Бурение скважин в сложных условиях

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекции 19-20 «Бурение скважин в сложных условиях»

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ АВАРИЙ

Борьба с авариями может вестись двумя путями:

- предупреждение аварий;

- совершенствование методов и технических средств ликвидации аварий.

Каждый из них имеет важное значение, однако наиболее эффективным и первоочередным является внедрение профилактических мероприятий, так как аварию легче предотвратить, чем ее ликвидировать.

Предупреждение аварий - это, прежде всего выполнение требований проектов на строительство скважины, а также действующих инструкций и руководящих документов, обязательных для данного района.

В каждом геологоразведочном предприятии на основе действующих инструкций по предупреждению и ликвидации аварий, специфических особенностей работ в данном регионе и с учетом передового опыта должны быть разработаны мероприятия по предупреждению аварий.

Для предупреждения наиболее распространенных видов аварий необходимо, чтобы буровая бригада:

- была ознакомлена с геологическим строением месторождения и зонами возможных осложнений;

- твердо усвоила и четко представляла особенности разбуривания стратиграфических горизонтов;

- строго соблюдала требования геолого-технического наряда, проекта технологии бурения скважины, режимно-технологической карты;

- постоянно следила за соответствием проекту параметров бурового раствора, состоянием скважины, инструментом и бурильной колонны;

- была ознакомлена с инструкциями по эксплуатации долот, турбобуров, электробуров, труб бурильных и обсадных, по креплению скважин и другими руководящими документами по технологии бурения для данного района.

Желательно чтобы перед проведением ответственных работ (крепление скважины промежуточными колоннами, испытание возможных продуктивных горизонтов, начало бурения под очередную обсадную колонну и т.д.) проводилось обучение буровой бригады особенностям работы в новых условиях.

Особое внимание следует обращать на предупреждение аварий при приеме вахт, так как на время подготовки к передаче смены и первый час после ее приема приходится почти вдвое большее число аварий, чем в другое время работы вахты. Это вызвано отвлечением вахты от непрерывного контроля над бурением и состоянием бурильной колонны.

В связи с этим, принимая смену необходимо:

- при нахождении бурильной колонны в скважине приподнять ее и убедиться по показаниям контрольно-измерительных приборов в ее целостности и удовлетворительном состоянии ствола скважины в призабойной зоне;

- проверить исправность механизмов: лебедки, ротора, редуктора и насосов;

- внимательно осмотреть талевый канат, тормозные ленты, элеваторы, ключи и цепные передачи, состояние клиньев, встроенных в ротор, и челюстей ключа АКБ-3;

- проверить состояние противовыбросового оборудования, исправность работы КИП и противозатаскивателя;

- проверить качество и количество промывочной жидкости, в том числе аварийного запаса;

- сообщить немедленно о неисправностях или нарушениях, препятствующих нормальной работе, буровому мастеру или работнику службы оперативного управления.

Бурильщику необходимо получить от предыдущей вахты сведения:

- о длине и компоновке бурильной колонны;

- о глубине и диаметре скважины, в том числе о глубине перехода от одного диаметра скважины к другому;

- о техническом состоянии ствола скважины, зонах уступов, осыпей, сужений, поглощений, желобах и интервалах вскрытия продуктивных горизонтов;

- о распоряжениях бурового мастера или технического руководства.

Контроль показателей за изменениями свойств бурового раствора в скважинах, бурящихся в нормальных условиях, необходимо производить в следующие сроки:

- плотность и вязкость - не реже чем через 1 ч;

- водоотдача, СНС, температура, рН, содержание твердой фазы и песка, толщина фильтрационной корки - не реже 2 раз в смену;

- содержание солей в фильтрате - 2 раза в неделю.

При бурении скважин в осложненных условиях, а также при разбуривании газовых горизонтов сроки контроля параметров бурового раствора следующие:

- плотность и вязкость контролируются через 10-15 мин;

- СНС, водоотдача и температура - через 1 ч;

- содержание нефти в буровом растворе - 1 раз в 10 дней;

- остальные параметры - в сроки, как и для скважин, бурящихся в нормальных условиях.

При использовании специальных растворов, эмульсионных, на нефтяной основе, ингибированных с малым содержанием твердой фазы и других параметры бурового раствора, характерные для этого региона, замеряются 1 раз за рейс.

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ АВАРИЙ

авария бурение скважина строительство

По характеру воздействия профилактические мероприятия можно разбить на две группы: пассивные и активные. Пассивные методы лишь уменьшают возникновение аварий, тогда как активные - устраняют их.

Современные методы предупреждения аварий можно разбить на организационные, технические, технологические и комбинированные.

Организационные методы и технологические методы

Сводятся, в основном, к рациональной организации труда с учетом динамики работоспособности, особенностей процесса сооружения скважин, а также факторов борьбы с утомляемостью: длительность смены (особенно ночной), график работы, правильное планирование внутрисменного отдыха и создание благоприятных условий для дневного отдыха после ночной смены и др.

В тех организациях, где созданы и работают грамотно технологические службы, значительно снизилась аварийность, благодаря укреплению технологической дисциплины. Постоянное поддержание оптимальных значений параметров режима бурения - один из главнейших способов предупреждения прихватов шламом, горной породой, дробью, прижогов, расклинов и затяжек.

Основным мероприятием по предотвращению обвалов, осыпей, пучения, кавернообразования, отложения против проницаемых горизонтов толстой рыхлой и липкой глинистой корки и связанных с ними прихватов является правильный выбор рецептур промывочных жидкостей, их реологических свойств и параметров, таких, как водоотдача, плотность, вязкость, содержание песка, статическое напряжение сдвига, толщина и липкость фильтрационной корки, а также коэффициент трения снаряда или других контактирующих поверхностей. При разработке технологической и технической документации на сооружение скважин весьма перспективно использование методов имитационного моделирования на экспериментальной установке или на одной из проходимых скважин.

В настоящее время, например, для профилактики прихватов в сложных геологических условиях, применяются следующие очистные агенты:

- специальные глинистые растворы (хлоркальциевые, известковые, малоглинистые, эмульсионные, аэрированные, утяжеленные);

- безглинистые промывочные жидкости (силикатно-гуминовые, меловые, солевые, растворы на нефтяной основе, эмульсии и суспензии на базе высокомолекулярных полимеров и др.);

- естественные жидкости на основе выбуренных пород.

Хлоркальциевые (высококальциевые) растворы предназначены для проходки неустойчивых самодиспергирующихся пород (глины, глинистые сланцы, аргиллиты и др.). В фильтрате их содержится от 800 до 5000 мг/л ионов кальция. Глинистые растворы, обработанные известью или цементом (известковые), препятствуют набуханию и переходу глинистых пород в раствор.

Эмульсионный глинистый раствор, содержащий нефть в виде мельчайших, равномерно распределенных капель, эффективен при перебуривании песчаников, глинистых и глинисто-карбонатных толщ, склонных к образованию сальников и пробок. Глинистые растворы, насыщенные воздухом, применяются для борьбы с поглощениями; вместе с тем, они улучшают очистку забоя и облегчают вынос шлама на поверхность.

Утяжеленные глинистые растворы используются для повышения гидростатического давления при прохождении обваливающихся интервалов и пластов с высокими давлениями.

Силикатно-гуминовые и меловые растворы пригодны для бурения в осыпающихся аргиллитах, алевролитах и глинистых сланцах. Растворы на основе нефти и высокомолекулярных полимеров, а также композиционные составы, приготовленные на базе последних, предназначены для бурения в особо неустойчивых глинистых соленосных отложениях.

Эмульсионные промывочные жидкости снижают коэффициент трения инструмента о породу, вибрацию снаряда и, как следствие, замедляют процесс каверно- и желобообразования в слабоустойчивых соленосных и глиносодержащих толщах.

Солевые растворы применяются для бурения в зонах вечной мерзлоты, а насыщенные - в соленосных отложениях.

Для предупреждения геологических осложнений широко внедряются вязкоупругие составы (ВУС). Улучшение условий очистки и выноса шлама может быть достигнуто путем введения в промывочную жидкость нефти и других турбулизирующих добавок. Ранняя турбулизация потока очень важна при бурении, где требуются малые расходы очистного агента, и при одностороннем движении последнего в кольцевом зазоре наклонно направленных и искривленных скважин (при эксцентричном расположении снаряда).

Образование плотной хорошо деформирующейся фильтрационной корки существенно повышает устойчивость стенок скважины, так как она не только препятствует проникновению фильтрата в пористые породы, но и исполняет роль упругой мембраны, через которую передается гидростатическое давление. Химический состав фильтрата должен быть предельно нейтральным для разбуриваемых пород. Следовательно, максимально возможное уменьшение водоотдачи промывочной жидкости, а также снижение степени взаимодействия просачивающегося в пласт фильтрата с породой следует считать главными факторами сохранения устойчивости стенок скважины.

Широко распространенным способом уменьшения водоотдачи является обработка глинистого раствора углещелочным реагентом (УЩР).

Хлоркальциевые растворы обладают пониженной липкостью, устойчивостью к агрессивным минерализованным водам, хорошей очистной и крепящей способностью; в некоторых условиях они в шесть раз и более замедляют рост каверн. Для осыпающихся аргиллитов концентрация ионов должна поддерживаться в пределах 1500-2500 мг/л (0,3-0,35 кг/л).

В настоящее время успешно используются аэрированные и естественные промывочные жидкости. В результате добавок ПАВ в естественных водных суспензиях создаются благоприятные факторы для их аэрации. При одновременном введении смесей ПАВ устойчивость суспензий возрастает в 2,5-3 раза, они становятся менее чувствительными к действию агрессивных минерализованных вод. Практикой бурения выявлена хорошая очистная и несущая способность этого вида промывочной жидкости, обеспечивающая достаточную чистоту забоя и ствола скважины.

Переход на промывочную жидкость, предупреждающую обвалы и связанные с ними прихваты, следует осуществлять заранее, до вскрытия горизонтов, склонных к обрушению. Особое внимание нужно уделять сохранению первоначальных параметров раствора и, в первую очередь, водоотдачи и плотности. Кроме снижения водоотдачи для повышения устойчивости стенок скважин в некоторых случаях требуется увеличение плотности очистного агента. Однако следует учесть, что при утяжелении промывочной жидкости увеличивается гидростатическое давление и поступление фильтрата в породу, а также возрастает водоотдача даже в обработанных реагентами растворах. Все это весьма ограничивает область применения утяжеленных растворов в разведочном бурении. Эффективность борьбы с обвалами и вспучиванием стенок скважин, повышением плотности раствора во многом зависит от соотношения двух факторов: уменьшения тангенциальных и радиальных напряжений за счет противодавления промывочной жидкости на породу и снижения прочности последней при взаимодействии с фильтратом.

Наибольшее влияние на прихватоопасностъ фильтрационных корок оказывает водоотдача очистного агента, меньшее - плотность и незначительное - вязкость. Для предупреждения прихватов бурового снаряда надо в первую очередь снижать водоотдачу.

Постоянное гидростатическое давление - очень важный фактор, предотвращающий обвалы стенок скважины. Снижение статического уровня жидкости происходит обычно во время подъема снаряда. Поддержание постоянного гидростатического давления можно осуществлять двумя путями: доливом промывочной жидкости в скважину при подъеме инструмента или применением специального водосливного переходника, позволяющего во время извлечения колонны выпускать раствор из свечей прямо в скважину. Последний обеспечивает также более благоприятные условия для работы буровой бригады. При низких статических уровнях рационально использовать оба способа одновременно.

Если произошло внезапное и полное поглощение промывочной жидкости, то необходимо немедленно извлечь снаряд на поверхность, так как в малоустойчивых породах обрушение стенок скважины при этом почти неизбежно. При быстром подъеме можно предупредить переход осложнения в аварию.

Для предотвращения обвалов стенок скважины большое значение имеют организационно-технические мероприятия: устранение простоев, высокие скорости бурения неустойчивых зон, соблюдение правил предупреждения осложнений и аварий и др. Быстрый подъем и спуск снаряда, особенно колонкового, вызывает колебания давления в скважине, нередко приводящие к резкому повышению проницаемости поглощающего горизонта. Поэтому, когда это технологически и экономически оправдано, целесообразно ограничивать скорости спуска и подъема бурового инструмента. Хорошим профилактическим средством уменьшения перепада давления являются аэрированные промывочные жидкости, воздушная фаза которых играет роль компенсатора.

Прихваты бурового снаряда под действием перепада давления на стенки скважины могут возникать тогда, когда глинистая корка является водонепроницаемой, липкость и коэффициент трения ее велики и гидростатическое давление промывочной жидкости превышает пластовое. Особенно опасны такие прихваты в желобах, где из-за слабой циркуляции очистного агента образуется толстая глинистая корка, содержащая большое количество шлама. Для снижения силы прихвата необходимо уменьшить следующие параметры: площадь соприкосновения колонны со скважиной (применение фигурного УБТ, приваривание спиральных или продольных ребер на переводниках); липкость корки и коэффициент трения металла с ней (увеличение смазочных свойств раствора за счет введения нефти, сульфанола, ССБ, ПАВ, смазочных веществ или покрытия колонкового набора и низа УБТ полимерами, резиной или любыми материалами с малыми фрикционными свойствами); перепад давления между промывочной жидкостью и пластом (использование безглинистых, естественных, аэрированных и других растворов с небольшой плотностью). Практикой установлено, что для предупреждения таких прихватов самыми эффективными следует считать аэрированные растворы. Задаваясь различным содержанием газовой фазы, можно регулировать плотность аэрированной жидкости и, в конечном счете, гидродинамическое и гидростатическое давление на стенки скважин в широких пределах. Если устранить перепад давления между скважиной и пластом, то, как показали экспериментальные исследования, сила прихвата может быть снижена в два и более раз. В этом случае прихват будет обусловлен простым прилипанием металла к глинистой корке; адгезионные силы можно уменьшить введением смазочных добавок и ПАВ. Установлено, что пленки смазочных добавок ускоряют осмотические перетоки. Следовательно, правильный выбор этих добавок позволяет дополнительно регулировать осмотические перетоки и предотвращать прихваты в проницаемых интервалах.

Надежным способом предупреждения таких прихватов является также своевременная и надежная изоляция высокопроницаемых зон. Наибольшее снижение проницаемости пород достигается путем углубленной кольматации отверждающими смесями, способными при небольших перепадах давления (2-3 МПа) проникать в поры. Для профилактики прихватов бурового снаряда шламом можно рекомендовать такие мероприятия.

При бескерновом бурении, для обеспечения лучшей очистки скважины, за счет турбулизации потока в кольцевом пространстве, нужно в процессе углубления периодически расхаживать снаряд на длину ведущей трубы, опуская его и вращая с максимально допустимой для данных условий частотой. При этом во избежание поглощений промывочной жидкости гидродинамическое давление не должно превышать пластовое.

При временном отсутствии циркуляции или прекращении бурения снаряд необходимо приподнять над забоем на длину ведущей трубы (минимум на 0,5-0,6 м выше уровня оседания шлама), систематически расхаживая и проворачивая его. Каждый агрегат во время сооружения глубоких скважин следует оснащать резервным насосом. Чистка приемных емкостей, отстойников и желобов от шлама должна производиться регулярно по утвержденному графику, вывешенному на установке. Чистка по мере накопления шлама не дает возможности осуществлять постоянный контроль. Приемный клапан насоса должен находиться не более чем на 0,15-0,2 м ниже уровня жидкости, для чего он может закрепляться на поплавке (короткой доске или бревне).

В случае отключения электроэнергии обслуживающий персонал должен предупреждаться заблаговременно. Избегать многоступенчатой конструкции скважин и переходов через диаметр после спуска обсадной колонны. Использовать, по мере возможности, промывочные жидкости с повышенной несущей и очистной способностью. Аэрированные жидкости, улучшая условия очистки скважины от шлама, снижают вероятность возникновения прихватов вследствие загрязнения ствола и забоя при прекращении циркуляции. Пузырьки воздуха непосредственно контактируют с частицами шлама. Благодаря присутствию в аэрированных жидкостях ПАВ связь между частицами шлама и пузырьками воздуха достаточно прочная. Шлам из таких растворов не выпадает длительное время, и только после дегазации жидкости будет наблюдаться его седиментация.

Сооружение скважин малого диаметра или, при необходимости, бурение породоразрушающим инструментом малого диаметра с последующим расширением является одной из потенциальных возможностей повышения устойчивости приствольной зоны и профилактики прихватов.

Заклинивание бурового снаряда в желобе происходит только тогда, когда ширина его меньше диаметра УБТ или колонкового набора, поэтому для предупреждения затяжек необходимо знать фактическую конфигурацию ствола скважины. Кавернометрия дает только усредненный диаметр скважины, следовательно, надо в кратчайшие сроки разработать для разведочного бурения малогабаритные профилемеры и радиусомеры (желобомеры). При бурении нефтяных и газовых скважин вероятность обнаружения желобов по профилограммам превышает 90 %. Чем больше длина желобной выработки, жесткость УБТ и колонкового набора, интенсивность искривления скважины и чем меньше ширина желоба, тем, при прочих равных условиях, частота прихватов выше. Эти аварии значительно осложняются при резкой перемежаемости пород по буримости. В интервалах залегания более крепких пород возникают своеобразные перегибы, которым соответствуют уступы различной формы, где оседают шлам и глинистые частицы.

Глубокие скважины задаются, как правило, вертикальными. Практикой установлено, что сохранение заданного направления представляет значительные трудности, поэтому проходку глубоких скважин целесообразно осуществлять по строго рассчитанному профилю с постепенным набором кривизны. Очевидно, интенсивность искривления не должна превышать предельной величины, для которой характерно образование желобов.

Допустимым искривлением принимается такое, когда радиус кривизны будет не менее 150 м. Резкие перегибы ствола скважины и создание желобов наиболее вероятны в местах контактов горных пород разной твердости и тектонических нарушений. Для предотвращения возникновения желобов рекомендуется тщательно и систематически контролировать процесс наращивания кривизны. При проектировании и проходке вертикальных скважин не допускается изменение зенитного угла более чем 1° на 100 м, абсолютное значение угла искривления не должно превышать 4°.

В настоящее время разработан ряд эффективных способов предотвращения прихватов, обусловленных затяжками в желоба. К числу пассивных методов, не предусматривающих изменения поперечного сечения скважины, относятся: поддержание параметров режима бурения, исключающих желобообразование; выбор оптимальных скоростей спускоподъемных операций; применение УБТ с замками одинакового диаметра; включение в компоновку УБТ центраторов и сохранение ее неизменной. Активные профилактические меры основаны на изменении сечения скважины таким образом, чтобы буровой снаряд мог беспрепятственно извлекаться на поверхность. С этой целью перекрывают опасные участки обсадной колонной, расширяют ствол скважины до требуемого диаметра, уничтожают желоба путем взрыва специальных торпед с последующей проработкой интервала. Опыт ликвидации желобов торпедированием, позволяет считать этот метод предупреждения затяжек наиболее эффективным и экономичным. Дополнительные затраты, связанные с нейтрализацией желобов, несравнимы с убытками, обусловленными устранением затяжек.

Нельзя освобождать затянутую в желоб бурильную колонну натяжением - это осложняет аварию. Необходимо сбить ее вниз, а затем медленно поднимать с вращением и промывкой.

Своевременное изменение параметров режима бурения в зависимости от физико-механических свойств горных пород и геологического строения разреза позволит предупредить возникновение аварийных ситуаций (прижогов, прихватов шламом, обвалов, осыпей, каверно-, желобо-, сальникообразований и других осложнений). Следовательно, экспрессное получение сведений о разбуриваемых породах, синхронное с углублением, можно считать одним из перспективных путей профилактики прихватов. Вообще, аварийность при бурении обуславливается главным образом, неудовлетворительной оперативной технологической работой. Грамотное реагирование на информацию о прихватах должно стать элементарным технологическим требованием к каждому бурильщику.

Расклинивания снаряда керном предотвращаются полным извлечением последнего на поверхность или разрушением его на забое специальным долотом. Если керн оставлен на забое или растерян по скважине, то для последующего рейса при благоприятных условиях можно использовать бывшую в употреблении коронку, имеющую износ по наружному и внутреннему диаметрам. В этом случае бурение должно производиться с минимально возможной частотой вращения и незначительным осевым усилием только на глубину, необходимую для надежного заклинивания керна,

Для уменьшения сил прихвата обсадных колонн необходимо принимать следующие меры:

- обязательно ставить внизу колонны башмак;

- смазывать боковую поверхность труб отработанными нефтепродуктами с целью предохранения их от коррозии и взаимодействия с породами, снижения коэффициента трения и сил сцепления;

- перед спуском колонны проработать, очистить и заполнить скважину вязкой промывочной жидкостью с низкой водоотдачей и малым (не более 1-2 %) содержанием песка;

- надежно установить и закрепить башмак;

- тщательно герметизировать затрубное пространство устья скважины и кольцевой зазор между кондуктором и обсадными колоннами;

Очень часто обсадные колонны протираются муфтами и замками. Через открывшиеся участки, осыпающиеся породы попадают в скважину и могут вызывать прихваты снаряда. С целью предотвращения этого бурильные трубы, работающие внутри обсадной колонны, должны оснащаться резиновыми протекторами или иметь ниппельные соединения.

Размещено на Allbest.ru