариями от случая к случаю.

Составление плана -- очень важный этап при проведении ловильных работ, от которого во многом зависит их стоимость. План следует обсудить со всеми, кто принимает участие в работах: со специалистами по ловильным работам или с руководителями этих работ, с людьми, отвечающими за состояние бурового раствора, с буровой бригадой, со специалистами по электрометрическим работам (если они предусматриваются) и со всеми, кто может иметь отношение к делу. Гораздо дешевле выяснить невыполнимость какой-то операции до того, как приступить к ее выполнению.

Решение о проведении ловильных работ при ликвидации аварии должно быть экономически обосновано. Очевидно, что в мелких скважинах с небольшой продолжительностью цикла строительства и невысокой стоимостью оставляемых в скважине труб и инструментов экономически эффективны только самые дешевые ловильные работы. Когда на строительство скважины затрачены большие средства и надо извлечь инструмент большой стоимости, то экономически целесообразны существенные затраты времени и средств.

Принимать решение о ликвидации аварии надо с учетом как научных достижений, так и практического опыта. С целью оценки времени, необходимого для проведения ловильных работ, полезно использовать коэффициенты вероятности. Вероятность (в процентах) определяют на основе анализа известных аналогичных ситуаций, хотя практически не бывает двух совершенно одинаковых случаев. Необходимо построить "дерево решений" для условий бурения и для условий капитального ремонта скважин с учетом стоимостных факторов и опыта работ в подобных ситуациях во многих скважинах. Но даже самое лучшее решение, кроме трезвого осмысления и тщательного анализа, требует квалифицированного исполнения с учетом возможностей бурового оборудования и инструмента.

1. Общая часть (Аварии с буровым инструментом)

1.1 Классификация аварий при бурении нефтяных и газовых скважин

В процессе бурения нефтяных и газовых скважин аварией считают нарушение технологического процесса, вызываемое прихватом или поломкой с оставлением в скважине инструментов, элементов бурильной колонны или других предметов, для извлечения которых требуются специальные работы.

Аварии делят на следующие виды: аварии с бурильной колонной, прихваты бурильной колонны, аварии с обсадными колоннами, аварии вследствие неудачного цементирования, аварии с забойными двигателями, аварии с долотами, аварии вследствие падения в скважину посторонних предметов и прочие аварии.

Аварии с бурильной колонной -- оставление в скважине элементов бурильной колонны или ее частей (ведущих, бурильных и утяжеденных труб, переводников, муфт, замков, центраторов, амортизаторов, калибраторов) в результате поломок по телу на гладком участке, в зоне замковой резьбы или по сварному шву, вследствие срыва по резьбовому соединению и из-за падения в скважину названных элементов.

Прихваты бурильной колонны -- непредвиденная потеря подвижности колонны вследствие прилипания под действием перепада давления, заклинивания в желобах в местах сужений или посторонними предметами, а также в результате обвалов и сальникообразований.

Аварии с обсадными колоннами -- аварии со спускаемыми, спущенными или зацементированными обсадными колоннами либо с их частями, вызванные разъединением по резьбовым соединениям, обрывом по сварному шву и телу трубы, смятием или разрывом по телу трубы, прихватом, падением колонны или ее части, повреждением труб при разбуривании цементного стакана, стоп-кольца обратного клапана, направляющей пробки или неисправностью элементов оснастки низа обсадных колонн.

Аварии вследствие неудачного цементирования -- прихват затвердевшим

цементным раствором колонны бурильных труб, на которой спускалась секция обсадных труб или хвостовик; отказ в работе и повреждение узлов подвески секции обсадной колонны, нарушающие процесс крепления и дальнейшую проводку скважины; оголение башмака, недоподъем в затрубном пространстве или оставление в колонне цементного раствора, если требуются дополнительные работы по устранению нарушения.

Аварии с долотами -- оставление в скважине долота, бурильной головки или его элементов и частей. Аварии с забойными двигателям и оставление в скважине турбобуров или электробуров, винтовых двигателей или их узлов в результате развинчивания по резьбе или поломок.

Аварии в результатепадения в скважину посторонних предметов -- падение в скважину вкладышей ротора, роторных клиньев, ключей, кувалд, узлов пневматических клиньев, пневматических буровых ключей и других ручных инструментов, приспособлений или их частей, с помощью которых велись работы на устье скважины или над ним.

Прочие аварии -- аварии с оставлением в скважине геофизических и других приборов, а также устройств, применяемых при исследовании скважин и проведении в них вспомогательных работ, а также аварии с испытателями пластов при опробовании скважин в процессе бурения и аварии I и II категорий, расследуемые в соответствии с инструкцией Госгортехнадзора СССР.

Началом аварии считается момент ее возникновения, хотя он может быть обнаружен и позже, а окончанием аварии -- момент восстановления условий для продолжения бурения. Авария в скважине, происшедшая в период ликвидации ранее возникшей аварии, регистрируется, но не учитывается. Время на ее ликвидацию суммируется, но также не учитывается, поскольку оно суммируется со временем, необходимым для ликвидации первоначально возникшей аварии. Такой же порядок учета распространяется и на случаи возникновения всех последующих аварий, возникших при ликвидации первой.

Аварии происходят в основном вследствие брака в работе или исполнителей технологического процесса, или изготовителей инструментов, оборудования и механизмов.

Основное число аварий в бурении возникает в результате нарушения требований технических и технологических проектов и только незначительная часть -- в результате брака заводов-изготовителей.

Следует отметить, что несовершенство технических и технологических проектов, а также конструкций инструментов, оборудования и механизмов, несмотря на их качественное выполнение, способствовало возникновению значительного числа аварий. На раннем этапе строительства скважин не было организованной системы профилактики и предупреждения аварий. С развитием опыта и технологий буровые компании стали создавать структуры, занимающейся предотвращением и ликвидацией аварий и брака. Наибольшая эффективность работы достигается при системном подходе к проблеме противодействия авариям. Классификация аварий по степени сходства различных параметров позволяет при противодействии похожих аварий использовать однотипные методы и средства организованной типовой системы, что существенно повышает эффективность противодействия. Кроме того, системный подход при анализе проблемы аварий в целом позволяет выявить такие варианты возможных аварий, которые в любой момент могут оказаться актуальными, но на данный момент кажутся несущественными, и противодействие не организовано должным образом. Таким образом, для предупреждения и ликвидации осложнений и аварий необходима единая система классификации, расследования и учета аварий, возникающих при бурении скважин. В практике бурения Российской Федерации используются: «Инструкция по классификации, расследованию и учету аварий при бурении скважин на нефть и газ» и «Инструкция по расследованию аварий, не повлекших за собой несчастных случаев на подконтрольных Госгортехнадзору предприятиях и объектах». Нарушения непрерывности технологического процесса строительства (бурения и испытания) скважины при соблюдении технического проекта и правил ведения буровых работ, вызванные явлениями горно-геологического характера, такие как поглощение, нефтегазопроявление, выбросы, осыпи, обвалы, желобные выработки, искривление ствола и др., а также последствия стихийных бедствий, в отличие от аварий, называют осложнениями. Технологическая сложность процесса бурения обусловлена большим количеством технологических переменных, значения которых в той или иной степени определяют эффективность этого процесса, и множеством взаимодействий между ними, что требует приложения не всегда очевидных управляющих воздействий. Это особенно проявляется в различных технологических ситуациях, от правильности распознавания которых зависят управляющие воздействия бурильщиков. Эксплуатационная сложность обусловлена технологической сложностью и характеризуется требованием ведения процесса бурения на оптимальном уровне, в пределах установленной системы ограничений. Это усугубляется и тем, что бурильщику для выбора правильного решения необходимо помнить и предысторию процесса бурения за сравнительно длительный период времени. Применительно к проблеме аварий, в соответствии со значениями заданного набора характеристик, классификация - это распределение аварий по различным группам. Классификацию используют для повышения эффективности, а также наиболее приемлемых способов и технических средств ликвидации аварий. Выделим основные характеристики аварий в бурении:

1. Источник аварий.

2. Объект аварии.

3. Масштабы и последствия аварии.

4. Факторы, влияющие на аварии.

Особенности и параметры источника определяют характер и масштабы средств противодействия. Источником аварий может являться буровое оборудование, природные воздействия и субъективные факторы. Прежде всего, это аварии, произошедшие по вине исполнителя трудового процесса, т. е. возникшие по

субъективным причинам. К ним относятся аварии, которые произошли по вине исполнителя (самонадеянность или небрежность). Самонадеянность характеризуется тем, что обязанное лицо предвидит возможность возникновения аварии в скважине, но легкомысленно, безосновательно надеется ее предотвратить. Вина в форме небрежности означает, что обязанное лицо не знало о возможности неблагоприятных последствий своих действий, но по обстоятельствам дела могло и должно сознавать характер своей деятельности, предвидеть возможность аварии в скважине. В связи с тем, что бурение - это технологически сложный вид работ с большим количеством основных и вспомогательных материалов и оборудования, увеличивается количество объектов аварии. В зависимости от объекта аварий выделяют следующие группы:

1. Аварии с элементами бурильной колонны;

2. Обрыв бурильных труб;

3. Аварии с долотами;

4. Прихваты бурильных и обсадных колонн;

5. Аварии с обсадной колонной и элементами ее оснастки;

6. Аварии из-за неудачного цементирования;

7. Аварии с забойными двигателями;

8. Падение в скважину посторонних предметов;

9. Прочие аварии.

Все факторы и причины, влияющие на возникновение аварий при бурении скважин, можно разделить на 4 основные группы: технические, технологические, организационные и геологические. Результирующим фактором аварии являются масштабы и последствия, которые можно сгруппировать:

? по порядку отражения в документе; ? по времени ликвидации; ? по категории.

По порядку отражения в документах оперативного и статистического учета (отчетности) аварии делятся на регистрируемые и учитываемые. Регистрируют все аварии, независимо от времени, затраченного на их ликвидацию (включая внутрисменные простои продолжительностью менее 8 часов), а учитывают те аварии, на устранение которых затрачено более 8 часов. Началом аварии следует считать время ее возникновения, а не обнаружения, т. к. по времени они часто не совпадают из-за недостаточной квалификации обслуживающего персонала, а также слабой оснащенности буровых установок контрольно-измерительной и регистрирующей аппаратурой или ее неисправного состояния. Окончанием аварии считается момент восстановления нормальных условий, предусмотренных геолого-техническим нарядом, производственными инструкциями, дополнительными указаниями лиц геолого-технического персонала. По степени тяжести последствий для производства аварии делятся на две группы: простые и сложные. Единого критерия для разграничения аварий на простые и сложные не существует. На практике показатель тяжести аварии определяют методом экспертной оценки технического состояния скважины, а также положением и целостностью оставленных в скважине устройств (буровой снаряд, обсадные трубы, гидрогеологические и геофизические приборы). Как правило, к сложным относятся аварии, ликвидация которых длится более 3-5 суток, а также вызвавшие закрытие скважины или существенное изменение ее глубины, пространственного положения и конструкции. В нефтегазодобывающей, нефтегазоперерабатывающей промышленности и геологоразведочных работах распределение аварий по категориям I и II следующее.

Аварии категории I: открытые нефтяные и газовые фонтаны; взрывы и пожары резервуарных парков, компрессорных и насосных станций, подземных хранилищ газа, приведшие к разрушению или уничтожению объекта; взрывы и пожары на нефтегазоперерабатывающих заводах, вызвавшие остановку предприятия, цеха, или восстановительные работы. Аварии категории II: падение или разрушение вышек, морских оснований в процессе эксплуатации, строительства или перетаскивания; падение элементов талевой системы (кронблок, талевый блок, крюк); взрывы и пожары на буровых объектах, групповых нефтегазосборных пунктах, компрессорных и насосных станциях, приведшие к выходу из строя оборудования, необходимости капитального ремонта его и остановки объекта; взрывы, пожары и загорания на нефтеперерабатывающих заводах, вызвавшие прекращение работы установки (участка) и требующие замены или капитального ремонта отдельных сооружений, машин, агрегатов, аппаратов, сосудов, трубопроводов и товарных резервуаров.

Схема системной классификации аварий представлена на рис. 1.

Рис.1 Системной классификации аварий

Рассмотрим более подробно объекты аварий.

К авариям элементами бурильной колонны относится оставление в скважине колонны бурильных труб или элементов компоновки низа (переводник, центратор, амортизатор, утяжеленные бурильные трубы, расширитель и т. д.) из-за: поломки или срыва по резьбовой части; поломки по сварному шву; поломки по сварному телу; поломки ведущей трубы и элементов компоновки. Обрывом называется авария, характеризующаяся нарушением целостности элементов бурильной колонны, находящейся в скважине.

Обрывы бурильных труб классифицируются по качественно однородным признакам.

? по положению слома относительно нулевой линии (деформации от осевых усилий): в сжатой части бурильной колонны; в растянутой части бурильной колонны; ? по форме обрыва: клиновидный; прямой; фигурный; спиралевидный;

? по месту обрыва: в теле бурильных труб; в резьбовых соединениях бурильных труб; в соединительных переходниках бурильных труб. Различают подвиды: обрыв тела труб в месте нарезки; срыв витков трубной резьбы, деталей замка, муфт и самой трубы; поломка корпуса ниппеля замка; срыв ниток резьбы конуса ниппеля; выкрашивание отдельных витков конуса ниппеля;

? по числу разрушений, возникающих одновременно при поломке бурильных труб: одинарный; двойной;

? по характеру проводимых операций, во время которых произошла авария: при спуске бурового инструмента; постановке на забой; углублении скважины; подъеме бурового инструмента; натяжении или расхаживании бурильной колонны; заклинивании колонны;

? по размещению оборванного конца в скважине: с отклонением от оси в желоба, каверны и пустоты; с расположением параллельно оси скважины;

? по времени обнаружения обрыва: выявленный непосредственно после возникновения; не замеченный своевременно буровой бригадой. Обрыв бурильных труб ограничен тремя основными разновидностями: слом тела труб в месте нарезки; срыв витков трубной резьбы; обрыв по телу трубы. С породоразрушающим инструментом происходят следующие аварии:

? алмазные коронки - отрыв матриц; поломка секторов и выкрашивание из них алмазов; срыв резьбы; слом тела в резьбовой части;

? алмазные расширители - выпадение алмазосодержащих штабиков; срыв резьбы; слом тела в резьбовой части;

? твердосплавные долота истирающего типа - выпадение твердосплавных резцов (пластин); срыв резьбы; слом тела в резьбовой части; ? шарошечные долота и расширители - отрыв шарошки; скол и выпадение вооружения шарошки (зубьев); срыв резьбы; слом тела в резьбовой части.

Прихватом называется авария в скважине, которая характеризуется частичным или полным прекращением движения бурового инструмента, обсадных труб или геофизических (гидрогеологических) приборов (устройств). Прихваты - одна из самых распространенных, сложных и трудоемких групп аварий в бурении. Выделяются три основных типа прихватов: породоразрушающие инструменты и колонковые наборы; бурильные колонны; обсадные трубы. Прихваты разделяются на следующие, наиболее распространенные виды.

1. Прихват шламом. Прихваты шламом происходят во время всех операций, когда буровой инструмент находится в скважине, т. е. при спускоподъемных операциях; постановке на забой; наращивании колонны и других остановках инструмента; бурении; заклинивании керна; ликвидации обрыва и т. д.

2. Прихват горными породами. Этот вид прихвата возможен: при нарушении целостности и устойчивости стенок скважин (раскрытие естественных и образование новых трещин; образование каверн и желобов; набухание пород; вытекание и осыпание пород; обваливание и обрушение); прижоге породоразрушающего инструмента; расклинивании керном, растерянным по стволу скважины или оставленным на забое; пересечении старых горных выработок и пустот, заполненных обломочным, сыпучим материалом и др.

3. Прихват глинистой коркой. Этот вид аварии происходит вследствие прилипания бурового снаряда к глинистой корке, образуемой на стенке скважины из-за перепада давления жидкости.

4. Прихват осколками металла породоразрушающих инструментов или отколовшимися кусками муфтовозамковых соединений.

5. Прихват предметами (ключи, гайки, зажимные плашки и пр.), упавшими в скважину.

6. Сложный (комбинированный) прихват, представляющий собой сочетание нескольких разновидностей.

К авариям с обсадными колоннами и элементами их оснастки относятся аварии со спускаемыми, спущенными и зацементированными обсадными колоннами или их частями, вызванные: разъединением по резьбовым соединениям; обрывом по сварному шву; смятием или разрывом по телу трубы; повреждением обсадной колонны при разбуривании цементного стакана, стоп-кольца, обратного клапана и направляющей пробки. К авариям из-за неудачного цементирования относятся прихваты затвердевшим цементным раствором колонны бурильных труб, на которой спускалась секция обсадных труб или хвостовик; отказ в работе и повреждение узлов подвески секции обсадной колонны, нарушающие процесс крепления и дальнейшую проводку скважины; оголение башмака или недоподъем цемента, если требуются дополнительные работы по устранению нарушений. К авариям с забойными двигателями относится оставление турбобура, электробура, винтового двигателя или их узлов в скважине вследствие поломок или разъединения с бурильной колонной. К падению в скважину посторонних предметов относится падение вкладышей ротора, роторных клиньев, ключей, кувалд и других ручных инструментов и приспособлений, с помощью которых проводились работы над устьем скважины. К прочим авариям, произошедшим в процессе бурения, относятся аварии при промыслово-геофизических работах в скважине (прихваты и оставление в скважине каротажного кабеля, различных приборов, грузов, шаблонов, торпед и других устройств, применяемых при исследовании скважины и вспомогательных работах в ней).

Схема разделения объектов аварий на группы показана на рис. 2.

Рис. 2. Группы объектов аварий

Рассмотрим факторы, вызывающие аварии, более детально.

Технические причины аварий:

1. Низкое качество исходного материала (механическая прочность, твердость, морозостойкость, коррозиестойкость, упругость и т. д.), из которого изготовлены буровые установки, технологический, вспомогательный и специальный инструмент, технические средства для гидрогеологических и геофизических исследований в скважинах и другие устройства или их отдельные агрегаты, узлы, детали;

2. Применение недопустимо изношенных технических средств со скрытыми конструктивными недостатками или изготовленных (отремонтированных) с нарушением ГОСТ, ОСТ, ТУ;

3. Усталость металла, возникающая в процессе эксплуатации под действием различных нагрузок, меняющихся по значению и направлению;

4. Использование технических средств, разрешающие способности которых не обеспечивают их индивидуальное или комплексное назначение;

5. Низкие эргономические показатели технических средств, особенно при оптимальном распределении функций между человеком и машиной, а также соответствии системы управления и контроля психофизическим возможностям человека, рациональном конструктивном решении рабочего места и т. п.

Технологические причины аварий:

1. Неправильный выбор и нарушение рациональных параметров режима бурения (осевая нагрузка, частота вращения, расход промывочной жидкости) и параметров процесса бурения, включая механическую скорость, крутящий момент, усилие на подъем инструмента, давление промывочной жидкости;

2. Несоблюдение рациональной последовательности правил крепления скважины (цементирование);

3. Неправильный выбор типа промывочного агента, применение которого не обеспечивает выполнения гидродинамических, гидростатических и других функций, включая функции коркообразования;

4. Необоснованный выбор рецептур промывочных жидкостей, тампонажных смесей и цементных растворов;

5. Использование материалов и реагентов для приготовления промывочной жидкости низкого качества;

6. Недоучет геологических и гидрогеологических условий, степени минерализации подземных вод, характера излива жидкости из скважины;

7. Неудовлетворительная подготовка скважины к гидрогеологическим и геофизическим исследованиям (некачественная проработка ствола на всем незакрепленном интервале долотом номинального диаметра с целью ликвидации уступов, резких переходов от одного диаметра к другому, мест сужения и пробок);

8. Необеспечение однородности раствора по всему стволу скважины и др. Организационные причины аварий:

1. Низкая трудовая дисциплина и квалификация бригады буровых установок и буровых мастеров, выражающиеся в невыполнении или ненадлежащем выполнении своих обязанностей;

2. Нерегулярное проведение планово-предупредительного ремонта;

3. Невыполнение профилактических мероприятий по предупреждению аварий, простоев и длительных остановок буровых агрегатов;

4. Несовершенство диспетчерской службы, отсутствие радиотелефонной связи с объектами, расположенными на отдаленных участках;

5. Неудовлетворительное материально-техническое обеспечение;

6. Несоответствие режима сменности вахт естественному биологическому ритму жизнедеятельности человека и др.

Геологические причины аварий:

1) Нарушение целостности стенок скважин;

2) Обстоятельства, не зависящие от исполнителей трудового процесса.

1.2 Авария с бурильными трубами

Буровые предприятия оснащаются бурильными трубами как с приваренными соединительными концами, так и сборной конструкции, изготовляемыми из стали или легких сплавов.

Бурильные трубы с приваренными соединительными концами во время эксплуатации ломаются по сварному шву и телу.

Распространенная причина аварий с трубами по сварному шву и телу -- промывы в местах наличия дефектов (посторонние включения в металле, расслоения, раковины и т.д.). Аварии с трубами в виде поломок их по сварным швам могут быть вызваны также недоброкачественным изготовлением труб, т.е. отсутствием соосности трубы и привариваемого полузамка, низкой ударной вязкостью сварного шва по сравнению с ударной вязкостью металла трубы, что объясняется образованием (в большинстве случаев в сварном соединении) окисных пленок, трудностью получения высококачественной термической обработки сварного шва, недостаточной площадью сварного шва по сравнению с площадью сечения труб. Основная причина многих аварий со сломом труб по сварным швам и телу -- использование труб не по назначению, например бурение с применением труб III класса в интервалах, где по расчетам следует устанавливать трубы I и II классов или бурить роторным способом с трубами типа ТБПВ: Если крутя-щие моменты очень велики, то возможно разрушение труб по спирали и в поперечном направлении.

Спиральный слом труб возникает в скважинах, диаметр которых не более чем на 100 мм превышает диаметр бурильных труб, причем чаще всего слом приходится на обсаженный участок скважины. При спиральном сломе труба разрушается по винтовой линии. Он возникает от поперечной трещины на поверхности трубы и имеет усталостный характер. Направление спирали совпадает с направлением вращения бурильной колонны. Угол подъема спирали составляет приблизительно 45° к оси трубы, что соответствует наибольшим нормальным напряжениям при кручении.

Широко распространен поперечный излом труб, вызванный концентрацией напряжений в местах повреждений особенно от работы клиньями ПКР, а также на участках с дефектами проката. В зоне сварки и ее термического влияния развивается усталость металла, приводящая к поперечному излому труб. В поперечном направлении трубы ломаются и от скручивания в результате приложения чрезмерных крутящих моментов. В месте слома труба имеет форму скручивания по спирали, однако ломаются трубы по спирали и в поперечном направлении в основном при ликвидации аварий.

В продольном направлении трубы ломаются, как правило, из-за дефектов изготовления труб, т.е. при наличии в теле трубы раковин и других дефектов, а также из-за нарушения режима проката и термообработки, которые образуют значительные внутренние напряжения, приводящие к усталостным поломкам.

Бурильные трубы сборной конструкции, имеющие на концах утолщения с конической резьбой, широко применяются, хотя конструкция их неудачна. Помимо поломок, присущих трубам с приваренными замками (промыва труб в зоне дефектов, разрушения по спирали и в поперечном направлении), бурильным трубам сборной конструкции свойственны поломки, приуроченные к утолщениям и нарезке трубной резьбы на концах труб.

Технология изготовления труб с утолщениями на концах не позволяет достигнуть равномерного охлаждения трубы во время закалки, и, как следствие, образуются мелкие трещины, направленные вдоль и поперек трубы, которые способствуют ускоренному развитию усталости. В соединении труба -- замок концентрируются большие напряжения со знакопеременными нагрузками. Наибольшие напряжения концентрируются около первого витка резьбы на трубе, находящегося в полном сопряжении с резьбой бурильного замка. Такая концентрация напряжений в соединении замок - труба и наличие микротрещин от закалки трубы приводят во время работы к поломкам, приуроченным к этому участку трубы.

Сломы по утолщенному концу происходят и на других участках резьбы, находящихся рядом с первым витком полного сопряжения. Увеличение толщины стенки трубы в зоне резьбы не предохраняет от распространения трещин в теле трубы, а как бы увеличивает время работы трубы до излома.

Для труб из легких сплавов (ЛБТ) сборной конструкции характерны аварии, присущие стальным трубам сборной конструкции. Помимо этого, для них свойственно развитие эрозии вблизи муфт соединений, которые при ослаблении их прочности приводят к разрушению.

Эрозия возникает под действием турбулентного движения промывочной жидкости в зоне муфтовых и замковых соединений, где внутренняя поверхность более шероховата, чем в остальной части трубы. Кроме того, конструкция муфтовых и замковых соединений труб способствует образованию местных сопротивлений, а следовательно, и более сложному характеру движения жидкости, которая интенсивно размывает трубу на этом участке. Кроме того, ЛБТ ломаются из-за несвоевременного выявления износа тела трубы.

Бурильные замки и соединительные муфты разрушаются по телу при ликвидации аварий вследствие приложения значительных нагрузок. Концы разрушенных деталей имеют увеличенные диаметры и воронкообразную форму. Такие аварии происходят в основном с бурильными замками диаметром 118 мм и менее, а также с соединительными муфтами диаметром 140 мм и менее. Разрушение муфт и замков по телу в поперечном направлении отмечается также при неправильной их термической обработке: торцы сломанных деталей в поперечном направлении обладают мелкозернистой структурой.

В утяжеленных бурильных трубах и переводниках так же, как и в бурильных замках, отламываются кольца ниппеля и муфты. Причины этих поломок аналогичны причинам слома замковых деталей по резьбе и труб по утолщенному концу.

Срыв резьбы

Наиболее часто аварии происходят из-за срыва замковой резьбы в бурильных замках, УБТ и переводниках.

Основные причины разрушения замковых резьбовых соединений - их размыв и износ после многократного свинчивания и развинчивания. При работе на забое бурильная колонна подвергается различным знакопеременным напряжениям, отчего одна часть резьбового соединения перемещается по другой. Нагрузки, передаваемые на резьбу, зависят от степени жесткости и плотности свинчивания. Недокрепление соединения способствует интенсивному перемещению плоскостей резьбы относительно друг друга, что ускоряет износ резьбы.

На износ резьбы влияют также качество и давление промывочной жидкости в момент прокачки. Чем больше давление в жидкости и чем больше в ней инородных тел, обладающих абразивными свойствами, тем скорее изнашивается резьба. В результате размыва плоскость соприкосновения витков резьбы уменьшается, увеличиваются силы, действующие на ослабленную резьбу, и она разрушается. Неотцентрированный фонарь вышки, а также недоброкачественная смазка труб способствуют ускорению износа резьб при свинчивании.

Большое число аварий с утяжеленными бурильными трубами происходит также вследствие разрушения резьбовых соединений, поскольку они работают в более тяжелых условиях, чем замковые соединения бурильных труб. К тому же резьбовые соединения в УБТ менее прочны, чем в замках, переводниках и долотах.

Резьбовые соединения разрушаются вследствие заедания трубной резьбы под действием на нее увеличенных нагрузки и температуры, возникающих на поверхности резьбы в процессе свинчивания и работы замка в скважине. Разрушения резьбовых соединений также могут быть вызваны несоответствием размеров элементов резьбы (особенно по конусности), поскольку значительные отклонения размеров приводят к неравномерному распределению нагрузки по ее виткам и, следовательно, к интенсивному износу. Падение колонны труб в скважину в основном происходят вследствие нарушения технических и неисправностей.

Наиболее часто встречаются следующие нарушения и неисправности:

1) подъем бурильной колонны на одном штропе;

2) несоответствие грузоподъемности элеватора массе колонны и наличие трещин в верхней проушине;

3) слабое крепление защелки элеватора завода "Красное Сормово", в результате чего при отходе элеватора от муфты защелка открывается и колонна падает в скважину;

4) несовершенство конструкции защелки подъемного крюка;

5) поломка боковых серег и ствола крюка;

6) неисправность тормозной системы -- разрыв тормозной ленты и тормозного шкива, чрезмерный износ тормозных колодок, отключение гидродинамического тормоза, износ шарнирных соединений тормозной системы, заклинивание тормозного рычага, неисправность предохранительного устройства тормозного рычага, нарушение резьбового соединения натяжных болтов тормозной ленты;

7) слом и разрушение сопряжений элементов бурильной колонны во время спускоподъемных операций вследствие динамических напряжений, возникающих при резкой посадке колонны на ротор или на уступ;

8) работы штропами несоответствующей грузоподъемности и при наличии износа выше нормы.

В процессе эксплуатации поломки и разрушения сопряжений элементов бурильной колонны происходят в местах ослабленной прочности трубы или соединения.

1.3 Аварии с ведущими трубами

Ведущие трубы применяются цельные и сборной конструкции. Цельная ведущая труба на концах имеет высадки, на которых вверху нарезается внутренняя замковая левая резьба, а на нижнем конце -- наружная замковая правая резьба.

Ведущая труба сборной конструкции состоит из квадратной штанги и переводников. На концах квадратной штанги нарезается наружная коническая резьба с шагом 8 ниток на длине 25,4 мм и конусностью 1:16 с левым направлением резьбы вверху и с правым направлением нарезки резьбы внизу. На резьбы соответственно навинчиваются переводники под замковую резьбу.

С цельными ведущими трубами отмечены единичные аварии. Они, как правило, вызваны длительной работой с ведущей трубой без дефектоскопических проверок. Поломки приходятся на тело в зоне резьбы ниппеля и очень редко по муфте.

Ведущие трубы сборной конструкции ломаются в зоне конической резьбы и, за редким исключением, на участке, прилегающем к ней. Поломка приходится на первый виток полного сопряжения резьбы, обычно на 5-6 нитке от торца ведущей трубы. Развитию усталости и последующей поломке трубы способствует несовершенство конструкции соединения ведущей трубы с переводником. На ускоренное развитие усталости этого узла влияют переменные нагрузки, неравномерный характер распределения которых по резьбе приводит к концентрации напряжений во впадинах и отклонению элементов резьбы.

1.4 Аварии с породоразрушающим инструментом

В зависимости от типа долота различают следующие виды аварий.

1. Аварии с шарошечными долотами -- отвинчивание долот и их поломка.

Отвинчивание происходит в результате нарушения правил крепления или спуска долота, а также при использовании переводников на долото с несоответствующей резьбой (когда переводники изготовляются в механических мастерских без соответствующей проверки резьбы калибрами).

Причины поломок долот: передвижка на забое; бурение с нагрузками, превышающими допустимые; удар долотом о забой или уступ; разбуривание пород долотами, не соответствующими их крепости; малая прочность опор; слабая прочность сварных швов; заклинивание долот; дефекты нарезки резьбы; неплотное прилегание заплечиков лап долота к торцу переводника; работа долотами по металлу; длительная промывка скважины перед подъемом сработанного долота.

В результате аварий с долотами в скважине чаще всего остаются шарошки долот. Это связано в основном со значительным износом опор, недостаточным сроком их работы даже в пределах, предусматриваемых конструкцией долот и режимами работы последних в скважине.

Долговечность опоры долота зависит от интенсивности изнашивания и разрушения поверхностей цапфы, шарошки и тел качения.

Исследования, проведенные В.Н. Виноградовым, Г.М. Сорокиным и А.Н. Пашковым, показали, что характер изнашивания и разрушения этих поверхностей различен. Как отмечают авторы, это связано с неравномерным и сложным нагружением различных участков поверхностей опоры, а также с конструкцией, технологией изготовления и размерами долот. При этом трущиеся поверхности опоры подвергаются одновременно абразивному износу, осповидному, хрупкому и усталостному выкрашиванию, смятию, окислительному и тепловому износу и высокотемпературным ожогам в микрообъемах металла и в присутствии промывочных жидкостей под высоким давлением. Одновременное развитие этих процессов, недоброкачественная сборка долот, различие механических свойств металла опор и шарошек, а также отдельные несовершенства конструкции долот приводят к неравномерной сра-ботке опор и вооружения долот и к большому различию их износостойкости. Все это создает трудности в определении качества сработ-ки долот, оптимального и предельного времени пребывания долота на забое, особенно при турбинном бурении.

2. Аварии с алмазными долотами - заклинивание долот при спускоподъемных операциях и бурении, отвинчивание долот.

Причинами заклинивания алмазных долот являются: резкая посадка долота в зоне Сужения ствола скважины и ее призабойной зоне в результате спуска долота без ограничения скорости, особенно в необсаженной части ствола скважины; преждевременное прекращение циркуляции промывочной жидкости перед подъемом бурильной колонны с алмазным долотом (чаще во время процесса наращивания); недостаточная промывка скважины через долото (утечки промывочной жидкости через негерметичные участки бурильной колонны и ниппель турбобура), а также вследствие малой подачи промывочной жидкости насосами; бурение скважины при несоответствии размеров долота, утяжеленных бурильных труб и забойного двигателя (если такой применяется при бурении); заклинивание долот инородными предметами (металл и куски породы).

Относительно часто наблюдаются случаи заклинивания ступенчатых долот вследствие наличия у них большой калибрующей поверхности секторов, отчего достигается большой контакт со стенками скважины. Часто новые алмазные долота заклиниваются при спусках в скважину после работы трехшарошечными долотами и при длительной работе алмазным долотом без подъема из скважины. Заклиниванию алмазного долота нередко способствуют сальники.

Алмазные долота отвинчиваются, как и другие рассмотренные виды долот.

При бурении скважин из алмазных долот могут выпадать алмазы в результате недостаточного их крепления, а также вследствие изнашивания тела долота. Выпавшие алмазы крошат другие алмазы в долоте, что может привести в негодность все долото.

Применение долот режущего типа сопровождается меньшим числом аварий по сравнению с шарошечными долотами. Аварии фактически единичны, но все же происходят.

3. Аварии с долотами режущего типа (лопастными) -- отвинчивание долота, излом лопастей долота, поломка корпуса.

Эти долота отвинчиваются по тем же причинам, что и шарошечные.

Лопасти ломаются в результате неплотного их присоединения к корпусу или вследствие заклинивания долота, вызванного несоответствующим режимом его работы на забое. Поломка корпуса вызвана рассмотренными выше причинами.

1.5 Падение в скважину посторонних предметов

Над устьем скважины работают разнообразными инструментами, механизмами, люди разной квалификации, в разных климатических условиях, при разном ритме и темпе работ. Работы ведутся круглые сутки. Все указанные специфические условия работ не исключают возникновения ошибок, которые приводят к падению инструмента, частей механизмов и приборов через устье в скважину.

В практике отмечаются следующие многократно повторяющиеся случаи падения предметов.

Во время подъема бурильной колонны ведущей трубой поднимается вкладыш ротора вместе с клином. При выходе из ротора вкладыш отодвигается по столу ротора, а освободившийся клин падает в скважину. Это характерный и самый распространенный случай падения предметов в скважину. Аварии способствует эксцентричность ротора или вышки по отношению к скважине.

При спуске колонны бурильная труба резко сажается в пневматические клинья ротора (ПКР). В результате клин разрушается или срывается и падает в скважину.

Часто клинья ПКР падают в скважину в результате удара их о бурильный замок, ствол вертлюга; проворота и расхаживания забойных двигателей на клиньях ПКР; срыва клина ПКР при подъеме снаряда "Недра". Иногда при извлечении ПКР из ротора с помощью талевой системы одна или две параллели выходят из направляющих и падают в скважину. Во всех этих случаях в скважину падают целые клинья или части их и сухари.

Во время спуска бурильных и обсадных колонн часто происходит заклинивание труб челюстями автоматических ключей (АКБ), как правило, из-за их неисправности.

Во время свинчивания насосно-компрессорных труб автоматическим приводом ротора (АПР) в скважину падает сухарь подвески АПР и заклинивает колонну; нередко падает шток бурового насоса, который использовался как вспомогательный инструмент при оборудовании устья.

Очень часто в скважину падают кувалды, цепные ключи, ломы при работе ими над ротором при незакрытой скважине. Так, бурильщик пытался сбить приподнятую над ротором долотную доску с заклиненным в ней долотом, но при нанесении очередного удара кувалда вырвалась из рук и упала в скважину. В другом случае кувалда упала в скважину при попытках расходить шарошки долота ударами по ним кувалдой (последнее категорически запрещается). Кувалда скользнула по шарошке и вырвалась из рук. Многие попытки расходить кувалдой элеватор, особенно обмерзший, и другой спускоподъемный инструмент над открытой скважиной, а также использование кувалд для ударов по резьбовым соединениям с целью облегчения развинчивания приводят к падению кувалд в скважину. Известен даже случай падения элеватора в скважину.

Как видно из изложенного, причинами падения посторонних предметов в скважину являются: нарушения правил эксплуатации инструментов, устройств и механизмов, с которыми ведутся работы на устье; применение неисправного вспомогательного инструмента; отсутствие на устье устройств для предупреждения попадания различных предметов в скважину, хотя бы для перекрытия кольцевого пространства между обсадной и бурильными колоннами в процессе спускоподъем-ных операций, несоосность устья скважины с буровой вышкой.

Редко аварии происходят из-за несовершенства конструкции инструментов. Невнимательность членов буровой бригады является во многих случаях причиной возникновения аварий этого вида.

1.6 Прочие виды аварий

Аварии при промыслово-геофизических работах в скважинах

При проведении промыслово-геофизических исследований происходят прихваты или оставление в скважине кабеля, геофизических приборов, аппаратов, радиоактивных источников, шаблонов, торпед и других предметов, без извлечения которых невозможно углублять скважину.

Прихват кабеля в скважине может быть вызван его перепуском, запутыванием его при спуске или подъеме с большой скоростью, обвалом пород и образованием пробок. Во многих случаях аварии при промыслово-геофизических работах происходят вследствие недостаточной подготовленности скважины к электрометрическим работам, недоброкачественного крепления приборов и кабеля к подъемнику и применения изношенного кабеля. Особенно часты аварии этого вида при длительных геофизических работах в скважинах и во время оставления без движения находящегося в скважине кабеля с прибором.

Следует указать на недопустимое ограничение применения специальных пружинных контактов, встроенных в скважинный прибор или кабельную головку. Практика показала их важность и возможность исключить с их помощью большое число аварий этого вида.

В результате отсутствия контрольных меток на кабеле приборы часто затаскиваются на блок-баланс и обрываются.

Нередко причиной аварий в скважине служат: нахлестывание кабель при торпедировании, заклинивание перфоратора после выстрела или прибора в нарушенных либо смятых участках обсадной колонны, а также заклинивание стреляющих тампонов.

Самопроизвольные взрывы торпед и выстрелы перфораторов происходят в результате применения нетермостойких взрывчатых веществ и средств взрыва в высокотемпературных скважинах при смятии кожухов торпед или при преждевременном поступлении электроразряда на взрыватель.

Неудовлетворительная подготовка ствола скважины заключается в следующем: в промывке скважин промывочной жидкостью, не отвечающей требованиям геолого-технического наряда, или продолжительная промывка, не обеспечивающая необходимой очистки скважины; в недостаточной проработке мест сужений, уступов и искривленных участков; в проверке ствола скважины несоответствующим шаблоном.

Открытые фонтаны.

Этот вид аварий хотя и редкий, но встречается повсеместно, причем особенно часто при проводке скважины на новых месторождениях нефти и газа. Свидетельством этому может служить то, что многие месторождения газа и нефти "открывались" с фонтанов -Елшанское, Угерское, Шебелинское, Усть-Вилюйское, Газлинское и др.

Основные причины открытых фонтанов достаточно подробно изложены в Инструкции по предупреждению открытого фонтанирования при бурении скважин:

1) не соответствующая геологическим условиям конструкция скважины, выбранная без учета глубины залегания и пластового давления вскрываемых горизонтов;

2) некачественное цементирование обсадных колонн, на которых устанавливается противовыбросовое устройство, что приводит к прорывам газа при выбросах после закрытия превентора;

3) отсутствие противовыбросового оборудования на устье скважины при вскрытии газовых, газо-конденсатных или напорных нефтяных и водоносных горизонтов, а также несоответствие его параметров условиям бурения скважин;

4) неудовлетворительные схемы оборудования устья скважин, не обеспечивающие своевременную и надежную их герметизацию при газопроявлениях;

5) неправильная эксплуатация противовыбросового оборудования;

6) неправильный выбор плотности промывочной жидкости для вскрытия напорных горизонтов и бурения скважин после их вскрытия, а также использование жидкостей низкого качества.

7) недостаточная промывка скважины при бурении и перед подъемом бурильной колонны;

8) рост содержания газа в промывочной жидкости в процессе бурения (плохая дегазация выходящей из скважины промывочной жидкости);

9) снижеяие давления на вскрытые скважиной продуктивные или напорные водоносные горизонты при подъеме бурильной колонны в случае использования промывочных жидкостей с высоким статическим напряжением сдвига или наличия сальников ("поршневание" при подъеме бурильной колонны);

10) падение уровня жидкости в скважине в процессе проведения буровых работ вследствие несвоевременного ее заполнения или поглощения жидкости вскрытыми пластами;

11) непринятие своевременных мер при газопроявлениях для предотвращения выбросов и открытого фонтанирования.

Основное число открытых фонтанов наблюдается на газовых месторождениях.

Это объясняется недооценкой особенностей проводки газовых скважин и механическим перенесением технологии и техники разбуривания нефтяных месторождений на газовые, а в последнее время и тенденцией перенесения ее на истощенные месторождения при строительстве газовых хранилищ.

Кроме того, фонтаны могут быть вызваны вскрытием нижележащих продуктивных горизонтов без перекрытия вышележащих (особенно с высоким пластовым давлением).

Возникновению фонтанов способствуют длительные остановки и нарушения цикличности бурения, неумелое применение методов ликвидации аварий (допущение ошибок при установке ванн), вскрытие пластов с резко отличной литолого-физической характеристикой и наличием аномально

высоких пластовых давлений. Как правило, открытые фонтаны возникают там, где нарушается технология проводки скважин, допускаются отступления от принятых проектных норм без достаточного обоснования, применяется несоответствующее оборудование (устьевое и противовыбросовое) и слаба трудовая дисциплина.

Падение и разрушение буровых вышек

Случаи падения буровых вышек, а также разрушения их фонарей происходят редко.

Эта группа аварий представляет большую опасность и часто сопровождается травмированием членов буровой бригады. При таких авариях извлечение бурильной колонны из скважины начинается через несколько дней, когда колонна прихвачена.

Основными причинами падения буровой вышки являются.

1. Перегрузка фонаря вышки при расхаживают прихваченной бурильной или обсадной колонны.

2. Применение фонаря вышки, прочность которого значительно ослаблена длительной эксплуатацией и коррозией.

3. Проседание фундаментов, которое происходит: в результате длительного действия воды или промывочной жидкости при несвоевременном их отводе от ног вышки; вследствие заложения подошвы фундаментов без песчаных подушек; из-за размыва фундаментов ног циркуляцией промывочной жидкости за направлением.

4. Установка оснований под ноги вышки не на одном уровне. Согласно паспорту на вышки превышение, допускается не более чем 5 мм. 'Фактически они достигают иногда 30--50 мм, особенно когда горизонтальность фундаментов замеряется по уровню.

5. Ослабление болтовых соединений секции фонаря вышки. Этим нарушается жесткость фонаря, что способствует взаимосмещению его секций и неустойчивому состоянию, которое и приводит к поломке вышки во время приложения к ней нагрузок иногда даже в пределах ее грузоподъемности.

6. Смещение кронблока по отношению к кронблочной балке, в результате значительная нагрузка прилагается на одну ногу и происходит поломка фонаря.

7. Применение неисправного индикатора веса, в результате чего показывающий и пишущие приборы указывают заниженные нагрузки, прилагаемые во время расхаживания колонны труб.

Падение элементов талевой системы

Аварии этой подгруппы происходят довольно часто. Основные причины падения талевого блока, крюкоблока и кронблока - это неисправность противозахватывателя, невнимательность бурильщика, плохое состояние талевого каната, а также плохая освещенность верхней части фонаря вышки.

Взрывы и пожары на буровых объектах

Аварии этой подгруппы единичны в бурении. Причинами их являются, как правило, нарушение правил ведения буровых работ, беспечность и пассивность отдельных членов буровой бригады и несоблюдение установленных противопожарных правил. В частности, курение на буровой - одна из причин пожаров.

Особенно часты пожары и взрывы в зимнее время из-за разогрева замерзших частей буровых механизмов открытым огнем (факелами, паяльными лампами). Нередкая причина пожаров - проведение сварочных работ на устье скважины при выделении из нее природных газов, а также захламленность основания и замазученность его под полом буровой вышки.