Основні види аварій з бурильною колоною. Причини виникнення, шляхи попередження і ліквідації

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №5

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Яке призначення глинопорошків та обважнювачів під час приготування бурових розчинів?

2. Які основні показники якості глинопорошків?

3. Які основні показники якості обважнювачів?

4. Що таке обважнююча здатность?

5. Запишіть формули для визначення необхідної кількості води та глини при приготуванні 1 м³ бурового розчину.

6. Запишіть формулу для визначення необхідної кількості обважнювана при обважненні 1 м³ бурового розчину.

7. Якою повинна бути умовна в’язкість при визначенні виходу бурового розчину із 1 т глинопорошку?

8. Які основні типи глинопорошків та їх марки?

9. Які реагенти використовують для модифікації глинопорошків?

10. Які обважнювачі застосовують для розкриття продуктивних горизонтів?

Ускладнення - це технологічна ситуація, яка призводить до порушення нормального ходу процесу буріння свердловини. Основні причини ускладнень:

1. Складні гірничо-геологічні умови буріння в окремих горизонтах (аномально високі або аномально низькі пластові тиски, несприятливі характеристики пластових флюїдів, наявність нестійких або розчинних порід та ін.);

2. Невідповідність інформаційного забезпечення про гірничо-геологічні умови фактичним даним;

3. Невідповідність технічного проекту на буріння свердловини, насамперед конструкції свердловини, гірничо-геологічним умовам буріння;

4. Організаційні фактори: несвоєчасне постачання буровими інструментами і матеріалами, низька кваліфікація і виконавська дисципліна бурового персоналу та ін. До одного із важких видів ускладнень належить прихоплення колони труб.

Нерідко для підйому колони із свердловини необхідно прикласти навантаження, що значно перевищує вагу колони. Таке ускладнення називають затяжкою. Якщо зрушити колону з місця не вдається, прикладаючи навантаження, при якому напруження в трубах наближаються до їх міцності, або допустимої вантажопідіймальності вишки чи талевої системи, ускладнення називається прихоплюванням. Якщо для ліквідації прихоплювання прикласти більше навантаження, то ускладнення може перейти в аварію.

За характеристикою утримуючої сили і обставин, які передують виникненню, прихоплювання ділять на три групи:

1. Прихоплювання із-за перепаду тиску, або диференціальні;

2. Прихоплювання в жолобі і внаслідок заклинювання колони труб стороннім предметом;

3. Прихоплювання із-за обсипання та обвалювання гірської породи, повзучості пластичних порід, осідання твердої фази і шламу.

Диференціальні прихоплювання належать до інтервалів проникних (пористих або дрібнотріщинуватих) пластів і виникають при залишенні колони труб без руху на деякий, навіть незначний час, протягом якого труба знаходиться в контакті із стінкою свердловини.

Для попередження прихоплювання під дією перепаду тиску необхідно бурити з промивкою розчином малої густини, щоб тиск у свердловині був менший, дорівнював або дещо перевищував пластовий тиск. Необхідно обмежувати час знаходження колони без руху, стежити за періодичністю проробки пробуреного інтервалу і прокручування бурильного інструменту при бурінні з вибійними двигунами. Промивальна рідина повинна мати мінімальну кількість твердої фази, фільтрація її повинна забезпечувати утворення тонкої, щільної кірки з низькими фрикційними властивостями. Під час профілактики диференціальних прихоплювань фрикційні властивості кірок можна суттєво зменшити не з допомогою традиційних мастильних домішок, а додаванням у промивальну рідину скляних кульок діаметром 0,4-0,9 мм.

Прихоплювання в жолобній виробці виникає при підйомі інструмента і характеризується миттєвою затяжкою. Жолоби сприяють виникненню і інших причин прихоплювань, наприклад, формуванню застійних зон накопичування шламу, збільшуючи таким чином площу контакту труб із стінками свердловини.

Імовірність заклинювання в жолобі (при коефіцієнті тертя труб об стінку близько 0,3) найбільша при співвідношенні:

(5.1)

де d - зовнішній діаметр елемента бурильного інструменту;

a - ширина жолоба або діаметр бурильних замків (граничний випадок).

Для попередження прихоплювання над ділянкою бурильної колони, де є правильне співвідношення (5.1), необхідно встановити чотирилопатевий спіральний центратор, відношення діаметра якого до ширини жолоба повинно бути не менше 1,35. Рекомендують такі центратори встановлювати в місцях зміни діаметрів ОБТ і труб в цілому. При збільшенні жорсткості ОБТ інструмент спускають з ретельною проробкою інтервалів можливого жолобоутворення.

Прихоплювання із-за заклинювання у звуженій частині ствола виникають при спуску інструменту. Вони приурочені до інтервалів міцних, абразивних порід при значному спрацюванні долота по діаметру, а також у зонах локального викривлення ствола свердловини.

Для попередження прихоплювань цього типу необхідно стежити за відробкою доліт і елементів КНБК. Не можна використовувати опорно-центруючі елементи при зносі діаметру більш, ніж на 3 мм для розмірів доліт менше 216 мм і 4 мм для доліт більших розмірів. При спуску нового долота і особливо при зміні типу долота того ж діаметра або КНБК, необхідно стежити за посадками інструменту при спуску, а при наявності місць посадок - проробити інтервал при осьовому навантаженні не більше 30-40 кН.

Прихоплювання внаслідок заклинювання сторонніми предметами можливі по цілому стволу свердловини. Передумовою прихоплювань є падіння в свердловину або випадання із стінки раніше залишених у свердловині аварійних предметів.

Профілактика таких прихоплювань полягає в недопущенні падіння предметів у свердловину, а також запобігання випадання із стінок свердловини великих шматків твердої гірської породи. Ці вимоги виконуються при використанні відповідних пристроїв, кваліфікованому веденні бурових робіт і попередженні ускладнень, зв’язаних з порушенням цілісності стінок свердловини. Для безперервної очистки вибою від дрібних металевих сторонніх предметів в КНБК потрібно включати шламометаловловлювач або періодично закачувати порцію в’язкопружної рідини.

Прихоплювання із-за осипання, обвалювання і повзучості пластичних порід виникають перш за все при розкритті відповідних відкладів і ідентифікуються ознаками, характерними для цього виду ускладнень. У процесі буріння, оскільки обвал проходить миттєво, виникає підвищений тиск на стояку, збільшується момент на роторі, виникають труднощі при спуску долота без проробок та інтенсивних промивок. В окремих випадках при обвалі може статись гідророзрив пласта з подальшим поглинанням.

Прихоплювання із-за сальникоутворення виникають, в основному, при розбурюванні глинистих відкладів або гранулярних високопроникних пластів, при формуванні товстої глинистої кірки. Утворенню сальників, які складаються із в’язкої суміші глинистого матеріалу з частинками вибуреної породи, сприяють такі фактори: забрудненість свердловини шламом із-за незадовільної промивки, неякісна очистка промивальної рідини, спуск інструменту в умовах, які сприяють сальникоутворенню, без проміжних промивок, буріння без проробок пробуреного інтервалу, ступінчатість ствола, наявність каверн, жолобів, негерметичність бурильної колони, забрудненість прийомних ємностей, велика кривизна ствола, тощо.

Сальники можуть утворюватись як при механічному бурінні, так і при розширенні і проробці ствола свердловини.

Прихоплювання внаслідок осідання твердої фази (глини, обважнювача) і шламу відбуваються при порушеннях технології буріння і провокуються простоями в бурінні при незадовільних структурно-механічних властивостях промивальної рідини, які не забезпечують її седиментаційної стійкості. Вказане може викликати накопичення шламу, обважнювача в затрубному просторі і трубах, а іноді і поглинання.

Прихоплювання внаслідок осипання, обвалювання і повзучості пластичних порід попереджуються вибором комплексу технологічних заходів, які забезпечують стійкість стінок свердловини. Інтервал пластичних порід рекомендується розбурювати роторним способом із застосуванням відповідної КНБК при невеликому осьовому навантаженні на долото (60-80 кН), частоті обертання в межах 1,0-1,5 об/с і питомій витраті промивальної рідини 0,35-0,4 м/с.

Профілактика прихоплювань, обумовлених утворенням сальника і осіданням твердої фази промивальної рідини, має багато спільного. Головне - забезпечити підтримання технологічних властивостей промивальної рідини у відповідності з гірничо-геологічними умовами буріння та її очистку від шламу, а також здійснювати контроль за додержанням параметрів режиму буріння, герметичністю бурильної колони.

Прихоплювання можуть виникати не тільки у відкритому стволі, але і всередині обсадної колони, особливо при її зім’ятті, протиранні, розбурюванні цементного стакана чи моста.

Ліквідація прихоплювання зводиться до усунення або зменшення сили, утримуючої інструмент, до величини, при якій інструмент можна звільнити. Ефективність ліквідації прихоплювань визначається правильністю вибору способу, або набору способів, які б відповідали типу прихоплювання. Вибору технологічного рішення передує визначення місця прихоплювання і діагностика типу прихоплювання або характеру утримуючої сили.

Сучасні способи дозволяють визначити тільки верхню границю зони прихоплювання. Його місце визначають з допомогою способу, що базується на основі заміру пружного видовження вільної частини бурильної колони або з допомогою спеціальної апаратури.

Перший спосіб застосовують у свердловинах, коли силою тертя колони об стінки можна знехтувати, а утримуюча сила створює жорстке защемлення. У протилежному випадку спосіб дасть велику похибку.

Розрахункове видовження багаторозмірної колони при натягуванні її з силою P зверх власної ваги визначають за формулою:

, (5.2)

де l_i, E_i, F_i, q_i, - відповідно довжина, модуль Юнга, площа поперечного перерізу, маса одиниці довжини і густина металу кожної з однорозмірних секцій колони;

n - кількість секцій над зоною прихоплювання;

i - порядковий номер секції.

Силу Р визначають таким чином: колону спочатку натягують з силою Р₁, яка на п’ять поділок за індикатором ваги перевищує вагу колони при підйомі до прихоплювання (береться з діаграми індикатора ваги). На ведучій трубі роблять відмітку рівня стола ротора. Потім додатково натягують колону на п’ять поділок, зразу ж знижують зусилля до початкового значення Р₁ і роблять другу відмітку на ведучій трубі. Різниця між одержаними двома відмітками при однаковому натягу нерухомого кінця талевого канату пояснюється тертям в талевій системі. Знаходять середину між цими відмітками, яку і беруть за верхню відмітку для відліку. Потім до колони прикладають зусилля Р₂, яке перевищує Р₁ на 10-20 поділок і на ведучій трубі роблять наступну відмітку. Після цього маніпуляцію повторюють подібно вище описаній і знаходять нижню відмітку для відліку. З максимально можливою точністю вимірюють віддаль між нижньою і верхньою відмітками, яка і є фактичним видовженням вільної частини колони D l_ф при величині натягу, що дорівнює Р = Р₂ - Р₁. Максимальна величина сили натягу не повинна перевищувати допустимої сили для найслабшого перерізу бурильної колони. Точність заміру Р залежить від стану індикатора ваги.

Для визначення межі прихоплювання з допомогою спеціальної апаратури використовують прихоплювачови значники та індикатори місця прихоплювання, які спускають всередину бурильної або іншої колони на каротажному кабелі у передбачену зону прихоплювання.

Існуючі способи ліквідації прихоплювання основані на застосуванні механічних, гідравлічних і фізико-хімічних дій на зону прихоплювання або їх комбінацій. Відсутність або наявність циркуляції промивальної рідини обмежує вибір цих способів. Найпростішими способами вважають ті, що не потребують відгвинчування вільної частини бурильної колони над зоною прихоплювання і спуску в свердловину спеціального пристрою.

При всіх видах прихоплювань утримуюча сила формується на межі контакту інструмент-гірська порода через фільтраційну кірку або сальник. Тому сучасні способи ліквідації прихоплювань основані на зміні фізико-механічних властивостей гірської породи, кірки, сальника або їх руйнуванні.

Фізико-хімічні способи основані на закачуванні в зону прихоплювання порцій спеціальних рідин (так звані рідинні ванни), які послаблюють або ліквідовують утримуючу силу шляхом хімічного розчинення, розрідження та інших дій або їх комбінацій.

Гідравлічні способи базуються на зміні перш за все гідравлічного тиску в зоні прихоплювання внаслідок регулювання гідростатичної складової або формування гідравлічних імпульсів і хвиль у стовпі промивальної рідини (трубах і затрубному просторі).

Механічні способи основані на створенні квазистатичних (розходжування інструменту і відбивка ротором), вібраційних або ударних навантажень (у тому числі і за рахунок вибуху) на бурильну колону. Розходжування інструменту і відбивка ротором не вважаються самостійними способами.

Комбіновані способи - це поєднання фізико-хімічної дії з механічною і т.д.

Рідинні ванни використовують для ліквідації прихоплювань за умови збереження циркуляції промивальної рідини. У даний час застосовують рідинні ванни на основі вуглеводневої рідини (нафта і продукти її переробки), водних розчинів соляної кислоти, тощо. Для придання рідинній ванні необхідних властивостей в неї можна вводити реагенти як одноцільового, так і багатоцільового призначення.

З допомогою рідинних ванн можна змінити в потрібному напрямку властивості глинистої кірки і сальника, забезпечити хімічне розчинення деяких гірських порід, зменшити силу тертя, змінити гідравлічний тиск у зоні прихоплювання.

Гідроімпульсний спосіб рекомендується застосовувати для ліквідації диференціальних прихоплювань, при заклинюванні колони в жолобі і прихоплювань, що виникли при підйомі бурильної колони. При використанні цього способу низ колони повинен бути припіднятий над вибоєм, тому що цей спосіб оснований на збиванні інструменту вниз і зниженні гідравлічного тиску в свердловині. Його можна реалізувати перш за все при наявності циркуляції промивальної рідини, а іноді і при її відсутності (прихоплювання внаслідок осідання шламу). Спосіб оснований на створенні надлишкового тиску всередині бурильної колони або затрубному просторі і подальшому миттєвому знятті цього тиску при швидкому відкритті затвору.

При механічних способах використовують ударні механізми, з допомогою яких здійснюють удари, які передаються прихопленій частині колони бурильних труб.

Для підвищення надійності ведення бурових робіт на даній свердловині пропонується використовувати комплексний підхід до вирішення даної проблеми, а саме:

1. Виконувати всі можливі вказівки до утримання відповідної якості бурового розчину.

2. Запобігати попаданню сторонніх предметів в свердловину.

3. В бурильну колону включити певні технічні пристрої і механізми, які дозволяють ліквідовувати затяжки та невеликі прихоплення інструменту до стінок свердловини.

4. В якості засобів пропонується використовувати нижчеперелічені і описані пристрої і механізми, а саме ГУМ.

5. Інші пристрої також мають пряме відношення до ліквідації прихоплень бурильних труб і можуть бути використані в разі відсутності ГУМ.

Дата добавления: 2014-01-15