МИНОБРНАУКИРОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Ухтинский государственный технический университет» (УГТУ)
ОСЛОЖНЕНИЯ И АВАРИИ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН
Учебное пособие
Допущено Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по нефтегазовому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки магистратуры «Нефтегазовое дело» по представлению Ученого совета Ухтинского государственного технического университета.
|
УХТА, УГТУ, 2014
УДК 622.24 (075.8)
ББК 33.13 я7 О-74
Авторский коллектив:
С. В. Каменских, Ю. Л. Логачёв, А. В. Нор, Н. М. Уляшева, А. С. Фомин
О-74 Осложнения и аварии при строительстве нефтяных и газовых скважин [Текст]: учеб. пособие / С. В. Каменских [и др.]. – Ухта: УГТУ, 2014. – 231 с.:ил.
ISBN 978-5-88179-818-5
Учебное пособие предназначено для подготовки магистров по направле- нию 131000.68 «Нефтегазовое дело», а также может быть полезно студентам, аспирантам, преподавателям и инженерно-техническим работникам нефтегазо- вой промышленности.
В настоящей работе проанализирован и представлен опыт строительства нефтяных и газовых скважин в осложнённых условиях, средства и методы их предупреждения и ликвидации.
УДК 622.24 (075.8)
ББК 33.13 я7
Рецензенты: Ф. А. Агзамов, профессор кафедры бурения нефтяных и газовых скважин Уфимского государственного нефтяного технического университета, про- фессор, д.т.н.; С. А. Краснов, технический директор ООО «Геотех-2», к.т.н.
ã Ухтинский государственный технический университет, 2014
ã Каменских С. В., Логачёв Ю. Л., Нор А. В., Уляшева Н. М., Фомин А. С., 2014
ISBN 978-5-88179-818-5
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Технология строительства скважин восложнённыхусловиях..................................... 7
1.1. Понятие осложнения иаварии,
их виды и основныепричины возникновения......................................................... 7
1.2. Горно-геологическаяхарактеристикаразреза........................................................ 10
1.2.1. Стратиграфическаяхарактеристикаразреза................................................. 10
1.2.2. Литологическая характеристикагорных пород.......................................... 12
1.2.3. Физико-механические свойствагорных пород............................................ 15
1.2.4. Баротермическиеусловия................................................................................ 18
1.2.5. Характеристика и свойствапластовыхфлюидов......................................... 19
1.3. Совмещённыйграфикдавлений................................................................................. 20
1.4. Характеристика горных породТПНГП.................................................................... 25
2. Поглощение буровых итампонажныхрастворов.......................................................... 28
2.1. Причины, классификация ипризнакипоглощения................................................ 28
2.2. Предупреждениепоглощений................................................................................... 33
2.3. Исследованиеинтерваловпоглощения.................................................................... 33
2.3.1. Определение местоположенияинтервалапоглощения.............................. 33
2.3.2. Интенсивностьпоглощения.............................................................................. 34
2.4. Ликвидацияпоглощений............................................................................................. 36
2.4.1. Снижение плотности бурового итампонажногорастворов...................... 36
2.4.2. Применениенаполнителей............................................................................... 37
2.4.3. Установкасиликатныхванн.............................................................................. 39
2.4.4. Применение специальныхспособовбурения............................................... 39
2.4.5. Применение различных тампонажныхсмесей
дляустановкимостов......................................................................................... 40
2.4.6. Применениеперекрывателей........................................................................... 47
2.4.7. Замораживаниезонпоглощения...................................................................... 48
2.4.8. Изоляция зонпоглощениявзрывом................................................................. 48
2.5. Опыт борьбы с поглощениями наплощадях ТПНГП........................................... 48
3. Газонефтеводопроявления................................................................................................. 56
3.1. Классификациягазонефтеводопроявлений............................................................ 56
3.2. Причиныфлюидопроявлений.................................................................................... 56
3.3. Признакифлюидопроявлений.................................................................................... 57
3.4. Предупреждениефлюидопроявлений..................................................................... 58
3.4.1. Опрессовкаобсадных колонн.......................................................................... 58
3.4.2. ПрогнозированиезонАВПД............................................................................. 59
3.5. Дегазациябуровыхрастворов.................................................................................... 63
3.6. Противовыбросовоеоборудование.......................................................................... 67
3.7. Методыглушенияпроявлений.................................................................................... 75
3.7.1. Определение поступившего вскважинуфлюида......................................... 75
3.7.2. Метод двухстадийного глушения(методбурильщика)............................. 76
3.7.3. Методнепрерывногоглушения........................................................................ 78
3.7.4. Метод низкого давленияпереддросселем.................................................... 78
4. Нарушение устойчивостистенокскважины.................................................................... 79
4.1. Классификация осложнений,связанных
с неустойчивостьюстенокскважины......................................................................... 79
4.2. Причины нарушения устойчивостистенокскважины........................................... 81
4.3. Признаки нарушения устойчивостистенокскважины.......................................... 81
4.4. Предупреждение нарушения устойчивостистенокскважины............................ 82
4.5. Методы сохранения устойчивостистенокскважины............................................ 83
4.5.1. Основные принципы выбора типа ипараметров
буровогораствора............................................................................................ 84
4.5.2. Специальные способы упрочнениястенокскважины................................. 90
5. Жёлобообразование пристроительствескважин........................................................... 92
5.1. Причиныжёлобообразования.................................................................................... 92
5.2. Осложнения и аварии,вызванныежёлобообразованием...................................... 93
5.3. Технико-технологические решения поликвидациижёлобов.............................. 94
5.3.1. РайберконструкцииМГГА................................................................................ 94
5.3.2. Эксцентрические забойныеустройства(СеверНИПИгаз)......................... 95
5.3.3. Нейтрализация жёлобныхвыработокторпедированием............................ 99
5.3.4. Смазывающие добавки кбуровымрастворам.............................................. 99
5.4. Специальные устройства, включаемые в КНБК с целью предотвращения затяжек, заклиниваний иприхватов
инструмента вжёлобныхвыработках..................................................................... 100
5.5. Технико-технологические решениястроительства
скважин в условиях возможного жёлобообразованиявТПНГП...................... 102
6. Осложнения при бурении в условияхсероводороднойагрессии............................ 105
6.1. Характеристика сероводорода и его влияниена
оборудованиеиинструмент...................................................................................... 105
6.2. Антикоррозионное буровое оборудованиеиинструмент................................. 107
6.2.1. Маркисталей..................................................................................................... 107
6.2.2. Защитныепокрытия.......................................................................................... 109
6.2.3. Ингибиторыкоррозиистали........................................................................... 111
6.3. Типы нейтрализаторов, методы и технологиянейтрализации
сероводорода вбуровомрастворе........................................................................... 111
6.3.1.Типынейтрализаторов...................................................................................... 111
6.3.2. Рекомендации по обработке буровыхрастворов
нейтрализаторамисероводорода................................................................... 115
6.3.3. Технология обработкибурового раствора................................................. 116
6.4. Применение бактерицидов в бурении для предупреждения последствий от увеличения концентрациисероводорода
вскважине..................................................................................................................... 119
6.5. Рекомендации по креплению скважин вусловиях
сероводороднойагрессии......................................................................................... 121
6.5.1. Общиеположения............................................................................................ 121
6.5.2. Требования кпромывочнымжидкостям...................................................... 121
6.5.3. Требования кбуфернымжидкостям............................................................. 122
6.5.4. Тампонажныекомпозиции............................................................................. 123
6.5.5. Особые требования кпроведениюработ..................................................... 124
6.6. Методы контроля содержания сероводородав
воздухерабочейзоны.................................................................................................. 125
6.7. Мероприятия по защите людей и окружающейсреды
при бурении, испытании иосвоениискважины..................................................... 125
6.7.1. Требования кстроительствускважин........................................................... 125
6.7.2. Освоение и гидродинамическиеисследованияскважин.......................... 126
6.7.3. Требования к организации труда, подготовкеи
аттестацииработников.................................................................................... 128
6.8. Технология отделения газа от буровогораствора
с последующим отводомнасжигание..................................................................... 130
6.8.1. Очистка отходящих газовотсероводорода................................................ 130
6.8.2. Сжигание отходящих газовссероводородом............................................ 130
6.9. Содержание сероводорода внефтяхТПНГП........................................................ 130
7. Строительство скважин вмноголетнемёрзлыхпородах............................................ 135
7.1. Геокриологическое строение нефтегазоносныхрайонов
Северо-Востока ЕвропейскойчастиРоссии........................................................... 135
7.2. Основные виды осложнений при строительствескважин
в ММП, их предупреждениеиликвидация............................................................. 139
7.3. Основные требования к строительству скважинвММП.................................... 140
7.4. Проектирование скважинвММП............................................................................. 142
8. Осложнения при буренииспродувкой........................................................................... 146
8.1. Причины и виды осложнений при буренииспродувкой.................................... 146
8.2. Мероприятия по предупреждению осложненийпри
буренииспродувкой.................................................................................................... 147
8.3. Аварии при бурении скважинспродувкой............................................................ 151
9. Аварии сбурильнойколонной.......................................................................................... 152
10. Прихватыбурильныхколонн.......................................................................................... 155
10.1. Причины возникновения прихватов иихвиды.................................................... 155
10.2. Предупреждениеприхватов................................................................................... 156
10.3. Признаки и определениеинтервалаприхвата..................................................... 157
10.4. Методыликвидацииприхватов............................................................................... 159
11. Аварии собсаднымиколоннами.................................................................................... 173
12. Аварииприцементировании........................................................................................... 176
13. Авариисдолотами............................................................................................................. 178
14. Аварии сзабойнымидвигателями.................................................................................. 180
15. Падение посторонних предметоввскважину............................................................. 181
16. Прочиеаварии................................................................................................................... 182
16.1. Аварии пригеофизическихисследованиях......................................................... 182
16.2. Падение и разрушение вышек и элементовталевойсистемы.......................... 183
16.3. Взрывы и пожарынабуровых................................................................................. 183
16.4. Открытые нефтяные игазовыефонтаны............................................................... 184
17. Ловильныйинструмент.................................................................................................... 190
Списокиспользованнойлитературы.................................................................................... 205
Приложения............................................................................................................................. 211
СПИСОК УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ
АВПД – аномально высокое пластовое давление; АКБ – автоматический ключ бурильщика; АНПД – аномально низкое пластовое давление; БСС – быстросхватывающиесясмеси;
БУ – буровая установка;
ВИЭР – высококонцентрированный инвертный эмульсионный раствор; ВОЛ – вулканизированные отходы латексных изделий;
ВУС – вязкоупругая смесь;
ГИВ – гидравлический индикатор веса; ГНВП – газонефтеводопроявление;
ГПАА – гидролизованный полиакриламид; ГТН – геолого-технический наряд;
ГЦП – гипано-цементная паста;
ДЗУ – дроссельно-запорное устройство; ИБР – инвертный буровой раствор; КМЦ – карбоксиметилцеллюлоза;
КНБК – компоновка низа бурильной колонны; ММП – многолетнемёрзлые породы;
НГВС – нефтегазоводяная смесь; НГК – нефтегазовый комплекс;
ННС – наклонно-направленная скважина; ОЗЦ – ожидание затвердевания цемента; ОЭЦ – оксиэтилцеллюлоза;
ПАА – полиакриламид;
ПАЦП – полиакриламид-цементная паста; ПВО – противовыбросовое оборудование; ПЗП – призабойная зонапласта;
ПКР – пневматические клинья ротора; ПЛА – план ликвидацииаварии;
ПОЭ – полиоксиэтилен;
ППД – поддержание пластового давления; ПУН – пластинчатый упругий наполнитель; РУО – раствор на углеводородной основе; СБС – соляро-бентонитовая смесь;
СВБ – сульфатвосстанавливающие бактерии; СИЗ – средства индивидуальной защиты; СЦБС – соляроцементно-бентонитовая смесь;
ТПНГП – Тимано-Печорская нефтегазоносная провинция; ТРВВ – тампонажный раствор с высокой водоотдачей; УБТ – утяжелённые бурильные трубы;
ШМУ – шламометаллоуловитель; ЦА – цементировочный агрегат;
ЦРТР – цементно-резиновый тампонажный раствор.