Проектная работа по Прихватам. Прихваты. Отчет по проектной деятельности Методы ликвидации прихватов
 Скачать 41.17 Kb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Институт недропользования, кафедра нефтегазового дела ОТЧЕТ по проектной деятельности «Методы ликвидации прихватов» Выполнил: студент группы НДб-19-2 Дмитриева А.К.__________ Ибрагимов И.И__________ Принял: к.т.н, доцент Зайцев В.И.__________ Иркутск 2022 ВВЕДЕНИЕВ процессе бурения и испытания нефтяных и газовых скважин вследствие явлений горно-геологического характера возникают нарушения технологического процесса, называемые осложнениями. Осложнением является нарушение нормального состояния скважины, в результате которого дальнейшее углубление затрудняется или должно быть временно прекращено во избежание аварии. Осложнения как нарушения непрерывности технологического процесса строительства скважины вызываются явлениями горно-геологического характера. Это поглощения буровых и тампонажных растворов, нефтегазоводопроявления, выбросы и открытые фонтаны нефти, газа или воды, осыпи и обвалы горных пород в ствол скважины и др. В проектах на строительство буровых скважин предусматриваются возможности и условия появления осложнений, разрабатываются мероприятия по их предотвращению и ликвидации. Но эти расчеты не всегда основаны на точной информации о горно-геологических условиях бурения. Проходка разведочных скважин нередко проектируется по информационным данным о горных породах и пластовых флюидах, полученным по соседним площадям. Именно этим объясняется возникновение ситуаций, когда основные технологические параметры становятся несовместимыми с условиями бурения. Определенная часть осложнений переходит в аварии. Авария — это непредвиденное нарушение непрерывности технологического процесса бурения или испытания скважин, требующее для его ликвидации проведения специальных работ, не предусмотренных проектом. Характерными видами аварий бывают поломки бурильных или обсадных колонн с оставлением в стволе скважины отдельных элементов, потеря подвижности колонн труб, смятие или нарушение обсадных колонн и др. Основной причиной возникновения аварий является нарушение параметров технологии бурения буровой бригадой, несоблюдение инструкций и требований проектных документов. В соответствии с инструкцией по классификации, расследованию и учету аварий при бурении скважин на нефть и газ все аварии подразделяются на следующие виды: аварии с элементами бурильной колонны; прихваты бурильных и обсадных колони; аварии с долотами; аварии с обсадными колоннами и элементами их оснастки; аварии из-за неудачного цементирования; аварии с забойными двигателями; падение в скважину посторонних предметов: прочие аварии. При бурении эксплуатационных и разведочных скважин самым распространенным и наиболее тяжелым видом аварии является прихват бурильных и обсадных колонн. Ежегодно в управлениях буровых работ Тюменской области возникает 70 - 80 прихватов бурильных труб. Число прихватов на разведочном бурении также велико - 40 - 43 прихвата бурильных труб и 2 - 5 случаев прихвата обсадных колонн. Этот вид аварий является самым трудоемким. Он занимает 35 - 45% общих затрат времени на ликвидацию аварий. Ликвидация прихватов в скважине Для ликвидации прихватов применяют следующие способы: - установка жидкостных ванн, - встряхивание прихваченного участка колонны взрывом торпед; - установка цементного моста и зарезка нового ствола; - применение ударных механизмов; - использование гидроимпульсного способа; - обуривание или фрезерование прихваченного участка колонны; - развинчивание бурильной колонии левым инструментом и подъем труб по частям; - снижение уровня бурового раствора в стволе скважины; - импульсно-волновое воздействие на трубы в зоне прихвата; - использование испытателей пластов; - расхаживание и проворот колонны ротором; - восстановление циркуляции и промывка скважины; - гидровибрирование колонны труб. Необходимо отметить, что три последних способа не следует рассматривать в качестве самостоятельных. Практика буровых работ показывает, что раздельное применение их неэффективно. Эти способы рекомендуется применять в качестве первоочередных мер буровой вахты, в сочетании с некоторыми другими способами, а также для недопущения увеличения зоны прихвата вверх по стволу при дифференциальном прихвате. Установка жидкостных ванн Это один из основных наиболее распространенных способов ликвидации прихватов. Он эффективен для освобождения труб в проницаемых породах, когда колонна прижата к стенке скважины перепадом дифференциального давления. По данным, 65 % прихватов этой категории ликвидируется путем установки жидкостных ванн. Способ не рекомендуется для освобождения колонн, заклиненных посторонними предметами, обвалившейся горной породой, в желобах, в суженной части ствола, а также бурильных труб в нарушенной обсадной колонне. Основным условием применение жидкостной ванны является сохранение циркуляции бурового раствора при прихвате. В зависимости от литологического состава пород в зоне прихвата применяют нефть, дизельное топливо, воду, кислоты, щелочи, а также комбинированные по составу ванны. Перед установкой жидкостной ванны определяют суммарное гидростатическое давление столбов бурового раствора и агента ванны. Оно должно превышать пластовое давление самого высоконапорного горизонта в открытом стволе скважины на 5 - 10 %. Если это условие не соблюдается, то буровой раствор следует утяжелить. При выборе агента жидкостной ванны следует использовать рекомендации работы. Ликвидация прихвата с помощью установки нефтяных ванн. Нефть является наиболее активным агентом жидкостной ванны. Рекомендуется устанавливать ее в первые моменты возникновения прихвата для предотвращения интенсивного роста сил, прижимающих бурильную колонну к стенке скважины, но не позже 3 - 5 часов после начала аварии. Перед установкой нефтяной ванны необходимо выполнить следующие мероприятия: - определить верхнюю границу прихвата по упругому удлинению колонны или с применением специальных приборов. - проверить надежность работы противовыбросового оборудования, насосов и других элементов циркуляционной системы, состояние буровой вышки и талевой системы, подготовку средств пожаротушения, наличие необходимого количества и качества бурового раствора в запасных емкостях. Провести очистку площадки вокруг буровой для предотвращения загораний. Объем нефти для ванны определяется из расчета перекрытия интервала прихвата в затрубном пространстве и подъема выше верхней границы прихвата не менее чем на 50 - 100 м. Кроме того, определенный объем нефти (3 - 5 м3) резервируется в бурильных трубах, исходя из технологических особенностей процесса освобождения инструмента нефтяной ванной. Рекомендуется после 1 часа нахождения колонны под ванной проверять возможность ликвидации аварии расхаживанием, после чего порцию нефти объемом 0,5 - 0,7 м3 необходимо продавить в зону прихвата. Суммарный объем нефти для ванны Q определяется по формуле: где: К - коэффициент кавернозности ствола в зоне прихвата; Д - диаметр долота, м; dн,dв - наружный и внутренний диаметры бурильных труб, м; Н - интервал прихвата, м; h - расчетная высота подъема нефти выше зоны прихвата, м; назначается для нивелирования возможной ошибки определения верхней границы прихвата. h принимается равной 50 - 100м; h1 - высота столба резервного объема нефти в бурильных трубах, м. Гидростатическое давление в стволе скважины после установки ванны должно превышать пластовое в целях недопущения нефтегазоводопроявлений. Проверочный расчет гидростатического давления столба нефть - буровой раствор производится с помощью номограммы (рис.4). Например, на глубине 2100 м в нефтенасыщенных песчаниках произошел прихват инструмента в интервале 2000 - 2100 м. Скважина бурилась раствором плотностью 1230 кг/м3. Пластовое давление на глубине 2100 м равно 22 МПа. Для ванны используется нефть плотностью 830 кг/м3. Проведенным по формуле 4.4 расчетом выявлено, что требуемый объем нефти равен 10 м3, объем бурового раствора 90 м3. Содержание легкого компонента столба (нефти) равно: Откладываем на левой оси плотность нефти (точка А), на правой плотность бурового раствора (точка Б) и соединяем точки прямой. Из точки В, соответствующей содержанию легкого компонента (10%), восстанавливаем перпендикуляр до пересечения с прямой А - Б в точке Г. Из точки Г проводится горизонтальная прямая до пересечения с правой осью в точке Д. Точка Д определяет средневзвешенную плотность столба нефть - буровой раствор в скважине - 1170 кг/м3. Гидростатическое давление этого столба равно: Согласно табл.1 минимальная репрессия в нефтенасыщенных пластах на глубине 2100 м должна быть равной 1,5 МПа. В нашем примере репрессия на пласт равна 24,6 - 22 = 2,6 МПа, что предотвращает возможность нефтепроявления во время установки нефтяной ванны.  Рис. 1. Номограмма для определения гидростатического давления при установке жидкостной ванны Буровой раствор в стволе скважины должен иметь по возможности минимальные величины вязкости, СHC и плотности. Для предупреждения всплывания нефти и ухода ее из зоны прихвата рекомендуется перед порциями нефти и продавочной жидкости закачать порцию буферной жидкости с расчетом заполнения ею 150 - 200 м заколонного и внутритрубного пространств. Для приготовления буферной жидкости на основе применяемого бурового раствора требуется обработать его реагентами - структурообразователями типа КМЦ, крахмал и др. с дозировкой их не более 2 - 3 %. Приготовленная буферная жидкость додана иметь следующие параметры: - плотность, близкую к плотности бурового раствора; - вязкость максимально возможную; - СНС10 не менее 27 МПа; - водоотдачу примерно равную водоотдаче бурового раствора. Обязательным при приготовлении буферной жидкости является ее проверка на коагуляцию при контакте с буровым раствором. При возможности выбора рекомендуется применять безводную высокоподвижную малопарафинистую нефть с малой плотностью. Для повышения эффективности ванны в нефть добавляются поверхностно-активные вещества, например сульфонол, дисольван. НЧК. ОП-10 и др. в количестве до 1 - 3 % от объема нефти. В случае возникновения прихватов в зонах АВПД рекомендуется применять специальные утяжеленные жидкости на нефтяной основе. На глубоких разведочных скважинах объединения "Ямалнефтегазгеология" для установки ванн используется жидкость с плотностью 1800 кг/м3 со следующим составом (на 1 м3): - дизельное топливо в объеме 0,65 м3; - высокоокисленный битум - 140 кг; - соли жирных кислот - 10 кг; - пятидесятипроцентный раствор едкого натра - 0,005 м3; - модифицированный барит - 850 кг. Применение специальных утяжеленных жидкостей позволяет вести установку ванн без снижения гидростатического давления столба бурового раствора и агента на продуктивный пласт, что уменьшает возможность возникновения проявлений флюидов во время ликвидации аварий. Закачка компонентов ванны производится насосами в последовательности: буферная жидкость - нефть - буферная жидкость - продавочная жидкость при максимальной подаче. Скорость восходящего потока бурового раствора, буферной жидкости и нефти в кольцевом пространстве должна быть равна скорости потока при бурении этого интервала. После установки ванны в зависимости от разновидности прихвата колонна или разгружается на определенную часть ее веса, или оставляется под натяжением на талевой системе. Для предотвращения распространения зоны прихвата рекомендуется расхаживать инструмент во время действия ванны не реже 2 раз за 1 час. Расхаживание колонны для ее освобождения следует проводить через 4 - 6 часов после установки ванны, впрочем, это время может быть изменено с учетом опыта ликвидации прихватов в данном районе. После каждого расхаживания часть нефти из бурильной колонны (0,5 - 0,7м3) прокачивается в зону прихвата. Продолжительность ванны должна быть не менее 15 часов. Если при этом колонна не освобождена, то необходимо восстановить циркуляцию, промыть скважину и установить вторую нефтяную ванну. По данным Самотоя А.К. установка более чем двух жидкостных ванн нецелесообразна. В случае неудачи с установкой второй ванны иногда приступают к сплошной промывке скважины нефтью При освобождении колонны производят промывку с вымывом нефти на устье и складированием ее для повторных установок ванн. Колонна труб поднимается из скважины. Проводится тщательный контроль состояния труб, включая дефектоскопию Ствол скважин в осложненных интервалах прорабатывается Водяная ванна. Применяется в том случае, если геологический разрез представлен устойчивыми породами, не склонными к осыпям и обвалам. Установка водяных ванн наиболее эффективна в скважинах, для промывки которых используется глинистый раствор на основе выбуренных пород (объединения "Башнефть", "Татнефть", "Оренбургнефтегаз"), а также при заклинке колонны в интервалах залегания натриевых и магниевых солей. Специалисты считают, что эффект от водяной ванны обусловливается осмотическим массопереносом через фильтрационную корку. Преимущества водяной ванны по сравнению с нефтяной следующие: - установка ванны может проводиться буровыми насосами; - возможность немедленной установки в случае отсутствия нефти на буровой, что важно для буровых, удаленных от баз УБР, НГРЭ; - вода тяжелее нефти, поэтому меры по предотвращению флюидопроявлений выполняются быстрее; - вода как агент активна, легко проникает в тонкие каналы фильтрационных корок и менее интенсивно по сравнению с нефтью всплывает в стволе скважины, заполненной глинистым раствором; - безопасность в пожарном отношении. Эффективность водяных ванн увеличивается при добавках 1 - 2% ПАВ и некоторых химреагентов: ОП-10 (Урало-Поволжье, Украина), полиэтиленгликоль (США), глицерин, КМЦ, хромпик (Средняя Азия), соляная кислота (Украина). Кислотная ванна. Применяется при ликвидации прихватов труб в карбонатных породах, глинистых известняках и доломитах, а также в глинистых породах. Основой способа является способность кислоты растворять перечисленные породы. В основном для кислотных ванн применяется техническая соляная кислота 8 - 14 % концентрации, смеси соляной кислоты и воды или нефти, сульфоминовая кислота. Для растворения глинистых корок используется смесь 16 - 20 % - ной соляной и 40 % - ной плавиковой кислот. Соотношение компонентов смесей подбирается путем лабораторных экспериментов из условия наиболее активного воздействия смеси кислот на образцы пород и фильтрационных корок. При проведении опытов необходимо знать, что скорость воздействия соляной, плавиковой кислот и их смесей на карбонатные породы в большой степени зависит от температуры и давления. При увеличении температуры на 20 - 25° скорость реакции возрастает в 3 раза, а при увеличении давления уменьшается. Не допускается установка ванн с соляной и смеси соляной и плавиковой кислот при наличии в компоновке бурильной колонны трубиз алюминиевого сплава Д16Т. Для уменьшения коррозионного воздействия кислот на стальные трубы и оборудование в них необходимо вводить ингибиторы (формалин, униколы, масла, ПАВ). Для обеспечения благоприятных условий действия кислотных ванн применяется вода в качестве буферной жидкости. Объем воды определяется из расчета заполнения 50 м затрубного и внутритрубного пространств. Последовательность операций при установке ванны начинается с закачки первой порции воды, затем закачивается кислота, причем в затрубное пространство первоначально продавливается 25-35 % расчетного объема с оставлением 66-75 % объема кислоты в колонне . За кислотой следует закачка второй порции воды и расчетное количество продавочной жидкости. Колонна должна находиться под ванной в течение 3 - 6 часов. Через 1 час инструмент расхаживают и продавливают в зону прихвата 1 - 4м3 кислоты. Необходимо обращать большое внимание на соблюдения правил охраны труда, так как работы с кислотами могут быть опасными для здоровья членов буровой бригады. Применение ударных механизмов (УМ) Ударные устройства, называемые еще яссами предназначены для освобождения прихваченных бурильных колонн ударами вверх и вниз. Наибольшая эффективность достигается при ликвидации прихватов типа заклинивания. В основе любого УМ обязательно наличие бойка, перемещающегося в корпусе и наносящего удары по наковальне, жестко связанной с прихваченной частью колонны. Различают следующие виды УМ: - со свободным бойком, наносящим непрерывные удары по наковальне с силой, пропорциональной собственной массе. Эти УМ известны как гидроударники или гидровибраторы; - с бойком и присоединенной к нему массой в виде части бурильной колонны, на которой УМ спущен к месту прихвата. УМ первого типа генерирует вибрации с частотой 25 - 50 гц, передающиеся к месту контакта труб с глинистой коркой, сальником или шламом. Под действием вибрации происходит разжижение среды в зоне ее контакта с инструментом, уменьшается ее прочность на сдвиг, а следовательно, уменьшается сопротивление перемещению прихваченной колонны. Устройства данного типа не нашли широкого применения. УМ второго типа (яссы) имеют две разновидности: непрерывного действия и единичного. Механизмы первой разновидности не вышли из стадии лабораторных разработок, а устройства единичного действия применяются в различных регионах России и стран СНГ. Например, гидравлический ударный механизм (ГУМ), разработанный в ВНИИБТ, возбудитель упругих колебаний (ВУК) института механики МГУ, устройство для ликвидации прихватов (УЛП) института ВНИИКрнефть, ясс механический (Украина). Все эти механизмы имеют корпус, боек, наковальни и захватно-освобождающее устройство или замок. Боек связан с колонной труб, на которых спускается УМ, а корпус и наковальни соединяются с прихваченными трубами. Замок у всех перечисленных механизмов имеет различную конструкцию, но его назначение одинаково: после зарядки замка создаются условия упругого продольного деформирования части бурильной колонны, а после разрядки замка освободившийся боек вместе с присоединенной массой ударяет по наковальне. Гидроимпульсный способ (ГИС) Применяется для освобождения инструмента, прихваченного перепадом давления, сальником, заклиниванием в желобах и посторонними предметами. Способ не требует длительной подготовки и его применение может быть достаточно быстрым. Механизм и ликвидации прихвата реализуется путем разгрузки колонны труб резким снятием предварительно созданных напряжений растяжения в материале труб и напряжений сжатия жидкости, находящейся внутри труб. Верхний конец бурильных труб оборудуется нагнетательной головкой с кранами высокого давления, на отводных патрубках, задвижкой и диафрагмой. Колонна разгружается полностью или частично и подвешивается на талях. В бурильную колонну закачивают воду или нефть, или дизельное топливо, или газ, при этом плотность бурового раствора в затрубном пространстве не долина быть менее 1350 кг/м3. При разрыве диафрагмы давление в колонне резко падает, происходит перемещение труб из-за снижения растягивавших напряжений, а также переток бурового раствора из затрубного пространства в трубы с большой начальной скоростью и кратковременное снижение перепада давления вследствие понижения уровня раствора в затрубном пространстве. В случае возобновления расхаживания инструмент может быть освобожден после проведения 1 - 5 импульсов. Ограничения для применения ГИС следующие: - негерметичность бурильной колонны; - наличие в открытом стволе слабосцементированных пород, склонных к обвалам; - плотность бурового раствора менее 1350 кг/м3; - зашламленность забоя с возможным закупориванием промывочных каналов буровых долот и прекращением циркуляции. Список литературы: https://neftegaz.ru/tech-library/burenie/142219-prokhodka-bureniem/; https://lektsia.com/3x53ae.html; https://uglevodorody.ru/publ/konstrukciya-neftyanoy-skvazhiny-shema-ustroystvo-stroitelstvo-i-razrabotka; Пустовойтенко И П: Справочник мастера по сложным буровым работам; Юхименко В Г: Курс лекций по Основам нефтегазопромыслового дела; |