Аварии. Предупреждение и ликвидация аварий

(Лекция 14)

Под аварией в бурении следует понимать нарушение технологи­ческого процесса строительства скважины, вызываемое потерей под­вижности колонны труб или их поломкой с оставлением в скважине элементов колонны труб, а также различных предметов и инструмен­

тов, для извлечения которых требуется проведение специальных ра­бот. Все аварии в бурении условно подразделяются на аварии с эле­ментами бурильной колонны; прихваты бурильных и обсадных ко­лонн; аварии с долотами; аварии из-за неудачного цементирования; аварии с забойными двигателями; аварии в результате падения в сква­жину посторонних предметов и прочие виды аварий.

Аварии с элементами бурильной колонны - оставление в скважи­не элементов колонны бурильных труб из-за поломок по телу на глад­ком участке, в зоне замковой резьбы или по сварному шву, из-за срыва по резьбовому соединению, а также в результате падения в скважину перечисленных элементов.

Прихваты бурильных и обсадных колонн - непредвиденная потеря подвижности колонны труб вследствие прилипания под действием перепада давления; заклинивания в желобах, в местах сужения ствола или посторонними предметами; в результате обвала или осыпания горных пород со стенок скважины или оседания шлама за счет нару­шения режима промывки, а также из-за образования сальника на бу­рильной колонне.

Аварии с долотами - оставленные в скважине долота, бурильной головки расширителя, а также их элементов и частей.

Аварии с обсадными колоннами и элементами их оснастки - ава­рии со спускаемыми, спущенными и зацементированными колоннами либо с их частями, вызванные разъединением их по резьбовым соеди­нениям, обрывом по сварному шву и телу трубы, смятием или разры­вом тела трубы, падением колонны или ее части, повреждением обсад­ных труб при разбуривании цементного стакана, стоп-кольца обратно­го клапана, направляющей пробки или неисправностью элементов ос­настки низа обсадной колонны.

Аварии из-за неудачного цементирования - прихват затвердев­шим цементным раствором колонны бурильных труб, на которой спускалась секция обсадных труб или потайная колонна "хвостовик"; отказ в работе и повреждение узлов подвески секции обсадной колон­ны, нарушающие процесс крепления и дальнейшую проводку скважи­ны; оголение башмака, недоподъем в затрубном пространстве или ос- тановление в колонне цементного раствора, для удавления которого требуются дополнительные работы по устранению нарушения, а также негерметичность отдельных труб обсадных и бурильных колонн, по­служившая причиной некачественного цементирования.

Аварии с забойными двигателями - оставление турбобура, элек­тробура, виброударника, виброударника, винтового двигателя или их узлов в скважине вследствие поломок или разъединения с бурильной колонной.

Аварии в результате падения в скважину посторонних предме­тов - падение в скважину вкладышей ротора, роторных клиньев, па­

раллелей и вкладышей ключей АКБ, кувалд, ключей, ручных инстру­ментов, приспособлений и их частей и других предметов, с помощью которых велись работы на устье скважины или над ним.

Прочие аварии - аварии, возникающие при производстве промы­словых геофизических исследований в скважине (обрывы и прихваты кабеля, грузов, шаблонов, торпед и других устройств, применяемых при исследовании скважин и проведении вспомогательных работ), от­крытие нефтяные и газовые фонтаны; падение и разрушение вышек, морских оснований, падение элементов талевой системы; взрывы и пожары на буровой, приводимые к выходу и строя оборудования оста­новке бурения.

Наиболее часто аварии происходят с элементами колонны бу­рильных труб. Эти аварии вызваны в основном усталостью металла, возникающей при частом изменении нагрузки и направления ее дейст­вия. Усталостное разрушение вызывают и другие причины: непра­вильно подобранные параметры режима бурения; конструктивные не­достатки элементов бурильной колонны; неблагоприятные геологиче­ские и технологические особенности бурения. Так, например, про­дольные колебания бурильной колонны, возникающие главным обра­зом при бурении шарошечными долотами, зависят от степени одно­родности и твердости разбуриваемых пород, пульсации бурового рас­твора, соответствия типа и диаметра долота разбуриваемым породам, компоновки бурильной и ряда других факторов.

Если долота подобраны неправильно или параметры режима бу­рения не соответствуют механическим свойствам проходимых пород, то продольные перемещения влияют на прочность бурильной колонны Колебания происходят и вследствие неравномерной подачи буро­вого раствора при работе поршневых насосов. В результате пульсации давления на выкиде насоса бурильная колонна получает дополнитель­ные вынужденные колебания, которые при соблюдении частоты пуль­сации давления с частотой собственных колебаний колонны могут вы­звать явление резонанса, опасное для прочности колонны труб.

Распространению трещинообразования, ускоряющего слои эле­ментов бурильной колонны, способствует следующие нарушения не­достатки:

недостаточная длина УБТ;

установка над УБТ труб из легких сплавов без достаточной длины наддолотного комплекта сальных труб;

работа бурильной колонны в осложненных условиях с большой кривизной ствола;

несоответствие диаметра бурильной колонны диаметру долота; размыв и износ резьбовых соединений;

ненадежное крепление замкового резьбового соединения и др.

На возникновение прихвата значительно влияет наличие в разрезе мощных хемогенных толщ, комплекса переслаивающихся аргиллито* алевролитов и глинистых пород, склонных к текучести растворению^ осыпанию и обвалам; наличие зон с аномально высокими пластовыми давлениями и температурами; большие углы падения пластов и другие факторы геологического характера. Влияние этих факторов особенно ощущается при бурении первых скважин на площади.

Нередки случаи, когда работа, проведенная для предотвращений одной группы прихватов, приводит к возникновению других осложне­ний. Например, переход на бурение с промывкой растворами с пони* женной плотностью для предупреждения прилипания колонн обусло­вил возникновение осыпей и т.д.

Решающий фактор возникновения прихватов - вид промывочной жидкости. Основное число прихватов происходит в районах, где буре* ние ведется с применением в качестве промывочной жидкости глини­стых растворов.

Прихваты подразделяются на следующие группы: применение колонн труб к стенке скважины; заклинивание колонн труб (суженной части ствола; в желобных выработках; посторонними предметами);

прихват бурильной колонны обвалявшимися неустойчивыми по­родами;

прихват бурильной колонны сальником.

Основные причины аварий с обсадными колоннами: 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.

Аварии с обсадными колоннами подразделяются на следующие группы:

прихваты обсадных колонн в интервалах неустойчивых пород, буре­ние в которых сопровождается сужением ствола или обвалом пород; обрывы колонн по соединениям труб (резьбовым и сварным); смятие обсадных колонн;

разрушение обсадных труб по телу (при разбуривании без пред­варительного удаления кусков металла от узлов оснастки вышестоя­щей секции; вызванные повышением внутренних давлений при вос­становлении циркуляции; в зонах заводского дефицита;

падение обсадных колонн в результате неисправностей замков элеватора, из-за их самопроизвольного открытия при неожиданной остановке колонны на уступе скважины и др.;

аварии вследствие неудачного цементирования из-за недосмотра за правильностью сборки разъединителей, муфт ступенчатого цемен­тирования, за их опрессовкой проверкой работы их до спуска в скважину.

Аварии с забойными двигателями (турбобурами) происходят в основ­ном из-за слома корпуса в зоне резьбового соединения и срыва резьб.

Аварии с долотами происходят главным образом из-за: наруше­ния правил крепления долот; плохого состояния резьб у переводников, к которым их крепят; чрезмерно частых отбивок долот путем враще­ния с большим числом оборотов вперед и последующей резкой отда­чей назад; плохого качества соединения лап между собой; длительной работы долота.

Причинами падения посторонних предметов в скважину являют­ся: нарушения эксплуатации инструментов, устройств и механизмов, с которыми ведутся работы на устье; применение неисправного вспомо­гательного инструмента, отсутствие на устье устройств для предупре­ждения падения различных предметов в скважину; несоосность устья скважины с остью буровой вышки.

К прочим видам аварий относятся:

падение элементов талевой системы и обрывы талевого каната;

аварии при промыслово-геофизических работах в скважинах;

открытые фонтаны (к фонтанам приводят: бурение без противо- выбросового оборудования; неправильная эксплуатация противовыб- росового оборудования; недостаточная промывка скважины при буре­нии, и особенно перед подъемом бурильной колонны; плохая дегаза­ция выходящего из скважины бурового раствора, не обеспечивающая снижения содержания газа в буровом растворе в процессе бурения; падение уровня бурового раствора в скважине при подъеме бурильной колонны из-за недолива его или поглощения жидкости вскрываемыми пластами; несвоевременное или неправильное принятие мер при водо-, нефте-, и газопроявлениях для предотвращения выбросов и открытого фонтанирования; применение некачественного бурового раствора, особенно несоответствие его плотности; некачественное цементирова­ние обсадных колонн, на которые устанавливаются превенторы, что приводит к обрыву газа после закрытия превентора);

падение и разрушение буровых вышек.

Предупреждение аварий — это, прежде всего строгое выполнение требований, изложенных в проекте на строительство скважины (тех­нических и технологических), а также соблюдение требований инст­рукций и руководящих документов, обязательных для данного района и выработанных на основании фактического опыта бурения на данной и соседних площадках.

В каждом буровом предприятии на основе действующих обще­союзных инструкций по предупреждению и ликвидации аварий, спе­цифических особенностей работ в данном регионе и с учетом первого опыта разрабатываются мероприятия по предупреждению аварий.

При бурении глубоких скважин желательно, чтобы перед прове­дением ответственных работ (крепление ствола промежуточными ко­лоннами, испытание возможных продуктивных горизонтов, начало бурения под очередную обсадную колонну и т.д.) проводилось обуче­ние буровой бригады особенностями работы на этом этапе.

Перед спуском бурильной колонны с целью предупреждения ава­рий при подготовительных работах члены буровой вахты проверяют: исправность инструмента; состояние тормозной системы буровой лебедки; исправность системы противозатаскивателя; надежность крепления фундаментных болтов лебедки и редуктора; цементировку вышки по отношению к ротору; талевый канат и осматривают талевую систему. Для предупреждения аварий при спуске бурильной колонны за­прещается: крепить долото при помощи ротора; применять цепные ключи для свинчивания труб (при помощи катушки буровой лебедки); свинчивать трубы пеньковым или стальным канатом при помощи ка­тушки без использования кругового ключа или канатодержателя.

Перед свинчиванием труб замковую резьбу следует очистить и смазать специальной смазкой. Все резьбовые соединения УБТ и зам­ковые соединения при спуске желательно докреплять с соответствую­щими моментами.

При спуске бурильной колонны в интервале, склонном к обвалам, необходимо проводить промежуточные промывки скважины. Рекоменду­ется первую промывке делать при достижении башмака последней обсад­ной колонны, а последующие после спуска каждых 1000 м труб.

Предупреждение аварий при бурении скважин заключается, пре­жде всего, в соблюдении требований технологии бурения, предусмот­ренных ГТН, и указаний, изложенных для конкретной скважины в проекте.

Нельзя допускать отклонений от установленной плотности про­мывочной жидкости более чем на ±0,02 г/см³ при фактической ее ве- личине до 1,45 г/см и более чем на ±0,03 г/см для растворов более высокой плотности. Контроль показателей свойств бурового раствора в скважинах, бурящихся в нормальных условиях, необходимо произ­водить в следующие сроки:

плотность и вязкость - не реже чем через 1 ч; водоотдачу СНС, рН, содержание твердой фазы и песка, толщину фильтрационной кор­ки - не реже 1 раза в смену; содержание солей в фильтрате 2 раза в неделю.

При бурении скважин в осложненных условиях, а также при раз- буривании 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, а остальные параметры в сроки, как и для скважин, бурящихся в нормальных условиях.

На всех скважинах, имеющих глубину более 3000 м, через каж­дый 1 ч промывки измеряется и регистрируется температура бурового раствора. Понижение ее указывает на негерметичность бурильной ко­лонны. В случае падения температуры нужно немедленно приподнять колонну на 13-15 мин. Если снижение температуры подтвердится, то бурильную колонну нужно поднять и опрессовать.

Бурильную колонну нельзя оставлять без движения в открытой части ствола, особенно в неустойчивых породах, в продуктивных го­ризонтах, в проницаемых пластах, а также напротив пород, склонных к образованию осыпей и обвалов, где даже кратковременная остановка на 3-4 мин ведет к прихвату.

Для ликвидации прихватов, происшедших в результате прилипа­ния под действием перепада давления, прихвата сальником, заклини­вания в желобной выработке, а также заклинивания колонны обломка­ми твердых тел предназначается гидроимпульсный способ ликвидации при­хватов. Этот способ не применяется, если плотность бурового раствора.

Схема обвязки оборудования для проведения работ по ликвида­ции прихвата гидроимпульсом показана на рис. 8.18. При производст­ве гидроимпульса в бурильную колонну через нагнетательную головку 1 при открытой задвижке 3 закачивают на глубину Н воду или буровой раствор, плотность pi которого меньше плотности р\. За счет разности плотностей жидкости в трубах рг и затрубном пространстве pi создает­ся перепад давления Ар

растягивающий бурильную колонну.

Растягивающая сила G у верхнего конца колонны будет

где S — площадь сечения внутренней части колонны труб.

При достижении определенного давления в трубах диафрагма 2 разрывается, давление мгновенно падает, а в бурильной колонне воз­никает волна разгрузки, которая, дойдя по прихваченной части колон­ны, действует на нее как ударная нагрузка. Переток жидкости содейст­вует освобождению прихвата. Задвижка 3 служит для перекрытия колонны труб, чтобы не допустить большого снижения уровня рас­твора в затрубном пространстве. Если 25-30 импульсов при заданном

колонны труб) не дали результатов, то данный способ совмещают с установкой ванны.

Если такие методы ликвида­ции прихвата как ванны, гидроим­пульса не дали результата, для ликвидации прихвата применяют­ся ударные механизмы (яссы, гид­равлический ударных механизм, возбудитель упругих колебаний). Эти механизмы находят широкое применение при ликвидации при­хватов, вызванных заклиниванием, прилипаниями на небольшую вы­соту, а также обвалами. Для ускорения ликвидации при­хвата в начальной его стадии це­лесообразно устанавливать удар­ные механизмы в компоновке бу­рильной колонны, чтобы сразу же при обнаружении прихвата вклю­чить Ясс в работу, что особенно важно при бурении в осложнен­ных условиях.

Прихваты вследствие заклинивания колонны труб устраняют также созданием ударной нагрузки при помощи взрыва шнурковых торпед малой мощности. В этом случае ударная волна, проходя через резьбовое соединение трубы, вызывает резкое ослабление его. Если перед взрывом на трубы был приложен обратный вращающий момент, а резьбовое соединение было разгружено от веса вышележащих труб, то при взрыве происходит открепление резьбового соединения против нахождения торпеды, которое затем легко отвинчивают ротором. Этот метод позволяет в большинстве случаев освободить трубы, находя­щиеся выше места прихвата.

Если, несмотря на принятые меры, бурильную колонну освободить не удается, приступают к извлечению прихваченной колонны по частям.

Таким образом, сложности аварий и их разновидности в общем можно представить в виде следующей таблицы (табл. 8.2).

В случае возникновения аварии на инструментальной площадке бурового предприятия рекомендуется иметь полный набор ловильного инструмента: колокола и метчики гладкие и нарезные, труболовки, ловители, механизмы для ликвидации прихватов, устройства для уда­ления металлических предметов, труборезы, печати и др.