- •Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М.
- •Витание твердых частиц в потоках жидкости, газа и газожидкостной смеси
- •Перепад давления в местных сопротивлениях циркуляционной системы
- •Расчет потерь давления в элементах циркуляционной системы
- •Определение потерь давления в долоте.
- •Распределение давлений в нисходящем потоке газа в трубах
- •Расчет подачи и давления компрессоров при бурении с продувкой
- •1.4. УСТАНОВИВШЕЕСЯ ТЕЧЕНИЕ ГАЗОЖИДКОСТНОЙ СМЕСИ В СКВАЖИНЕ
- •Уравнения течения газожидкостных смесей
- •Перепад давлений в насадках долот при течении газожидкостной смеси
- •Перепад давления в турбобурах
- •1.6. РАСПОЗНАВАНИЕ ГАЗОВОГО ВЫБРОСА И ВЫБОР РЕЖИМОВ ЕГО ЛИКВИДАЦИИ
- •Расчет режима ликвидации газового выброса
- •2 ПОГЛОЩЕНИЙ ЖИДКОСТЕЙ
- •В СКВАЖИНАХ
- •2.2. МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ПОГЛОЩАЮЩИХ ГОРИЗОНТОВ
- •2.3. ИЗУЧЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ДАВЛЕНИЙ В НЕОБСАЖЕННЫХ СТВОЛАХ
- •2.5. КОЛЬМАТАЦИЯ ПРОНИЦАЕМЫХ ПОРОД
- •2.7. НАПОЛНИТЕЛИ ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ЗОН ПОГЛОЩЕНИЯ
- •3 ТВЕРДЕЮЩИМИ РАСТВОРАМИ
- •3.1. ТАМПОНАЖНЫЕ РАСТВОРЫ И СМЕСИ ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ЗОН ПОГЛОЩЕНИЯ
- •3.1.1. ТАМПОНАЖНЫЕ ЦЕМЕНТЫ И РАСТВОРЫ
- •3.2. ТАМПОНАЖНЫЕ СМЕСИ ДЛЯ ЛИКВИДАЦИИ ПОГЛОЩЕНИЙ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН
- •3.2.1. ТАМПОНАЖНЫЕ СМЕСИ НА ОСНОВЕ МИНЕРАЛЬНЫХ ВЯЖУЩИХ
- •3.2.3. ТАМПОНАЖНЫЕ ПАСТЫ
- •3.4.1. ПАКЕРЫ ИЗВЛЕКАЕМЫЕ
- •Глава ГАЗОНЕФТЕВОДОПРОЯВЛЕНИЯ
- •4.1. ПОСТУПЛЕНИЕ ГАЗА В СКВАЖИНУ ПРИ БУРЕНИИ
- •4.1.1. ПРИЗНАКИ ПРОЯВЛЕНИЙ
- •AVmin = eS,
- •4.1.4. О ПРИРОДЕ ГАЗИРОВАНИЯ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ
- •Поступление газа (и других флюидов) в скважину вследствие диффузии
- •Фильтрация газа в скважину
- •Поступление флюида в скважину за счет капиллярного противотока
- •Контракционный эффект бурового (глинистого) раствора
- •4.2. ГАЗОПРОЯВЛЕНИЯ ПРИ КРЕПЛЕНИИ СКВАЖИН
- •4.2.5. ПРОНИЦАЕМОСТЬ ЦЕМЕНТНОГО РАСТВОРА
- •4.2.7. ПРОНИЦАЕМОСТЬ КАМНЯ ИЗ ТАМПОНАЖНОГО ЦЕМЕНТА
- •4.2.10. КОНТРАКЦИОННЫЙ ЭФФЕКТ
- •4.3. ТАМПОНАЖНЫЕ СОСТАВЫ ДЛЯ ЛИКВИДАЦИИ НЕФТЕГАЗОПРОЯВЛЕНИЙ
- •5 СТЕНОК СКВАЖИНЫ
- •6.1. РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ И ХАРАКТЕРИСТИКА ММП
- •6.4. ТИП И КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ БУРОВОГО ПРОМЫВОЧНОГО АГЕНТА
- •6.5. ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ БУРЯЩЕЙСЯ СКВАЖИНЫ
- •7 И ПОСАДКИ КОЛОННЫ ТРУБ,
- •ЖЕЛОБООБРАЗОВАНИЕ
- •7.1. ПРИРОДА ПРИХВАТОВ КОЛОНН ТРУБ
- •7.3. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВОЗНИКНОВЕНИЕ ПРИХВАТОВ КОЛОННЫ ТРУБ
- •7.4. ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ПРИХВАТОВ
- •7.4.1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ
- •7.4.4. ПРИХВАТЫ ТРУБ В ЖЕЛОБНЫХ ВЫРАБОТКАХ
- •7.4.5. ПРИХВАТЫ ВСЛЕДСТВИЕ САЛЬНИКООБРАЗОВАНИЯ
- •7.4.10. УСТЮЙСТВА ДЛЯ ОЧИСТКИ СТВОЛА СКВАЖИНЫ
- •7.4.11. ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ПРИХВАТОВ АЛМАЗНЫХ ДОЛОТ
- •7.5. ЛИКВИДАЦИЯ ПРИХВАТОВ
- •7.5.2. РАСХАЖИВАНИЕ ПРИХВАЧЕННОЙ КОЛОННЫ
- •7.5.3. УСТАНОВКА ЖИДКОСТНЫХ ВАНН
- •7.5.6. ПРИМЕНЕНИЕ УДАРНЫХ УСТРОЙСТВ
- •7.5.7. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА
- •7.5.9. ГИДРОВИБРИРОВАНИЕ КОЛОННЫ ТРУБ
- •8.2. ФАКТОРЫ, СПОСОБСТВУЮЩИЕ ВОЗНИКНОВЕНИЮ АВАРИЙ
- •8.3. АВАРИИ
- •8.4. РАЗРУШЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ
- •8.5. ОТКРЫТЫЕ АВАРИЙНЫЕ ФОНТАНЫ
- •9 В БУРЯЩИХСЯ СКВАЖИНАХ
- •9.1. ОТСОЕДИНЕНИЕ НЕПРИХВАЧЕННОЙ ЧАСТИ КОЛОННЫ ТРУБ
- •9.2. ЗАХВАТЫВАЮЩИЕ ИНСТРУМЕНТЫ
- •9.3. ОТБИВАНИЕ ЯССАМИ ПРИХВАЧЕННЫХ ТРУБ И ИНСТРУМЕНТОВ
- •9.4. ОПЕРАЦИЯ ОБУРИВАНИЯ
- •9.5. ИЗВЛЕЧЕНИЕ МЕЛКИХ ПРЕДМЕТОВ
- •9.7. ИЗВЛЕЧЕНИЕ ИЗ СКВАЖИН ПРИХВАЧЕННЫХ ПАКЕРОВ
8.3.АВАРИИ
СКРЕПЬЮ СКВАЖИНЫ
При цементировании обсадных колонн, спус каемых на большие глубины, нередки случаи обрыва колонн из-за резкой разницы температур колонны и закачиваемого раствора. Такие явления характерны для тех случаев, когда низ обсадной колонны опирается на забой или нижнюю сек цию колонны (или прихвачен), а верх ее жестко посажен на клинья или элеватор. В подобных случаях необходимо учиты вать изменение длины колонны от температуры. Закачка в нагретую колонну холодного бурового или цементного рас твора ведет к деформации колонны с последующим взрывом трубы из ее муфты.
На районы с повышенным температурным градиентом приходится основное число аварий по указанным причинам. При цементировании обсадных колонн возможны случаи разрушения тела трубы под действием давлений, превышаю щих допустимые. Например, при посадке колонны в шлам и восстановлении циркуляции иногда создают давления выше допустимых. Разрушаются главным образом обсадные к о лонны большого диаметра.
Известны случаи оставления цементного раствора в экс плуатационной колонне из-за быстрого схватывания его - образуется цементный стакан различной высоты. Иногда при разбуривании стакана нарушается целостность обсадной ко лонны. Причины оставления цементного раствора в ко лонне - ошибки при расчетах количества продавочной жид кости (часто не учитывается коэффициент сжимаемости жидкости, который зависит от количества находящегося в ней воздуха или газа), несовершенство конструкций продавочных пробок, использование неопрессованных цементиро вочных головок и др.
Другими причинами оставления цементного раствора в об садных колоннах могут быть: несоответствие качества там понажного цемента температурным условиям скважин, при водящее к преждевременному схватыванию цементного рас твора; применение для затворения цемента воды, загрязнен ной солями и другими жидкостями и веществами, сокращ а ющими сроки схватывания цементного раствора; отсутствие контроля за качеством приготовления цементного раствора.
При выполнении всех технических требований по спуску и цементированию обсадных колонн все же наблюдаются
случаи смятия их после цементирования. Смятие происходит выше зоны подъема цементного раствора и в зоне зацемен тированного участка обсадной колонны, а также в зоне фильтров. Смятие колонны наблюдается в интервалах, сло женных неустойчивыми породами, склонными к обвалам, а также при снижении уровня в колонне ниже допустимого. Смятие колонн в неустойчивых породах, которые не отделе ны от колонны цементным кольцом, можно объяснить сле дующим. Буровой раствор, находящийся за колонной, коагу лирует; снижается давление на стенки скважины, что способ ствует поступлению воды, нефти и газа в затрубное прост ранство. Все это ведет к обвалам пород и смятию труб.
С ростом глубины залегания неустойчивых пород увеличи вается высота столба бурового раствора за колонной над цементным кольцом, в связи с чем повышается опасность смятия колонн. Одно из важнейших мероприятий по предо хранению колонн от смятия в интервале нахождения неус тойчивых пород - перекрытие цементной оболочкой неус тойчивых и газонефтеводопроявляющих горизонтов.
Другая причина смятия обсадных колонн выше зацемен тированного участка - уменьшение уровня жидкости в них ниже допустимого. Подобные аварии встречаются там, где считают, что снижение уровня жидкости допускается на 2/3 длины колонны. Пределы понижения уровня жидкости необ ходимо рассчитывать в зависимости от условий проходки скважины, плотности бурового раствора, диаметра, толщины стенки и механических свойств материала обсадной колон ны.
Смятие обсадных колонн в пределах зацементированных участков происходит на расстоянии 50-60 м от фильтра и в прифильтровой зоне. Промысловые данные показывают, что подобные аварии бывают также в местах, где продуктивные горизонты сложены неустойчивыми породами и при эксплуа тации скважины выносится большое количество песка.
Для предупреждения поломок обсадных труб Т.Е. Еремен ко предлагает следующее.
1. При вызове притока нефти из пласта в момент освое ния скважины не допускать значительного опорожнения к о лонны от жидкости, отдавая предпочтение замене жидкости в колонне нефтью или другими растворителями глинистой кор ки, если она не была удалена в период подготовки скважины
кцементированию.
2.Применять в качестве фильтра трубы более высокой прочности на разрыв с гладкими снаружи соединениями.
3. Использовать в каждом конкретном районе цементиро вание цементным раствором выше продуктивного пласта.
Как видно из изложенного, смятие обсадных колонн в зо не зацементированных участков происходит в результате движения неустойчивых пластов, залегающих в месте уста новки фильтров и над ними, что создает нагрузки, превыша ющие допустимые по расчету на смятие.
Обсадные трубы в процессе работы иногда отвинчиваются в верхней или нижней части колонны. В нижней части ко лонны обсадные трубы отвинчиваются из-за отсутствия связи низа колонн со стенками скважины.
Отвинчивание и обрыв обсадных колонн чаще наблюдают ся в искривленных скважинах и приурочиваются к местам резких перегибов колонны.
После цементирования обсадные колонны иногда изгиба ются вследствие довольно значительных разгрузок во время обвязки устья скважины. Значительная разгрузка ее приводит к передаче дополнительных усилий от веса обсадной колон ны на нижние трубы, что ведет к изгибу нижней части ко лонны над цементным камнем. Изгибы приурочены к участ кам труб, непрочно связанным со стенками скважины, и час то к таким интервалам, где диаметр колонны в несколько раз меньше диаметра скважины. Это интервалы, сложенные по родами, легко поддающимися размыву или обвалам.
Часто изгиб обсадной колонны происходит против баш мака предыдущей колонны, обычно перед кондуктором, если цементный раствор поднят не до башмака предыдущей к о лонны и последняя полностью разгружена.
При углублении скважин после спуска кондукторов и промежуточных колонн часто наблюдаются случаи протира ния обсадных колонн. Это происходит при бурении наклон ных и вертикальных скважин. Наблюдения показывают, что чем больше выход бурильной колонны из-под башмака пре дыдущей обсадной колонны и чем больше кривизна скважи ны, тем больше вероятность протирания обсадной колонны. В остальных случаях можно не заметить этого, особенно когда за колонной в месте протирания имеется цементный камень. Тогда колонна, связанная в местах протирания це ментным камнем, не деформируется. Протирание таких к о лонн обнаруживается только при проведении геофизических работ в скважине, и притом в большинстве случаев перед спуском последующей колонны. Отсутствие деформации объясняется тем, что при бурении обсадная колонна запол нена буровым раствором и давление на стенки труб с внеш-
504
ней и внутренней сторон почти одинаково, в результате чего труба сохраняет первоначальную форму. Там, где между тру бой и стенками скважины цементного камня нет, протирание колонн ведет к разрушению резьбового соединения труб, их смятию, и создаются препятствия свободному прохождению бурильной колонны (Л.Б. Измайлов, М.Л. Кисельман, И.П. Пустовойтенко).
При бурении глубоких скважин очень часты аварии из-за износа обсадных труб и повреждения их бурильной колон ной и долотами. Рост числа спускоподъемных операций при вел к тому, что практически невозможно избежать износа труб. Так, по данным М.Л. Кисельмана, в объединении "Грознефть" в скважинах глубиной до 4000 м в обсадных колоннах трубы совершают 500-550 тыс. м возвратно-поступательных движений и 1500 тыс. м вращений. Такой большой объем работ в обсадных колоннах ведет к износу труб и протира нию их при самых благоприятных условиях проходки сква жин.
Бурильная колонна вырабатывает при спускоподъемных операциях в стенках обсадной колонны односторонний ж е лоб с поперечным сечением в виде крута диаметром, равным диаметру бурильных замков эксплуатирующейся бурильной колонны. Трубы, имеющие указанные дефекты, уже сами являются источником аварии, так как при повышении давле ния в колонне они рвутся вдоль желоба. Ж елоба и прорезы в обсадных колоннах усиленно вырабатываются движением долот всех типов, особенно колонковыми долотами режуще го и режуще-истирающего типа, а также долотами ф резерно го типа. Повреждение колонны резко растет с увеличением силы прижатия долота к одной стороне колонны вследствие искривления ствола скважины и других причин, нарушающих центричность колонны по отношению к стволу скважины.
Неровности внутренней части труб (коррозионные впади ны, уступы и т.д.) способствуют также увеличению числа прорезов и надрезов. Отмеченные неровности, а также тор цы труб являются упорами для режущей части долот, поэтому от них берут начало прорезы.
Приустьевые трубы обсадных колонн подвергаются значи тельному износу. Первая труба часто имеет односторонний износ, нередко до полного истирания толщины на 0,5-0,8 длины трубы. Таких значений износ достигает в результате постоянного контакта ведущей трубы с первой трубой об садной колонны. При этом на значение износа влияют: кри визна скважины, эксцентричное расположение труб, а также
конструкция скважин, виды и типы спускаемого бурильного инструмента и установленного бурового оборудования.
Протирание обсадных колонн в значительной степени за висит от использования на бурильных трубах предохрани тельных резиновых колец. При их отсутствии степень износа увеличивается.
Установлено, что обсадные трубы протираются главным образом при работе в колоннах без предохранительных ре зиновых колец на бурильных трубах при роторном и тур бинном бурении, а протирания часто возникают в местах искривления.
Основная причина проседания обсадных колонн - недо статочное крепление их на устье, особенно если колонна не посажена на клинья.
Часты нарушения обсадных колонн в процессе разбурива ния цементного стакана и элементов низа обсадной колонны, продавочных пробок, стоп-кольца, обратного клапана й на правляющей пробки.
Ликвидация негерметичности
Причины негерметичности обсадных колонн могут быть разные. К их числу относят разрывы вследствие возникновения чрезмерных внутренних давлений, утечки по резьбе из-за неправильного свинчивания, отверстия, образо вавшиеся в результате коррозии или эрозионного воздейст вия струй промывочной жидкости и т.п.
В зависимости от типа и протяженности зоны негерме тичности выбирают метод ремонта обсадной колонны. Прежде всего надо определить местоположение повреждения. Для этого лучше использовать съемный пакер. С его помо щью проводят серию опрессовок колонны, начиная снизу и постепенно поднимаясь вверх до тех пор, пока не будет об наружена негерметичность.
Самым нераспространенным методом ликвидации негер метичности обсадных колонн, видимо, следует считать це ментирование под давлением. Цементный раствор продавли вается сквозь негерметичную часть за колонну, и после его схватывания колонну опрессовывают. Иногда надо провести цементирование в несколько ступеней и оставить часть це ментного раствора в колонне под давлением до схватывания. После разбуривания цементной пробки колонну испытывают на герметичность.
Зона негерметичности может быть перекрыта хвостови
ком, "голова" которого располагается над зоной, а башмак может находиться на забое скважины. В комплекс устройст ва для подвески хвостовика может входить пакер, обеспечи вающий герметизацию пространства между "головой" хвосто вика и обсадной колонной. Для повышения надежности кре пи за хвостовиком поднимают цементный раствор до пакера. Хвостовики уменьшают диаметр скважины, что ограничивает применение технологических операций и инструментов в бу дущем. По этой причине спуск хвостовика может оказаться нежелательным.
Если место негерметичности расположено неглубоко и спуск хвостовика до забоя нецелесообразен, то может быть спущен укороченный хвостовик - вставка. Верхний и ниж ний концы такой вставки оборудуют якорными узлами и пакерами, в результате чего пространство между хвостовиком и обсадной колонной оказывается загерметизированным снизу и сверху. Недостаток такого способа ликвидации негерме тичности - образование местной суженной зоны.
Иногда обсадную колонну обрезают ниже места негерме тичности. Обрезанную часть поднимают, а на ее место спус кают новые трубы и соединяют их с оставшимися в скважи не при помощи ремонтного овершота.
Эта работа включает следующие операции. Определяют нижнюю граничу негерметичности или зоны повреждения обсадных труб, для чего спускают соответствующие инстру менты. Затем механической труборезкой, спущенной на бу рильных трубах» отрезают обсадную колонну ниже этой зо ны. Ремонтный овершот спускают на новых обсадных тру бах и соединяет его с оставшимися в скважине трубами по правилам, принятым при работе с овершотом: осторожно накрывают "голову" труб с поворотом вправо. После того как захват вошел в зацепление с трубой и пакер герметизи ровал пространство между трубой и корпусом овершота, об садную колонну натягивает до расчетной нагрузки и сажают на подвеску колонн°й головки.
При спуске обсадных колонн в морские скважины с под водным расположением устья устройство для подвески к о лонны крепите# к верхней обсадной трубе и спускается на бурильных трубах для посадки в колонную головку, распо ложенную глубоко под водой. По пути обсадная колонна мо жет быть прих#ачена* и подвесное устройство не дойдет до колонной головки- В этом случае обсадную трубу отрезают ниже устья так» чтобы прихваченную колонну можно было вытянуть вверх на необходимую для подвески длину.
На обсадных трубах спускают ремонтный овершот. Верх нюю трубу, оборудованную подвесным устройством, сажают в колонную головку, а нижний торец овершота при этом должен находиться немного выше "головы" обрезанной тру бы. Сквозь верхнюю секцию обсадных труб на бурильной колонне спускают внутреннюю труболовку, ловят "голову" обрезанной колонны, затаскивают ее в захват овершота и там подвешивают, натянув согласно расчету. При этом пакер овершота обхватывает обрезанную трубу, обеспечивая герме тичность колонны. Проворотом бурильной колонны осво бождают труболовку и поднимают ее из скважины.
Применение ремонтного овершота позволяет создать рас четное натяжение колонны и обеспечить постоянство ее вну треннего канала. По наружному диаметру овершоты нена много превосходят обычные муфтовые соединения стандарт ных обсадных труб. После посадки в колонную головку ко лонну с ремонтным овершотом опрессовывают для проверки герметичности уплотнения.
Отвинчивание обсадных труб
Если на сравнительно небольшой глубине об садная колонна сильно корродирована или негерметична, можно отвинтить ее верхнюю поврежденную часть при по мощи специальных инструментов и заменить новыми труба ми, соединив их с оставшейся в скважине частью специаль ным метчиком (или колоколом). Если ремонтируемая колонна находится в обсаженной скважине, то область применения способа может быть расширена до глубины 900 м. Однако наибольшее распространение этот способ получил на глуби нах до 300 м.
Отвинчивание начинают сверху. С помощью внутренней труболовки, бурильных труб с левой резьбой и высокомоментного бурового ключа отвинчивают на три оборота влево одну или несколько верхних труб обсадной колонны. Затем труболовку спускают в следующую трубу и отвинчивают ее тоже на три оборота. При вращении трубы влево ее нижнее резьбовое соединение развинчивается, а верхнее свинчивается с расположенными выше неподвижными трубами. Таким об разом отвинчивают по очереди все трубы до намеченной глу бины, где полностью отвинчивают всю расположенную выше колонну.
Успех этому методу обеспечивают небольшие потери на трение, так как трубы отвинчивают поодиночке, а благодаря
тому, что при отвинчивании нижней резьбы все находящиеся выше резьбы завинчиваются, практически исключается веро ятность отвинтить и уронить в скважину какую-нибудь трубу. В компоновку бурильной колонны включают трубы с центра торами, чтобы поддерживать соосность верхней и нижней частей обсадной колонны как при отвинчивании, так и при соединении их между собой.
Повсеместное применение метода сдерживается не только ограничениями по глубине, но и возможностью проявления продуктовых горизонтов в этот период работ, когда верхняя часть обсадной колонны отсутствует или не может быть ис пользована для герметизации устья и глушения скважины. Отвинчивание обсадных труб - один из дешевых методов, не требующих применения дорогостоящих соединителей типа ремонтного овершота.
Стальные деформируемые перекрыватели для обсадных колонн
Суть метода заключается в том, что зона негерметичности обсадной колонны перекрывается изнутри, как пластырем, тонкостенной (толщина стенки 2-3 мм) де формируемой трубой, изготовленной из мягкой стали. Трубу сначала подвергают отжигу, потом на ней прокатывают про дольные гофры, уменьшая таким образом ее наружный* диа метр, и снова отжигают для снятия остаточных напряжений прокатки. Наружный диаметр трубы подбирают с учетом размера и толщины стенки обсадной колонны в перекрыва емом интервале. Это очень важно, так как после деформации перекрыватель должен плотно прилегать к внутренней по верхности обсадной колонны.
Обычно наружная окружность поперечного сечения тру- бы-перекрывателя на 2 % длиннее внутренней окружности поперечного сечения обсадной колонны. Снаружи на пере крыватель наносится слой стекловолокна, который насыща ют эпоксидным клеем и который служит уплотняющей про кладкой.
В комплект инструментов для установки перекрывателя входит гидравлический поршень, который проталкивает двухступенчатую оправку внутри гофрированной трубыперекрывателя. Перед спуском в скважину сдой стекловолок на пропитывается эпоксидным клеем, срок схватывания ко торого подбирается с учетом продолжительности работ и температурных условий в скважине.