Контрольная работа дисциплина осложнения и аварии в бурении нефтяных скважин

• Название: Контрольная работа дисциплина осложнения и аварии в бурении нефтяных скважин
• Дата: 16.11.2022
• Размер: 1.7 Mb.
• Имя файла: OiAvB_-_Kontrolnaya_v6 (1).docx
• Тип: Контрольная работа; #792191
• страница: 2 из 5

Способы доставки наполнителей в зону поглощения.

Намыв наполнителей в зоны интенсивных поглощений через воронку, установленную на устье. Схема намыва приведена на рис. 1.

Способ позволяет использовать наполнители с размерами частиц до 60-80 мм. Технология намыва крупного наполнителя может производиться по двум технологическим схемам:

• 
  при постепенной закачке жидкости (бурового раствора, тампонажной смеси);
  
• 
  порциями с последующей продавкой после того, как в бурильных трубах скопится достаточный объём наполнителя.
  

Для этого открытый конец бурильных труб устанавливают на 10-15 м выше кровли поглощающего горизонта. Наполнитель подают в воронку, установленную на устье скважины, одновременно с подачей бурового раствора через ведущую трубу буровым насосом или через отвод цементировочного агрегата. При восстановлении циркуляции ведущая труба наворачивается на бурильный инструмент.

По аналогичной схеме намывают наполнители типа дробленой резины, кордового волокна, дробленого известняка, кошмы, керамзита. Метод намыва наполнителей через воронку может применяться в скважинах, где статический уровень жидкости находится на глубине не менее 50 м.


Основным преимуществом способа намыва жидкости через воронку является возможность применения наполнителя с максимальными размерами частиц. Максимальный размер частиц наполнителя должен составлять не более одной трети от минимального внутреннего диаметра бурильной колонны.

Способ намыва наполнителей с помощью цементировочных агрегатов. Приводимый способ имеет широкое применение. Большинство зон поглощения при бурении скважин через известняки имеет поглощающие каналы мелкого и среднего размера (1-2 и 5-7 мм). В связи с этим буровые предприятия используют наполнители с малыми размерами частиц, которые способны прокачиваться насосами цементировочных агрегатов. Наибольшее применение имеют наполнители: опилки, кордное волокно, резиновая крошка, слюда, кожа-«горох», ореховая скорлупа и т.д.

Использование цементировочного агрегата дает возможность закачать раствор с наполнителем в скважину под высоким давлением с регулируемой подачей, не вызывая гидроразрыва пласта. Такой процесс изоляции применяется там, где ствол скважины подготавливается для бурения на растворах высокой плотности, или в скважинах, в которых при цементировании обсадных колонн происходят гидроразрывы пород. Намыв наполнителей с помощью ЦА целесообразно применять до получения первых признаков начала снижения интенсивности поглощения или роста уровня жидкости в скважине.


Вопрос №2

Прихваты бурильных и обсадных колонн. Причины прихватов.
Методы ликвидации и их профилактика.

Прихват– потеря подвижности колонны бурильных или обсадных труб, скважинных приборов и оборудования, которая не восстанавливается даже при приложении максимально допустимых нагрузок (в пределах упругих деформаций материала труб).

Прихват – наиболее распространенный и серьезный вид осложнения при проводке скважины. Ликвидация прихвата в некоторых случаях требует значительных затрат времени и средств.

Прихват под действием перепада давления (дифференциальный прихват). Этот вид прихвата происходит в интервалах проницаемых отложений (песчаников, трещиноватых известняков). Наличие на стенке скважины глинистой корки также может способствовать возникновению прихвата.

Факторы, способствующие возникновению прихватов:

• 
  разность между гидростатическим давлением и давлением в проницаемом интервале, вызывающая фильтрацию бурового раствора в проницаемые породы, а также прижимающая колонну труб к стенке скважины;
  
• 
  длительность времени контакта колонны труб со стенками скважины;
  
• 
  величина площади контакта неподвижной колонны труб со стенками скважины;
  
• 
  толщина и липкость фильтрационной корки на стенке скважины;
  
• 
  величина прижимающего усилия от нормальной составляющей веса колонны труб.
  

Способы предупреждения дифференциального прихвата колонны бурильных и обсадных труб:

• 
  поддержание параметров бурового раствора согласно проекту (плотность, показатель фильтрации, содержание твердой фазы);
  
• 
  по возможности исключить оставление без движения бурильных колонн в открытом стволе в прихватоопасных интервалах;
  
• 
  установить периодичность отрыва долота от забоя и периодичность проворота БК при бурении забойными двигателями;
  
• 
  при проектировании профиля наклонно направленных скважин закладываются минимально возможные темпы набора и падения зенитного угла и изменения азимута.
  

Для уменьшения площади контакта БК со стенками скважины в компоновку рекомендуется вводить следующие элементы:

• 
  УБТ с профильным поперечным сечением: квадратные, спиральные, с центрирующими втулками, со смещенными гранями;
  
• 
  переводники-центраторы, центрирующие опоры;
  
• 
  проницаемые интервалы, склонные к образованию толстых фильтрационных корок, периодически прорабатывать, при необходимости кольматировать;
  
• 
  снижать липкость глинистой корки путем ввода нефти или смазывающих добавок (графит).
  

Прихваты вследствие заклинивания БК, ОК в суженной части ствола скважины. На рис. 2 приведены прихваты вследствие заклинивания БК, ОК в суженной части ствола скважины. Как пример при спуске инструмента с новым полноразмерным долотом в скважину его заклинивает в стволе меньшего диаметра.

Причины возникновения сужения ствола скважины:

• 
  потеря диаметра долота и калибрующих элементов БК;
  
• 
  в интервалах отбора керна используются бурильные головки меньшего диаметра.
  
• 
  вытекание пластичных пород в ствол скважины;
  
• 
  быстрое увеличение толщины фильтрационной корки;
  
• 
  набухание приствольного слоя пород.
  

Предупреждение прихватов вследствие заклинивания БК, ОК в суженной части ствола скважины:

• 
  фиксировать интервалы затяжек и посадок, ограничивая в них скорость СПО;
  
• 
  своевременно прорабатывать эти интервалы (до следующего наращивания);
  
• 
  контролировать диаметр отработанного долота, калибраторов, центраторов;
  
• 
  ограничивать скорость спуска компоновок, отличающихся от ранее применяемых;
  
• 
  вход долота в призабойную зону производить с вращением;
  
• 
  тщательно промывать призабойную зону;
  
• 
  при спуске долота для сплошного бурения интервал бурения колонковым долотом необходимо расширить.
  

Прихваты заклиниванием БТ в желобной выработке. Признаки:

• 
  периодические затяжки и посадки в интервале изменения угла во время СПО;
  
• 
  наблюдается резкая затяжка при входе КНБК в желоб;
  
• 
  возможное изменение момента при провороте бурильной колонны;
  
• 
  циркуляция не нарушается;
  
• 
  если инструмент не прихвачен, колонна свободно ходит при нахождении КНБК ниже желоба.
  

Образование желобных выработок происходит в следующих случаях:

• 
  при изменении направления оси ствола скважины в результате взаимодействия со стенками скважины элементов БК при продольном и поперечном перемещении образуются выработки;
  
• 
  при Δi > 0,6° на 10 м (Δi – темп изменения зенитного угла) происходит наработка желобов во всех породах, кроме скальных.
  

Желобообразование происходит в течение определенного периода времени и зависит:

• 
  от числа рейсов;
  
• 
  массы единицы длины БК;
  
• 
  твердости горной породы;
  
• 
  компоновки БК и конструкции её элементов;
  
• 
  при бурении на необработанных буровых растворах.
  

Наибольшая опасность заклинивания возникает при соотношении:



где d₃ – наружный диаметр БК; а – размер желобной выработки.

Для профилактики процесса желобообразования выполняются следующие мероприятия:

• 
  применение компоновок БК, заложенных в проекте;
  
• 
  периодические замеры конфигурации ствола скважины;
  
• 
  установка спиральных центраторов в местах перехода от УБТ к бурильным трубам;
  
• 
  проработка интервала компоновкой, включающей пикообразное долото, диаметр которого меньше, чем диаметр скважины; УБТ, БТ, расширитель БТ. Диаметры расширителя и пикообразного долота постепенно увеличивают. В процессе проработки желобной выработки необходимо обеспечить максимально возможную подачу промывочной жидкости и минимальную скорость проработки.
  

Прихваты вследствие заклинивания посторонними предметами. На рис. 3 приведен пример прихватов вследствие заклинивания посторонними предметами.

Этот вид прихвата возможен по всему стволу скважины. Наиболее опасны прихваты при заклинивании БК или ОК в обсадных колоннах (металл по металлу).

Причины:

• 
  попадание в кольцевое пространство скважины посторонних предметов, крупных кусков вывалившейся породы или цементного камня;
  
• 
  оставление в скважине фрагментов разрушенных долот (лап, шарошек, элементов подшипников), фрагментов приборов.
  

Заклинивание характеризуется затяжками при подъёме, резкими посадками при спуске, подклиниванием колонны при роторном бурении, ростом крутящего момента при провороте колонн. Циркуляция при этом, как правило, нормальная.

Для профилактики аварий с заклиниванием БК и ОК посторонними предметами выполняются следующие мероприятия:

• 
  устье скважины должно быть оборудовано устройством, предотвращающим попадание посторонних предметов в скважину (при СПО это резиновые манжеты-обтираторы);
  
• 
  исключить все виды работ над открытым устьем скважины;
  
• 
  производить постоянный контроль оборудования, работающего над устьем скважины: АКБ, ПКР, УМК.
  

При падении в скважину металлических предметов или оставлении в ней фрагментов долот углубление скважины производится только после полной очистки забоя. Для постоянной очистки забоя в компоновку БК включается ЗМШУ (забойный металлошламоуловитель).

Прихваты из-за осыпей и обвалов. Происходят в интервалах залегания неустойчивых пород, склонных к набуханию, а также трещиноватых, тектонически нарушенных.

Причины:

• 
  несоответствие типа БР и его параметров разбуриваемым породам;
  
• 
  недостаточное противодавление на стенки скважины;
  
• 
  колебание гидродинамического давления при СПО;
  
• 
  длительное нахождение ствола скважины в открытом состоянии.
  

Предупреждение прихватов из-за осыпей и обвалов:

• 
  нормирование плотности бурового раствора, показателя фильтрации;
  
• 
  скорость восходящего потока должна обеспечить турбулентный режим течения жидкости;
  
• 
  осуществлять плавный вызов циркуляции БР;
  
• 
  не допускать эффекта поршневания;
  
• 
  подъём БК производить с доливом;
  
• 
  бурение интервалов, склонных к осыпям и обвалам, по возможности производить с применением ингибирующих растворов;
  
• 
  не допускать вспенивания БР.
  

Прихваты вследствие течения пластичных пород. Происходят в интервалах, сложенных породами с низким сопротивлением сдвигу под воздействием бокового горного давления (Р_б) – соли, глины.

Причины:

• 
  недостаточное гидростатическое давление на стенку скважины;
  
• 
  несоответствие параметров БР породе;
  
• 
  термодинамические процессы;
  
• 
  высокая пластичность горных пород.
  

Предупреждение прихватов в пластичных породах:

• 
  вскрытие солей с пропластками терригенных пород производить на соленасыщенном БР, который соответствует химическому составу разбуриваемых солей и температуре их местонахождения;
  
• 
  бурение интервала с частотой вращения 60-90 об/с;
  
• 
  периодически (не реже 15 мин) производить отрыв долота от забоя или через 1 м проходки;
  
• 
  при углублении скважины ниже интервала залегания пластичных пород необходимо делать контрольные подъёмы выше кровли пластичных пород для определения проходимости компоновки низа БК по стволу скважины;
  

• 
  при интенсивном течении пластичных пород (затяжки, рост давления) необходимо увеличивать плотность БР (1300-1500 кг/м³), если позволяют горно-геологические условия.
  

Прихваты вследствие сальникообразования. При разбуривании мощных толщ глин, перемежающихся с другими породами, в буровой раствор переходит большое количество частиц глины и шлама. В местах перехода от большего диаметра находящихся в скважине элементов бурильной колонны к меньшему меняются скорости восходящего потока. Вследствие уменьшения скорости промывочной жидкости в местах перехода концентрируются частицы глины и шлама, которые слипаются с течением времени в комки и прилипают к трубам и стенкам скважины. Накопление комков на элементах бурильной колонны приводит к закупорке кольцевого пространства, в результате увеличивается давление на комки, они уплотняются и вызывают прихват бурильной колонны.

Образование сальников происходит также при сдирании глинистой корки со стенок скважины элементами бурильной колонны. Корка превращается в полутвердую массу, которая, двигаясь по стволу скважины, задерживается на участках изменения размеров кольцевого пространства ствола скважины, где через неё проходит долото и элементы бурильной колонны. Образовавшийся плотный сальник при восстановлении циркуляции начинает выталкиваться до препятствия (сужение ствола, увеличение диаметра бурильной колонны), где он останавливается, уплотняется перепадом давления и прихватывает бурильную колонну, иногда с потерей циркуляции.

Меры предупреждения прихватов БК и ОК, вызванных сальникообразованием:

• 
  обеспечить соответствие параметров БР проектным значениям (плотность, вязкость, липкость, тиксотропия);
  
• 
  по возможности применять равнопроходную БК;
  
• 
  новым долотом проработать призабойную зону 15-20 мин с нагрузкой до 5 т, с отрывом долота от забоя через 10 мин в течение 30-40 мин, а затем нагрузку на долото увеличивают до проектной;
  
• 
  при посадке БК спуск остановить, ствол проработать и промыть с интенсивной очисткой БР, обработкой его вводом смазывающих добавок;
  
• 
  установить периодичность отрыва долота от забоя с расхаживанием инструмента на длину ведущей трубы и проворотом инструмента вправо (если позволяет технология бурения);
  
• 
  перед подъёмом БК промыть скважину не менее одного цикла.
  

Прихваты вследствие оседания твердой фазы промывочной жидкости. Оседание твердой фазы бурового раствора происходит при нарушении его структурно-механических свойств.

Факторы, вызывающие оседание твердой фазы:

• 
  малые значения статического и динамического напряжения сдвига БР;
  
• 
  большое количество твердой фазы в растворе из-за плохой очистки раствора;
  
• 
  неправильный подбор утяжелителей и химических реагентов для обработки БР;
  
• 
  недостаточное время промывки скважины после очередного долбления (особенно при бурении на растворах, не имеющих структуры);
  
• 
  аварийное прекращение циркуляции
  

Прихват осевшим шламом (рис. 4) может привести к развитию других видов прихватов. При отсутствии циркуляции БР может наложиться прихват из-за перепада давления.

Меры предупреждения прихватов из-за оседания шлама:

• 
  бурение на буровых растворах, способных в состоянии покоя образовывать структуру, удерживающую частицы выбуренной породы;
  
• 
  обеспечение полной очистки БР с применением трех-, четырехступенчатых систем очистки;
  
• 
  промывка скважины после окончания очередного долбления в течение одного-двух циклов;
  
• 
  обеспечение герметичности резьбовых соединений бурильной колонны;
  
• 
  разбуривание цементных мостов на растворе, обработанном химическими реагентами, предотвращающими коагуляцию
  

Методы ликвидации прихватов бурильных и обсадных колонн.

Выбор метода ликвидации прихвата зависит от наличия объективной информации о причине произошедшего прихвата и от накопленного опыта. В практическом бурении применяются следующие способы ликвидации прихватов:

• 
  расхаживание прихваченной колонны в сочетании с отбивкой ротором и гидровибрированием;
  
• 
  установка жидкостных ванн;
  
• 
  встряхивание прихваченного участка взрывом торпед;
  
• 
  использование ударных механизмов;
  
• 
  использование гидроимпульсного способа;
  
• 
  обуривание прихваченного участка колонны;
  
• 
  развинчивание бурильной колонны и подъём её по частям;
  
• 
  использование испытателей пластов.
  

Успех ликвидации прихвата прежде всего зависит от точного установления места прихвата.

Расхаживание – периодическое приложение определенной нагрузки к бурильной колонне и снятие ее. Бурильщик имеет право проводить расхаживание с натяжкой, которая не должна превышать на 10-15 т вес бурильной колонны до прихвата. Лицо, ответственное за ликвидацию аварии (аварийный мастер, инженер-технолог), имеет право расхаживать бурильную колонну с расчетной нагрузкой. Эта нагрузка определяется прочностными характеристиками труб. Расчетная нагрузка при расхаживании прихваченной бурильной колонны определяется по формуле:



где σ_т – предел текучести материала труб, кгс/см², МПа;

F – площадь поперечного сечения тела гладкой части бурильной трубы, м²;

K – запас прочности, который при расчетах, связанных с освобождением прихваченной бурильной колонны, принимается в пределах 1,2-1,3.

Расхаживание не считается самостоятельным способом освобождения прихваченной колонны и применяется в сочетании с «отбивкой ротором», гидровибрированием и встряхиванием бурильной колонны взрывом шнуровых торпед.

Отбивка ротором – поворот бурильной колонны вправо при определенной нагрузке на нее на расчетное (допустимое) число оборотов. Затем колонна под действием образованной «пружины» вращается влево.

При определении допустимой степени закручивания свободной части, прихваченной одноразмерной (по толщине и диаметру труб) колонны труб можно пользоваться следующими формулами:



где φ – угол закручивания;

σ_т – предел текучести металла труб при растяжении, кг/см²;

L_нп – длина неприхваченной части колонны, см;

ρ_бр, ρ_м – соответственно плотность бурового раствора г/см³ и плотность металла труб, кг/см²;

K – коэффициент запаса прочности;

G – модуль упругости II рода, кг/см²;

d_н – наружный диаметр бурильных труб, см.

Для стали , , К = 1,5.

Для сплава Д16Т , , К = 1,8.



где n_р – число оборотов ротора;

σ_т – предел текучести металла труб при растяжении, кг/см²;

L_нп – длина неприхваченной части колонны, см;

σ_р – напряжение растяжения, кг/см²;



где Q_р – растягивающая нагрузка, равная весу неприхваченной части бурильной колонны;

Гидровибрирование колонны труб. Гидровибрирование не является самостоятельным способом ликвидации прихвата. Оно применяется в сочетании с расхаживанием и отбивкой ротором. Гидровибрирование достигается отключением компенсаторов буровых насосов и оставлением в работе одного нагнетательного и одного всасывающего клапана. При этом создается неравномерность подачи промывочной жидкости в бурильные трубы, которая вызывает их вибрирование. Вибрирование труб вызывает выделение воды в зоне контакта трубы и фильтрационной корки, при этом происходит снижение коэффициента трения и нарушение контакта труб со стенками скважины.

Взрывной способ ликвидации прихвата. Взрывным способом можно осуществить три цели:

• 
  встряхивание бурильной колонны с целью ее освобождения;
  
• 
  отвинчивание бурильной колонны в намеченном месте;
  
• 
  обрыв труб с целью освобождения неприхваченной части колонны.
  

При использовании способа встряхивания производится взрыв торпеды из детонирующего шнура (ТДШ) в зоне прихвата, который создает ударную волну, отрывающую трубу от стенки скважины или сальника. При этом происходит ослабление сил сцепления с затрубной средой. При прижатии бурильной колонны к стенке скважины перепадом давления встряхивание может привести к кратковременному выравниванию давления вокруг труб и снятию прижатия. Встряхивание целесообразно применять, когда прошло незначительное время от начала возникновения прихвата и когда предполагаемый интервал прихвата может быть перекрыт общей длиной торпеды. Длина ТДШ должна на 5-10 м превышать длину прихваченного участка, а масса заряда не превышать 5 кг.

Порядок работ при встряхивании (взрывы торпеды):

1. 
   Выясняется причина прихвата.
   
2. 
   Определяется интервал прихвата или его верхняя граница.
   
3. 
   Проверяется проходимость бурильной колонны спуском шаблона.
   
4. 
   Собирается торпеда установленной длины, спускается в бурильную колонну и устанавливается против интервала прихвата.
   
5. 
   Производится натяжение бурильной колонны с максимально допустимым натяжением и крутящим моментом.
   
6. 
   Производится взрыв.
   
7. 
   Кабель извлекается из скважины.
   
8. 
   Вызывается циркуляция, и колонна труб поднимается.
   

Порядок работ при отстреле (обрыве) бурильной колонны с целью зарезки второго ствола скважины аналогичен изложенному. Масса заряда торпеды должна быть выбрана с учетом разрушения бурильной колонны.

Гидроимпульсный способ (ГИС) рекомендуется для ликвидации прихватов, вызванных действием перепада давления, заклиниванием колонн в желобных выработках. Применяется при наличии циркуляции. Необходимым условием при этом является нахождение нижней части колонны бурильных труб на некотором расстоянии от забоя скважины, исходя из предположения, что ликвидация прихвата труб будет осуществляться методом сбивания колонны труб вниз.

Способ основан на реализации эффекта разгрузки колонны труб резким снятием предварительно созданных напряжений растяжения в материале труб и давления жидкости, заполняющей полость труб.

Для создания указанных напряжений воздействуют на перекрытый верхний конец бурильных труб давлением жидкости, возникающим в полости труб после замещения находящегося в колонне глинистого раствора другой жидкостью, например, водой.

Возникающий при этом перепад давления определяется из выражения:



где H – глубина погружения уровня раздела жидкости в колонне;

(ρ₁, ρ₂) – значения плотности жидкостей в затрубном пространстве и трубах.

Перепад давления, действуя на верхний закрытый конец бурильных труб, создает растягивающую нагрузку и, соответственно, растягивающие напряжения материала труб. При резком снятии возникающих напряжений в скважине произойдут следующие процессы:

• 
  продвижение колонны в сторону забоя;
  
• 
  снижение давления в трубах и затрубном пространстве и, как следствие, переток промывочной жидкости из затрубного пространства в трубы со значительной начальной скоростью, приводящей к эрозии фильтрационной корки и осадков;
  
• 
  кратковременное снижение перепада давления в зоне прихвата вследствие понижения уровня жидкости в затрубном пространстве скважины.
  

С помощью ГИС прихват может быть ликвидирован за один импульс при условии, что работа будет выполняться не позже чем через 24 ч после возникновения аварии, длина неприхваченной части колонны труб составляет 1500 м и более, а прихваченной – менее 50 м. При этом избыточное давление в полости колонны труб составляет не менее 70 кгс/см² на 1000 м труб.

При отступлении от перечисленных условий для ликвидации прихвата требуется выполнять несколько импульсов. Если при этом десять последовательно созданных импульсов не дали положительного результата, дальнейшие работы целесообразно проводить только после установки жидкостных ванн. При отсутствии положительного эффекта через 30 последовательных импульсов дальнейшие работы ГИС прекратить.

Ограничениями к применению ГИС являются:

• 
  недостаточная плотность промывочной жидкости в скважине (менее 1350 кг/м³);
  
• 
  негерметичность колонны труб;
  
• 
  осложненность ствола скважины (осыпи, обвалы, зашламленность и т.д.).
  

При осуществлении ГИС необходимо руководствоваться специальной инструкцией.

На рис. 5 приведена схема технологии проведения ГИС.

Верхний конец бурильной колонны оборудуется нагнетательной головкой с кранами высокого давления на отводных патрубках, задвижкой высокого давления и диафрагмами.

Колонна разгружается полностью, если вес ее до места прихвата менее 100 т, или частично, если вес более 100 т. В бурильную колонну закачивается вода или жидкость, плотность которой значительно меньше плотности бурового раствора, находящегося в скважине, в объеме, необходимом для получения расчетного перепада давления ΔP и последующего разрыва диафрагмы. Перепад давления должен быть в пределах 10-15 МПа.

Столб воды в колонне должен быть не более двух третей ее длины. При проведении одноступенчатого импульса воду закачивать до разрыва диафрагмы. При разрыве диафрагмы давление в колонне резко падает, происходит перемещение труб из-за снижения растягивающих напряжений, а также переток бурового раствора из затрубного пространства в трубы с большой начальной скоростью и кратковременное снижение давления вследствие снижения уровня в затрубном пространстве.

Для получения серии импульсов через короткий промежуток времени применяется секционный диафрагменный наголовник.