Анализ осложнений при закачивании скважин, их предупреждение и устранение на предприятие "Тюменбургаз"

Литература

1. Материалы собранные при прохождении производственной и преддипломной практики в ОАО “ТЮМЕНБУРГАЗ”

2. К.В.Иогансен «Спутник буровика».

3. А.Г.Калинин Н.А.Григорян Б.3.Султанов Справочник «Бурение наклонных скважин».

4.Е.М.Соловьев «Задачник по заканчиванию скважин».

5. А.Ф. Озеренко, А.К. Куксов и др., «Предупреждение и ликвидация газопроявлений при бурении скважин».

6. А.И. Булатов, Н.А. Сидоров, «Осложнения при креплении глубоких скважин».

9 Специальная часть

Развитие нефте- и газодобывающей промышленности существенно зависит от темпов бурения скважин. Последние значительно сдерживаются авариями и осложнениями, на ликвидацию которых затрачивается 10-12 % общего времени, задалживаемого на бурение скважин.

Буровые организации оснащаются современными буровыми станками, оборудованием, инструментами и приборами. Для осуществления бурения скважин разработаны технологические процессы, обеспечивающие строительство скважин глубинами 7-12 тыс. м. Однако современные техника и технология в процессе бурения используются не всюду правильно, что иногда приводит к нарушениям нормального цикла бурения и возникновению аварий и осложнений. Освоение новых площадей часто сопровождается осложнениями, вызванными незнанием особенностей горно-геологических условий этого региона.

Проблема предотвращения аварий и осложнений по прежнему актуальна. Решение ее позволило бы сэкономить значительные средства, сократить время бурения скважин, повысить технико-экономические показатели.

Необходимо помнить, что беспечность и пассивность в работе исполнителя -- источник аварии. От квалифицированной работы рабочих в первую очередь зависят безаварийное бурение скважин на нефть и газ и исключение осложнений.

Виды аварий

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 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.

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 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.

Причины аварии

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

Как правило, бракованные изделия спускают в скважину очень редко, так как перед спуском в скважину их проверяют. Невнимательность и небрежность при проверке способствуют увеличению .числа аварий с инструментами, спускаемыми в скважину. Число аварий из-за применения бракованных заводских изделий ежегодно не превышает 3--5 %.

Основное число аварий (на некоторых предприятиях оно достигает до 95% общего числа аварий) происходит вследствие нарушения требований техники и технологии ведения буровых работ, предусмотренных в технических и технологических проектах на строительство скважин.

Беспечность и пассивность отдельных исполнителей, несоблюдение ими требований проектов и инструкций по эксплуатации механизмов--основной источник аварий. Причины аварий прежде всего объясняются недостатками внутри предприятия, несовершенством организации работы по строительству и обеспечения буровой всем необходимым для проводки скважин, отклонением от технологии бурения и требований к эксплуатации механизмов, бурильных колонн, забойных двигателей, инструментов, приборов и т. п.

Аварии с обсадными колоннами

Крепление скважин обсадными колоннами--сложный и дорогостоящий процесс.

Геологические факторы, способствующие возникновению аварии при креплении скважин, очень редки.

Основные причины аварий -- неудовлетворительная подготовка ствола к спуску обсадной колонны, плохая подготовка труб, стыковочных муфт, разъединителей и другой оснастки обсадной колонны, спускоподъемного оборудования и цементировочной техники, а также несоответствующая технология цементирования.

При креплении скважин встречаются следующие группы аварий.

Прихваты обсадных колонн

Аварии этой группы происходят в интервалах геологического разреза, представленного неустойчивыми породами (глинами, песчаноглинистыми, хемогенными, илистыми породами, аргиллитами или переслаиванием перечисленных пород), бурение в которых сопровождается сужением ствола или обвалом пород.

Наибольшее число прихватов обсадных колонн происходит на новых площадях, где не отработаны технология бурения скважин под обсадные колонны и нерациональна конструкция скважин.

Причины прихватов обсадных колонн -- технология, не обеспечивающая создание вертикального ствола с номинальным диаметром, и неудовлетворительная подготовка скважины к спуску колонны. Отступления от отмеченных условий приводят к аварии.

Следует обратить внимание на частые случаи аварий с верхней обсадной колонной -- кондуктором. Малая длина и кажущаяся простота его функций ведут к несоблюдению требований безаварийной работы в процессе бурения, спуска и цементирования кондуктора, что нередко приводит к тяжелым последствиям.

Обрывы колонн по соединениям труб (резьбовым и сварным)

Разъединение труб обсадной колонны по резьбовым соединениям -- распространенная группа аварий при креплении скважин. Наибольшее число их происходит в соединении трубы с муфтой, выполняемом буровой бригадой. В соединениях, выполненных на заводе, также случаются вырывы труб из муфты.

В начальный период массового внедрения спуска обсадных колонн с креплением труб между собой с помощью электродуговой сварки были случаи обрыва труб по сварному шву.

В других случаях сварные колонны обрывались из-за непровара шва, разностенности свариваемых труб и их эксцентричности при сварке.

В основном обрыву обсадной колонны в резьбовом соединении или по сварному шву предшествовало расхаживание колонны, так как произошел прихват ее под действием перепада давления либо заклинивание или возникла необходимость в приподъеме ее до выхода муфты из ротора для смены вышестоящей трубы с некачественной трубной резьбой в муфте. При этом усилия при расхаживании были в пределах допустимых норм, но достигали значительных величин. Ствол скважины не был хорошо подготовлен к спуску колонны. Резьбовая часть труб не подвергалась проверке калибрами.

Обрывы труб по резьбовому соединению часто происходят из-за приложения чрезмерных нагрузок, превышающих пределы прочности соединения. Такие нагрузки прилагаются, как правило, при прихвате обсадных колонн.

При спуске обсадных колонн секциями немало случаев обрыва колонн происходит в результате некачественно нарезанных резьб у разъединительных устройств и специальных переводников. В основном они изготовляются в мастерских буровых предприятий, где зачастую отсутствуют точные измерительные приборы или трубонарезные станки не позволяют нарезать их по соответствующему классу; усугубляется это отсутствием токаря соответствующей квалификации.

Распространены аварии в нижней части уже спущенных и зацементированных обсадных колонн. Обрывы по резьбовым соединениям происходят из-за отсутствия связи низа колонны со стенками скважины (оголение башмака) в результате спуска колонны без приварки нижних труб к муфтам. Эти аварии ускоряются дальнейшим углублением скважины при недостаточно окрепшем цементном камне, разбуриванием оснастки обсадных колонн трех шарошечными долотами, бурением без предохранительных резиновых колец на бурильных трубах при роторном бурении. Отвинчивание и обрыв обсадных труб чаще наблюдаются в искривленных скважинах и приурочены к зоне резкого перегиба ствола.

Смятие обсадных колонн происходит как при спуске, так и в процессе бурения скважины. В зависимости от сложившихся обстоятельств трубы сминаются по-разному. Отдельные технологические упущения приводят к возникновению наружного избыточного давления, которое вызывает смятие обсадной колонны.

Одна из частых причин смятия обсадных колонн -- несвоевременный долив в них бурового раствора при их спуске в скважину.

В скважинах, бурящихся на глубины более 5000 м, для крепления верхней части ствола направлением и кондуктором в качестве обсадных труб часто применяют газопроводные трубы диаметром 720, 630 и 530 мм. Использование таких труб увеличивает число аварий с кондукторами. Недооценка сложности крепления и эксплуатации таких колонн приводит к их смятию.

Разрушение обсадных труб по телу происходит, как правило, в результате механического воздействия на них в уже зацементированной колонне. Трубы таких колонн часто разрушаются при разбуривании цементных стаканов без предварительного удаления кусков металла от узлов оснастки вышестоящей секции (стыковочных устройств, обратных клапанов), а также предметов, случайно упавших через устье в скважину.

Распространены обрывы труб по телу, вызванные повышением внутренних давлений при восстановлении циркуляции во время посадки колонны в шлам или в суженную часть ствола, а также при спуске последней трубы без предварительной промывки забоя.

Трубы часто разрушались в зонах заводского дефекта (плены, раковины, расслоения металла и т. д.), который не был выявлен до спуска трубы путем опрессовки.

Падение обсадных колонн -- довольно частое явление, присущее в основном спуску сварных обсадных колонн.

Падения обсадных колонн происходят в результате неисправностей замков элеватора, из-за их самопроизвольного открытия при неожиданной остановке колонны на уступе в скважине. Типовая схема аварии при этом такова: когда обсадная колонна становится на уступ, элеватор по инерции опускается вниз, защелка поднимается и элеватор открывается. При этом колонна срывается с уступа и падает в скважину.

Неосторожная работа двумя элеваторами при спуске колонн также приводит к аварии. Так, при спуске колонны элеватор, на котором подвешена колонна, был установлен на роторе защелкой в сторону порожнего элеватора. После переброски штропов порожний элеватор при подъеме зацепил за защелку элеватора, на котором была подвешена колонна, сломал ее, элеватор раскрылся и колонна упала в скважину Известен случай, когда в скважину,

В соответствии с действующими инструкциями, уложенные на стеллажи трубы, необходимо, помимо других видов проверок, про шаблонировать (протолкнуть через них шаблон). В последующем перед закреплением трубы в элеваторе просмотреть, не находится ли внутри трубы какой-либо предмет. Это правило часто нарушается. Трубы дополнительно не шаблонируются перед их подъемом элеватором, что и приводит к аварии.

Завершающий этап крепления скважины -- цементирование. От качества цементирования зависят состояние эксплуатируемой колонны и дальнейшее углубление скважины. Цементирование колонны -- это один из сложнейших этапов проводки скважины, для выполнения которого заняты различные службы и множество агрегатов и специальных машин, а также большое число специалистов и рабочих. Точное соблюдение плана по подготовке скважины, оборудования, технологии цементирования -- залог успеха в выполнении работ по цементированию. Однако при осуществлении работ по тем или иным причинам допускаются отступления, приводящие к аварии.

Недосмотр за правильностью сборки разъединителей, стыковочных устройств, муфт ступенчатого цементирования, за их опрессовкой и проверкой работы их до спуска в скважину являются причинами многих аварий.

Большую опасность при цементировании представляет разрыв во времени между окончанием закачки цементного раствора и началом его продавки. Как правило, этот разрыв ведет к преждевременному схватыванию раствора и невозможности восстановить циркуляцию. Основное количество таких аварий приходится на спуски секционных колонн, особенно тех, где после закачки цементного раствора, а в некоторых случаях и части продавочной жидкости, останавливают движение раствора на период опускания шара для открытия циркуляционных отверстий в разъединительной муфте.

Цементные стаканы большой высоты остаются в колоннах из-за применения неопрессованных цементировочных головок и нагнетательных линий, на период устранения негерметичности которых вынуждены приостанавливать закачку цементного раствора.

В результате некачественных продавочных пробок, обратных клапанов, вследствие ошибок в расчете количества продавочной жидкости и из-за отсутствия надежных средств по замеру прокачиваемой жидкости. К неудачному цементированию приводит и слабая подготовка бурильных труб к спуску на них секции обсадных колонн.

Предупреждение аварии с обсадными колоннами

Дефекты труб являются основной причиной аварий с обсадными колоннами.

По происхождению дефекты труб можно подразделить на три группы.

1. Дефекты металлургического производства - заслои, плены, трещины, несоблюдения требований ГОСТ по прочностным показателям, геометрическим размерам и др.

2. Дефекты, явившиеся результатом несоблюдения правил погрузки, разгрузки и хранения обсадных труб.

3. Дефекты, появившиеся при креплении скважин обсадными колоннами и после завершения этого процесса.

Дефекты по первым двум группам выявляют в результате тщательного наружного осмотра, опрессовки и шаблонирования каждой трубы, а в ряде случаев - с помощью дефектоскопии.

В США, например, применяют ряд методов, направленных на выявление дефектов труб, причем наиболее широкое применение нашли:

магнитоскопический метод, заключающийся в использовании намагниченных порошков; наличие дефекта устанавливают по отсутствию линий магнитного поля, которые образует порошок, нанесенный на наружную поверхность трубы;

метод "проникновения", основанный на заполнении микротрещин флюоресцирующей или радиоактивной краской, нанесенной на поверхность трубы; после очистки поверхности трубы трещины отчетливо видны даже невооруженным глазом;

рентгеновские исследования и использование проникающих излучений радиоактивных изотопов, что позволяет получить наиболее полное представление о пригодности труб;

ультразвуковой метод, позволяющий выявлять трещины, заслои, неметаллические включения и другие дефекты.

Дефектоскопия дает наиболее объективные данные о пригодности каждой трубы для спуска в скважину. В связи с этим должны быть ускорены работы по конструированию дефектоскопов, обладающих необходимой разрешающей способностью и быстродействием.

Дефекты третьей группы связаны с нарушением наружной и внутренней поверхности, а также с коррозией обсадных труб.

Наружная поверхность труб при спуске их в скважину чаще всего повреждается плашками ключей или клиновых захватов, а также в результате попадания в затрубное пространство посторонних металлических предметов.

Исследование поднимаемых из скважины обсадных колонн и отдельных труб, замеры специальными приборами внутреннего диаметра обсадных колонн, спущенных в скважины, указывают на наличие износа труб по внутренней их поверхности. Этот износ возникает в результате воздействия замковых соединений бурильных колонн, долот, ловильного инструмента, каротажного кабеля, гидроабразивного размыва и других причин [16].

Случаи повреждения обсадных труб при спуске их в скважину довольно часты. Они связаны с тем, что прочность труб, изготовленных из стали марок Е, а также N-80, P-I05 и более высокой прочности, при наличии на их поверхности насечек, рисок, надрезов резко снижается. Обусловлено это тем, что в зоне указанных нарушений поверхности труб происходит концентрация напряжений и последующее хрупкое разрушение металла. Исследования случаев нарушения целостности труб по указанной причине показали, что опасные дефекты возникают вследствие применения недопустимо высоких крутящих моментов при докреплении резьбовых соединений, а также использования сухарей рей, плашек, ключей и клиновых захватов, из-за конструкции насечек которых образуются риски и надрезы.

Предупреждение аварий, связанных с дефектами, появляющимися при свинчивании труб, заключается в контроле с помощью приборов за величиной крутящего момента, которая должна находиться в обусловленных пределах, а также в использовании сухарей, плашек ключей и клиновых захватов, конструкция насечек которых обеспечивает точечный контакт с телом трубы.

До сих пор имеют место случаи срыва резьбовых соединений и падения обсадных колонн в скважину в результате свинчивания нецентрируемых между собой труб, навинчивания сильно раскачивающейся трубы или трубы с искривлением, превышающим допустимое, установленное ГОСТ 632-64.

Аварии подобного рода можно предупредить путем организации тщательного контроля за правильностью выполнения всех операций при спуске обсадных колонн.

В процессе спуска тяжелых обсадных колонн при подвеске их на элеваторах сжатая муфта деформируется в поперечном или продольном направлении. Такая деформация муфты вызывает появление овальности, особенно большой в зоне ее верхнего торца. Эксперименты показали, что это может быть причиной негерметичности резьбового соединения. Для предупреждения таких явлений рекомендуется докреплять резьбовые соединения в скважине сразу после проведения операции по цементированию обсадной колонны [17]. Следует также иметь в виду, что при недостаточном докреплении соединений нижняя часть обсадной колонны может отвернуться, в результате чего возникнет аварийная ситуация.

Для предупреждения повреждений внутренней поверхности обсадных колонн долотами применяют наддолотные центраторы, а также специальные защитные оболочки, которыми оборудуют долота. Предупреждение интенсивного истирания обсадных колонн, как в процессе спуско-подъемных операций, так и при бурении достигается за счет установки на бурильных трубах предохранительных колец.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6