книги / Предупреждение и ликвидация аварий в бурении

Протирание колонн. При углублении скважин после спуска кондукторов и промежуточных колонн, наблюдаются случаи про­ тирания обсадных колонн. Это происходит при бурении наклон­ ных и вертикальных скважин. Наблюдения показывают, что чем больше выход бурильной колонны из-под башмака предыдущей обсадной колонны и чем больше кривизна скважины, тем больше вероятность протирания обсадной колонны. В отдельных случаях можно не заметить этого протирания, особенно когда за колон­ ной в месте протирания имеется цементный камень. Тогда колонна, связанная в местах протирания цементным камнем, не деформи­ руется. Протирание таких колонн обнаруживается только при про­ ведении геофизических работ в скважине и притом в большинстве случаев перед спуском последующей колонны. Отсутствие дефор­ мации объясняется тем, что при бурении обсадная колонна запол­ нена буровым раствором и давление на стенки труб с внешней и внутренней сторон почти одинаково, в результате чего труба со­ храняет первоначальную форму. Там, где между трубой и стен­ ками скважины цементного камня нет, протирание колонн ведет к разрушению резьбового соединения труб, их смятию и создаются препятствия свободному прохождению бурильной колонны.

Например, в скважину при забое 2897 м на глубину 594 м был спущен кондуктор диаметром 325 мм. При очередном подъеме бу­ рильной колонны на глубине 89 м в кондукторе заклинилось долото. После длительного расхаживания долото освободили и подняли из скважины. В процессе работ по ремонту кондуктора специальным аварийным инструментом (райбером, торцовым коль­ цевым фрезером, расширителем, центратором с гладкими роли­ ками, магнитным фрезером), а также после работ турбобуром с приваренными направляющими клапанами, пикообразным доло­ том, штыревым долотом УМ-12К и после опрессовки кондуктора выяснилось, что нарушения распространялись выше и ниже места задира. Аварийный инструмент при работе на глубине 98 м вы­ ходил за пределы кондуктора, на что указывали поднятые куски металла в виде спиральных лент, инклинограмма и отобранный керн. Кроме того, в старый ствол бурильная колонна не входила, так как кроме протирания обнаружилось смещение трубы отно­ сительно муфты. После многочисленных и безрезультатных попы­ ток попасть в старый ствол скважину пришлось ликвидировать.

При бурении глубоких скважин очень часты аварии из-за из­ носа обсадных труб и повреждения их бурильной колонной и до­ лотами. Рост числа спуско-подъемных операций привел к тому, что практически невозможно избежать износа труб. Так, по данным СевКавНИПИнефть в объединении Грознефть в скважинах глу­ биной до 4000 м в обсадных колоннах трубы выполняют 500— 550 тыс. м возвратно-поступательных движений и 1500 тыс. м вра­ щений. Такой большой объем работ в обсадных колоннах ведет к износу труб и протиранию их при самых благоприятных усло­ виях проходки скважин.

71

Исследованиями СевКавНИПИнефть установлено, что буриль­ ная колонна вырабатывает при спуско-подъемных операциях в стенках обсадной колонны односторонний желоб с поперечным сечением в виде круга диаметром, равным диаметру бурильных замков эксплуатирующейся бурильной колонны. Трубы, имеющие

указанный	дефект, уже сами являются источником аварий, так
как при	повышении давления в колонне они рвутся вдоль

желоба.

Желоба и прорезы в обсадных колоннах усиленно вырабаты­ ваются движением долот всех типов, особенно колонковыми доло­ тами режущего и режуще-истирающего типа, а также долотами фрезерного типа. Повреждение колонны резко растет с увеличе­ нием 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 (коррозийные впадины, ус­ тупы и т. д.) способствуют также увеличению числа прорезей и надрезов. Отмеченные неровности, а также торцы труб являются упорами для режущей части долот, поэтому от них берут начало прорезы.

Приустьевые трубы обсадных колонн подвергаются значитель­ ному износу. Первая труба часто имеет односторонний износ, не­ редко до полного истирания толщиной на 0,5—0,8 длины трубы. Таких значений износ достигает в результате постоянного кон­ такта ведущей трубы с первой трубой обсадной колонны. При этом на величину износа влияют: кривизна скважины, центричное рас­ положение труб, а также конструкция скважин, виды и типы спу­ скаемого бурового инструмента и установленного бурового обору­ дования.

Протирание обсадных колонн в значительной степени зависит от наличия на бурильных трубах предохранительных резиновых ко­ лец. При их отсутствии степень износа увеличивается. Следует от­ метить, однако, что существующие их конструкции, выпускаемые серийно промышленностью, не отвечают условиям работы в сква­ жине на больших глубинах.

Как было установлено, протирание обсадных труб происходит главным образом при работе в колоннах без предохранительных резиновых колец на бурильных трубах при роторном и турбинном бурении, а места протирания часто приурочены к перегибам в скважинах из-за их кривизны. Многие инженеры и буровые ма­ стера считают, что предохранительные резиновые кольца устанав­ ливать на трубы при турбинном бурении необязательно. Это мне­ ние ошибочно, и оно во многих случаях приводит к тяжелым по­ следствиям.

Часты случаи протирания колонн в зоне устья. Однако не ис­ ключена возможность протирания колонн из-за длительной работы в них, как это произошло в приведенном выше примере.

Прочие аварии. Другие аварии с обсадными колоннами встре­

72

чаются редко, но иногда повторяются в ряде районов, например срез обсадной колонны в результате слабого крепления ее у устья скважины. Поясним это на примерах. В скважину глубиной 2100 м была спущена обсадная 219-мм колонна. Цементный раствор был поднят на 600 м от башмака. При оборудовании устья обсадную колонну решили посадить на элеватор. Для этого к ней приварили шесть щечек от звеньев однорядных цепей. После посадки колонны на щечки, они были срезаны под действием веса колонны, и ко­ лонна просела. В другом случае для удержания колонны на эле­ ваторе на трубу приварили куски металла треугольной формы, которые также были срезаны под действием веса колонны.

Следующим примером неправильного крепления обсадной ко­ лонны на устье является случай из практики Камчатской экспеди­ ции. В скважину на глубину 1710 м спустили промежуточную колонну диаметром 273 мм. Цементный раствор за колонной под­ няли на 350 м от башмака. На восьмой день после цементирова­ ния к верхней трубе приварили элеватор, обрезали обсадную колонну на 25 см выше элеватора и продолжали бурение. При за­ бое 1949 м долото остановилось на глубине 1335 м. Последующими работами было обнаружено смятие колонны. Применив роликовую оправку, достигли свободного прохождения бурильной колонны до забоя. Скважину углубили до 2072 м. При последующем бурении был замечен выход раствора из затрубного пространства между обсадными колоннами диаметром 273 и 351 мм.

Для определения места разрыва решили провести электрокаро­ таж, но из-за отсутствия каротажной партии пришлось герметизи­ ровать устье путем установки цементного кольца. Для этого обре­ зали элеватор, который ранее был приварен к трубе для удержания обсадной колонны. Освобожденная колонна просела, и верх ее был обнаружен на 16 м ниже устья скважины. Проверкой состояния обсадной колонны было выявлено смятие ее на глубине 1157 м. Внутренней неосвобождающейся труболовкой подняли 1157 м труб диаметром 273 мм. Затем подняли еще 178 м труб. Бурение сква­

жины пришлось прекратить из-за	последующего слома	буриль­
ной колонны при работе райбером	и невозможности ее	извле­

чения.

Расследованием причин аварий было установлено следующее. Спущенные в скважину обсадные трубы в интервале 1157—1355 м имели запас прочности 0,82; колонна была посажена на забой с большой разгрузкой, равной 80—90 тс. Цементное кольцо было обнаружено на глубине 1359 м, т. е. на 4 м ниже места наруше­ ния колонны; фактически цементный раствор надо было поднять на 500 м. Сильно разгруженная колонна создавала максимальную нагрузку на трубы выше цементного кольца. В нижней части под­ нятые трубы имели внутри одностороннюю сработанность на 0,5:— 1 мм; нижняя труба поднятой колонны была разорвана по длине на 6 м, что указывало на истирание обсадных труб во время буре­ ния (бурение вели роторным способом).

73

Таким образом, главными причинами ликвидации скважины были срез элеватора и протирание колонны.

Помимо указанных случаев, аварии с обсадной колонной про­ исходят из-за среза ее при оборудовании устья. Например, в од­ ной из скважин в кондуктор была спущена обсадная 168-мм ко­ лонна. Во время отрезания кондуктора для закрепления обсадной колонны на хомуте была надрезана обсадная труба, которая сло­ малась, и колонна опустилась на 18 м. Как выяснилось впослед­ ствии, эксплуатационная колонна односторонне прилегала к кон­ дуктору и при отрезе его также оказалась надрезанной.

Основной причиной проседания обсадных колонн является не­ достаточное крепление их на устье, особенно если колонна не са­ жается на клинья или спускается без патрубка с муфтой. Напри­ мер, для укрепления колонн в некоторых случаях на последнюю трубу приваривают элеватор или хомуты, в результате чего про­ исходит срез колонны и смятие ее над цементным камнем. Этим методом крепления колонны на устье пользуются еще во многих буровых предприятиях.

В работе [71] дан анализ и приводятся сведения об эксперимен­ тальных исследованиях процесса разбуривания цементного ста­ кана и элементов низа обсадной колонны, а именно: продавочных пробок, стоп-кольца, обратного клапана и направляющей пробки. Результаты их сводятся к следующему:

— пикообразное долото практически не разбуривает, а ломает чугунные элементы оборудования низа обсадной колонны;

— торцовой фрезер разбуривает чугунные элементы очень мед­ ленно, что иногда приводит к нарушению целостности труб или к ослаблению крепления нижних труб в стволе скважины и к по­ следующему их обрыву;

— поочередный спуск пикообразного долота и торцового фре­ зера для разбуривания соответственно цементного стакана и ме­ таллических элементов низа обсадной колонны удлиняет срок раз­ буривания низа;

—шарошечные долота приводят к нарушениям крепления низа

исамой обсадной колонны, а также требуют спуска металлоулавливателей или магнитных фрезеров для извлечения кусков ме­ талла.

На основании проведенных исследований для разбуривания це­ ментных стаканов и элементов низа обсадной колонны рекоменду­ ются специальные долота ДЦС.

§ 6. ПРОЧИЕ ВИДЫ АВАРИИ И ИХ ПРИЧИНЫ

Падение посторонних предметов в скважину

При работах над устьем скважины нередко нарушаются техно­ логические требования эксплуатации вспомогательных и спуско­ подъемных инструментов, приборов и других механизмов и уст­

74

ройств. Эти нарушения приводят к падению в скважину различ­ ных предметов и вызывают дополнительные работы в ней. Очень часто в скважину падают кувалды, роторные зажимы ведущих труб (роторные клинья), клинья бурильных и утяжеленных бу­ рильных труб, детали автоматических ключей АКБ-ЗМ, цепные ключи, вкладыши ротора, ломы и даже известны случаи падения

вскважину элеваторов. В практике встречаются случаи падения

вскважину различных предметов, например, ведер, пробок, кото­ рыми закрывают устье скважины, и других предметов.

Известен, например, случай, когда бурильщик пытался сбить

приподнятую над ротором долотную доску с заклиненным в нем долотом, но при нанесении очередного удара промахнулся, ку­ валда вырвалась из рук и упала в скважину. В другом случае кувалда упала в скважину при попытках расходить шарошки до­ лота ударами по ней кувалдой. Многие попытки расходить кувал­ дой элеватор, особенно обмерзший, и другой спуско-подъемный инструмент над открытой скважиной, а также использование ку­ валд для ударов по резьбовым соединениям с целью облегчения развинчивания приводят к падению их в скважину.

Многочисленны также случаи падения в скважину роторных зажимов ведущей трубы. Все случаи аварий этого вида однотипны. При подъеме ведущей трубы из скважины выходит один ее за­ жим, затем нижним переводником поднимается один вкладыш ро­ тора. Как правило, поднимается тот вкладыш ротора, у которого был извлечен роторный зажим ведущей трубы. Вслед за этим ве­ дущая труба занимает место вкладыша ротора, а второй клин ро­ торного зажима ведущей трубы отходит от вкладыша ротора и падает в скважину. Иногда падению роторного замка способст­ вует случайное включение вместо крана пневмотормоза крана привода ротора. При вращении ротора зажим ударяется о бу­ рильную колонну, отходит от вкладыша ротора и падает в сква­ жину.

Как правило, аварии этого вида происходят там, где плохо отцентрирована вышка и когда при подъеме бурильной колонны не вытащены оба роторных зажима ведущей трубы. Авариям спо­ собствует и отсутствие устройств против попадания посторонних предметов в скважину.

Нередко в скважину падают клинья для бурильных и утяже­ ленных бурильных труб. Основными причинами таких аварий яв­ ляются: попытки провернуть бурильную колонну с их помощью; поломка отверстий под пальцы клина в результате работ по из­ влечению клина; поломки узлов клиньев при резком ударе их о ротор.

Известны многие случаи падения в скважину сменных челюстей ключей АКБ-ЗМ. Причина таких аварий заключается в том, что работы проводили без стопорных пружин при плашках, разверну­ тых к бурильной колонне, отчего при подводе ключа к замку сре­ заются страховые болты и челюсти падают в скважину.

75

В редких случаях происходят аварии из-за несовершенства конструкции инструментов. Невнимательность и пассивность чле­ нов буровой бригады являются во многих случаях причиной воз­ никновения аварий этого вида.

Аварии при промыслово-геофизических работах в скважине

Авариями такого вида являются прихваты, оставление в сква­ жине кабеля, различных приборов, грузов, шаблонов, торпед и других устройств, применяемых при исследовании скважины и вспомогательных работах в ней, а также самопроизвольные взрывы торпед и выстрелы перфораторов.

Прихват кабеля в скважине может случиться вследствие пере­ пуска кабеля, запутывания его при спуске или подъеме с большой скоростью, обвала пород и образования пробок. Во многих слу­ чаях аварии при электрометрических работах происходят из-за недостаточной подготовленности скважины к электрометрическим работам, а также ввиду плохого крепления приборов к кабелю или кабеля к подъемнику, применения изношенного кабеля и др. Осо­ бенно часто аварии этого вида происходят при длительных геофи­ зических работах в скважинах и во время оставления без движе­ ния находящегося в скважине кабеля с прибором.

Следует указать на недопустимое ограничение применения спе­ циальных пружинных контактов, встроенных в скважинный при­ бор или в кабельную головку. Практика показала их важность и возможность с их помощью избежать значительного числа аварий.

Из-за отсутствия контрольных меток на кабеле часто затаски­ вают приборы на блок-баланс, в результате чего они обрываются. Нередко причиной аварии в скважине является захлестывание ка­ беля при торпедировании или в желобе, заклинивание прибора после выстрела в нарушенных или смятых участках обсадной колонны или в желобе, а также заклинивание стреляющих там­ понов.

Самопроизвольные взрывы торпед происходят в результате при­ менения нетермостойких взрывчатых веществ и средств взрыва в высокотемпературных скважинах при смятии кожухов торпед или от преждевременного поступления электрозаряда на взрыва­ тель.

Неудовлетворительная подготовка ствола скважины к прове­ дению геофизических работ заключается в следующем:

—промывка скважины жидкостью, не отвечающей требова­ ниям геолого-технического наряда и не обеспечивающей необходи­ мую очистку скважины;

—недостаточная проработка мест сужений, уступов и искрив­ ленных участков;

—проверка ствола скважины несоответствующим шаблоном.

76

Аварии при опробовании бурящихся скважин испытателями пластов

В последние годы все чаще стали практиковать испытание раз­ ведочных скважин испытателями пластов сразу же после вскры­ тия продуктивного пласта, не дожидаясь окончания бурения сква­ жин или вскрытия последующих продуктивных пластов. При этом возникают следующие аварии с испытателями пластов: прихваты колонн бурильных труб, спускаемых с испытателями пластов, осо­ бенно нижней части, расположенной под пакером; поломки и разъ­ единение узлов испытателей пластов.

Причинами аварий при работе с испытателями пластов явля­ ются: длительное стояние в ожидании притока; неправильно выбранный интервал установки пакера; большая депрессия, при­ водящая к разрушению пласта; низкое качество резинового эле­ мента; неудовлетворительная подготовка ствола скважины к работе с испытателями пластов и отсутствие устьевой противо­ выбросовой арматуры.

Помимо изложенного, следует иметь в виду, что при опробова­ нии газовых и газоконденсатных горизонтов испытателями плас­ тов возможен прихват узлов образующимся гидратом.

Аварии при испытании скважин

Завершающим этапом строительства скважины, как правило, является испытание продуктивных горизонтов. Последнее связано со спуском в скважину насосно-компрессорных труб и простре- лочно-перфорационными работами. Проведение их сопровождается нередко авариями, для которых характерны поломка и срывы резьбы в элементах насосно-компрессорных труб, прихваты, нару­ шение целостности обсадных колонн и падение посторонних пред­ метов в скважину.

Основными причинами указанных аварий являются неудовлет­ ворительная технология установки цементных мостов; работа с де­ фектными трубами; нарушение технологии и неудовлетворитель­ ная техническая оснащенность бригад, проводящая эти работы. Вследствие этого в скважину спускают трубы с недостаточно за­ крепленными резьбовыми соединениями, имеющие дефекты. На трубах, спускаемых в скважину, не устанавливают устройства, предупреждающие попадание в нее посторонних предметов и т. д.

Открытые фонтаны

Этот вид аварий хотя и редкий, но встречается повсеместно, причем особенно часто при проходке скважин на новых месторож­ дениях нефти и газа. Почти на всех крупных месторождениях газа и нефти были фонтаны (Елшанское, Угерское, Шебелинское, УстьВилюйское, Газлинское, Кегичевское и др.).

77

Основные причины открытых фонтанов достаточно подробно изложены в «Инструкции по предупреждению открытого фонтани­ рования при бурении скважин» [24]:

— не соответствующая геологическим условиям конструкция

скважин, выбранная	без учета глубины	залегания и	пластового
давления горизонтов;
— некачественное цементирование обсадных колонн, на кото­
рых устанавливается	противовыбросовое	устройство,	что	приво­
дит к прорывам газа при выбросах		после закрытия		превен­
тора;

—отсутствие противовыбросового оборудования на устье сква­ жин при вскрытии газовых, газоконденсатных или напорных неф­ тяных и водоносных горизонтов, а также несоответствие его пара­ метров условиям бурения скважин;

•— неудовлетворительные схемы оборудования устья скважин, необеспечивающие своевременную и надежную их герметизацию при газопроявлениях;

—неправильная эксплуатация противовыбросового оборудо­

вания;

—неправильный выбор для вскрытия напорных горизонтов и для бурения скважин после их вскрытия удельного веса бурового раствора, а также использование раствора низкого качества: плохо глинизирующего пласты, способного легко насыщаться газом и трудно освобождающегося от него;

—недостаточная промывка скважины при бурении и перед подъемом бурильной колонны;

—увеличение содержания газа в буровом растворе в процессе бурения (плохая дегазация выходящего из скважины раствора);

—снижение давления на вскрытые продуктивные или напор­ ные водоносные горизонты при .подъеме бурильной колонны в слу­ чае использования буровых растворов с высоким статическим на­ пряжением сдвига или образования сальников;

—падение уровня жидкости в скважине в процессе проведения буровых работ вследствие несвоевременного ее заполнения или по­ глощения жидкости вскрытыми пластами;

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

В основном открытые фонтаны возникают на газовых место­ рождениях, что объясняется в первую очередь недооценкой осо­ бенностей проходки газовых скважин и механическим перенесе­ нием технологии и техники разбуривания нефтяных месторож­ дений на газовые, а в последнее время и перенесением их на истощенные месторождения при строительстве газовых хра­

нилищ.

Другой характерной причиной возникновения фонтанов явля­ ется вскрытие нижележащих продуктивных горизонтов без пере­ крытия вышележащих, особенно с высокими пластовыми давле­ ниями.

78

Возникновению фонтанов способствуют длительные остановки и нарушения цикличности бурения; неумелое применение методов ликвидации аварий, особенно допущение ошибок при установке ванн; вскрытие пластов с резко отличной литолого-физической ха­ рактеристикой и аномально высокими пластовыми давлениями. Как правило, открытые фонтаны происходят там, где нарушается технология проходки скважин, где допускаются отступления от принятых проектных норм без достаточного обоснования, приме­ няется несоответствующее оборудование, особенно устьевое и про­ тивовыбросовое.

Г Л А В А III

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ АВАРИЙ

§I. ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ АВАРИЙ

СЭЛЕМЕНТАМИ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ

Предупреждение аварий, вызываемых поломкой ведущих, утя­ желенных и бурильных труб, бурильных замков, соединительных муфт и переводников, прежде всего заключается в правильной сборке, комплектации, эксплуатации их согласно действующим ин­ струкциям и рекомендациям. Основные положения их заключа­ ются в следующем.

1.Необходимо создать крупные, хорошо оснащенные техниче­ скими средствами и кадрами трубопрокатные базы, выполняющие все работы по проверке, монтажу, ремонту и транспортировке эле­ ментов бурильных и обсадных колонн, а также профилактические проверки качества эксплуатируемых бурильных колонн и новых обсадных труб. Такие базы должны обеспечивать трест или группу предприятий, размещенных в определенных районах.

2.Все поступающие с заводов трубы (бурильные, утяжеленные

иведущие), бурильные замки, переводники, соединительные муфты

ит. д. необходимо обязательно проверять на трубопрокатных ба­ зах для выявления дефектов, особенно в резьбах, и соответствия

их требованиям ГОСТ, нормалей и техническим условиям. Бу­ рильные, ведущие и утяжеленные трубы, кроме того, желательно проверять дефектоскопами для выявления дефектов, образовав­ шихся в процессе изготовления труб.

Контроль за трубами, их монтаж и все ремонтные работы следует проводить только на трубных базах. При этом необходимо руководствоваться «Инструкцией по проверке и монтажу труб сборной конструкции». Баку, АзНИИбурнефть, 1968.

Эксплуатировать трубы следует согласно: «Временной инструк­ ции по применению труб повышенной прочности в нефтяных и га­ зовых скважинах». Баку, АзНИИбурнефть, 1966; «Временной ин­ струкции по комплектации, отработке, учету, начислению износа и списанию бурильных, утяжеленных и ведущих труб». Баку, АзНИИбурнефть, 1968; «Инструкции по эксплуатации легкосплав-

80