Особенности бурения скважин в условиях сероводородной агрессии

Осложнения при бурении скважин в многолетнемерзлых породах (ММП)

Мерзлыми породами называются такие породы, которые имеют нулевую или отрицательную температуру, или в которых часть воды замерзла.

По льдистости мерзлые породы делятся:

1. малольдистые (льда <10%);
2. слабольдистые (льда<25%);
3. льдистые (льда 25-40%);
4. сильнольдистые (льда > 40%).

ММП – породы, находящиеся в мерзлом состоянии в продолжении многих лет (от трех и более). Мощность ММП может достигать 500 м и более. В состав могут входить хорошо связанные породы и несвязанные породы, цементирующим материалом для которых является лед.

При бурении ММП могут возникнуть следующие осложнения:

1. Интенсивное кавернообразование
2. Осыпи и обвалы пород, приводящие к прихвату инструмента.
3. Размыв и провалы фундамента под буровой установкой в результате протаивания мерзлых пород.
4. Протаивание и размыв ММП за направлением и кондуктором, грифонообразование.
5. Недоподъем цементного раствора, разгерметизация резьбового соединения и смятие обсадной колонны.
6. Примерзание спускаемых обсадных колонн к стенке скважины в интервале ММП в зимний период.

Бурение скважин в ММП должно осуществляться в строгом соответствии с «Регламентом технологии строительства скважин в условиях ММП». Конструкция скважин в зоне залегания ММП должна обеспечивать надежную сохранность ее устья, предотвращать промыв буровым раствором затрубного пространства за направлением и кондуктором, исключать провал пород в приустьевой зоне скважины во время бурения и эксплуатации.

Эксплуатационную колонну необходимо составлять из труб, выдерживающих давления, которые возникают при промерзании затрубного пространства.

Меры предотвращения: Сохранение отрицательной температуры стенок скважины. Буровой раствор следует использовать такого качества, чтобы избежать замерзания при длительном прекращении циркуляции.

На многих нефтегазовых месторождениях в составе нефти и газа содержится сероводород. Очень часто пласты с нефтью и газом, содержащие сероводород, являются с АВПД. Сероводородная агрессия особенной проявляется при бурении глубоких скважин (более 4000 м) на месторождениях нефти и газа с содержанием сероводорода до 25-30% (например, Тенгизское нефтяное месторождение в Прикаспийской впадине).

Сероводород очень опасен для человека. При концентрации даже 1 мг/л возможна смерть от паралича дыхательного центра. Сероводород легко воспламеняется, а в смеси с воздухом взрывается. Температура воспламенения – 290^ОС. Сероводород тяжелее воздуха, его плотность составляет 1,17 г/см^З. Способность сероводорода образовывать скопления приводит к взрывоопасной концентрации, поэтому при проявлениях сероводорода возможны взрывы и пожары.

При бурении скважин, когда вскрываются пласты с сероводородом, должны соблюдаться жесткие требования по технике безопасности. В условиях сероводородной агрессии могут возникнуть следующие осложнения:

1. Разрушение бурильных, обсадных труб и устьевого оборудования в результате коррозионного растрескивания.

2. Ухудшение свойств буровых растворов – увеличение водоотдачи, образование высокопроницаемой фильтрационной корки.

3. При рН близкой к 7 в случае обильного поступления в скважину сероводорода, образуются густые липкие сгустки, что может привести к прихвату инструмента

Во время вскрытия пластов, содержащих сероводород, необходимо вести постоянное наблюдение за концентрацией сероводорода, для предупреждения отравления людей. Самый простой способ определения концентрации - с помощью индикаторной бумаги, которая изменяет цвет при увеличении концентрации. Для количественного определения содержания сероводорода пользуются газоанализаторами.

При бурении скважин в условиях сероводородной агрессии необходимо использовать:

1. Химически ингибированные тампонажные цементы. В тампонажную смесь включают компоненты, препятствующие проникновению в цементный камень агрессивного агента.
2. Бурильные, обсадные трубы и устьевое оборудование использовать из специальных сталей, стойких к наличию сероводорода.
3. рН раствора поддерживать более 9.
4. В раствор добавлять ингибиторы коррозии, способные связывать серу в соединения, трудно растворимые в воде.

Для нейтрализации сероводорода в раствор необходимо вводить медный купорос или железный купорос. В результате химической реакции образуются гидроокиси этих металлов и сульфаты натрия, кальция и т.д.

H₂S + CuSO₄ = H₂SO₄ + CuS¯

H₂SO₄ + Na₂SiO₃ = Na₂SO₄ + H₂SiO₃¯

Добавка силиката натрия Nа₂SiO₃ (жидкое стекло) практически полностью предотвращает коррозию бурового оборудования и инструмента.

При необходимости утяжеления бурового раствора необходимо использовать железистые утяжелители (гематит):

3H₂S + Fe₂O₃ = Fe₂S₃ + 3H₂O

Кроме гидроокисей металлов, могут быть использованы и карбонаты, при взаимодействии образуются:

H₂S + Ca(OH)₂ = CaS + 2H₂O

H₂S + FeCO₃ = FeS + H₂CO₃ÞH₂O + CO₂

При использовании физико-химического метода достигается полная нейтрализация сероводорода с образованием продуктов реакции, не оказывающих вредного влияния на окружающую среду.

Контрольные вопросы:

1. Что такое осложнение при бурении и какие виды осложнений наиболее часто встречаются?
2. Что является основной причиной возникновения поглощений?
3. Какие существуют меры предупреждения и ликвидации поглощений?
4. Как могут возникнуть ГНВП?
5. Какие существуют меры предупреждения и ликвидации ГНВП?
6. Для чего служит противовыбросовое оборудование? Назовите основные типы и размеры противовыбросового оборудования.
7. Что такое грифоны и межколонные перетоки и как они ликвидируются?
8. Какие виды осложнений относятся к нарушениям целостности стенок скважины?
9. Как предотвращаются и ликивидируются осложнения, связанные с нарушением целостности стенок скважины?
10. Какие осложнения могут возникнуть при разбуривании интервала многолетне мерзлых пород?
11. К каким осложнениям приводит сероводородная агрессия?

Литература: (О-1) с. 191-221;

(Д-4) с.172-190; (Д-5) с. 125-139.

Дата добавления: 2014-01-05