Предупреждение прихватов. Предупреждение прихватов бурильной колонны по направлению 21. 04. 01 Нефтегазовое дело
 Скачать 191.06 Kb.
|
|
3.2.3. 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 взатрубноепространство 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. 3.3. Использование взрывного способа ликвидации прихватов Способ получил название "встряхивания". Взрыв торпеды из детонирующего шнура (ТДШ) в зоне прихвата создает ударную волну, отрывающую трубы от стенки скважины или сальника. При этом происходит ослабление сил сцепления колонны с затрубной средой. При прижатии инструмента к стенке скважины перепадом давления "встряхивание" может привести к кратковременному выравниванию давления вокруг трубы и снятию прижатия. В случае расхаживания или отбивки ротором колонна может быть освобождена. Торпедирование в определенных условиях может помочь восстановлению циркуляции бурового раствора, а это обстоятельство должно решительным образом изменить ситуацию с прихватом в лучшую сторону. В случае заклинивания долота при роторном бурении производят взрыв фугасной торпеды, спущенной к долоту. "Встряхивание" КНБК с предварительным ее натяжением может привести к ликвидации прихвата. 3.3.1. Все работы по подготовке взрыва, выбору заряда, проведению торпедирования производятся по регламенту. Величина заряда торпеды определяется из условий обеспечения необходимого эффекта и недопущения повреждения труб. Длина ТДШ должна на 5 - 10 м превышать длину прихваченного участка труб, а масса заряда ВВ не должна быть более 5 кг. При превышении интервала прихвата величины 100 м торпедирование следует проводить по участкам. 3.3.2. Работы по торпедированию выполняются в следующее последовательности: - выясняется причина возникновения прихвата; - проводится расхаживание колонны и промывка скважины; - определяется участок прихваченной колонны; - в скважину спускает шаблон. В это время собирают торпеду заданной длины и опускают в скважину против всей длины участка прихвата; - производится натяжение колонны с максимально допустимым усилием. Это правило не относится к прихватам, возникшим при затяжках труб в суженный участок ствола или в желобной выработке; - колонна проворачивается ротором на максимально допустимое число оборотов; - осуществляется взрыв; - колонна расхаживается или отбивается ротором; - кабель, груз и головка извлекаются из скважины, она промывается, освобожденная колонна поднимается. 3.3.3. Взрывной способ при ликвидации прихватов применяется также для следующих целей: - отсоединение неприхваченной части колонны труб ослаблением резьбового соединения с последующим развинчиванием, - освобождение свободной части колонны обрывом труб. 3.4. 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) [2,5,6,7.9,11]. 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. 3.5.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. 3.6. Гидровибрирование колонны труб Гидровибрирование не является самостоятельным способом ликвидации прихвата. Оно применяется в сочетании с расхаживанием колонны и установкой жидкостных ванн. Колебательные волны гидравлического канала передаются колонне труб. Вибрирование труб вызывает выделение свободной воды в зоне контакта трубы и фильтрационной корки, тем самым происходит снижение коэффициента трения и нарушение контакта труб со стенками скважины. Гидровибрирование достигается отключением на время компенсаторов буровых насосов и оставлением в насосе в работе одного нагнетательного и одного всасывающего клапана. 3.7. Ликвидация прихватов обсадных колонн При возникновении прихвата необходимо немедленно восстановить интенсивную циркуляцию бурового раствора с расхаживанием колонны. Расхаживание следует производить плавно, без резких посадок с усилиями натяжения на 50 - 100 кН больше собственного веса колонны. Разгрузка обсадных колонн не должна превышать: для колонны диаметром 0,146 - 0,219 м - 150 кН, для колонны диаметром 0,273 - 0,325 м - 200 кН. В случае, если эти первоочередные меры не приводят к освобождению труб в течение 1 - 2 часов, то необходимо рассмотреть другие способы ликвидации прихвата. Рассматривается возможность цементирования обсадной колонны в месте остановки в случае, если скважина полностью или частично выполнила целевое назначение, а также в случае возможности эксплуатации скважины с оборудованием меньшего размера по диаметру. Если обсадная колонна должна быть спущена до забоя, то следующим мероприятием по ее освобождению будет определение интервала прихвата и установка жидкостной ванны (нефтяной или кислотной). Возможна также сплошная промывка колонны нефтью или кислотой. При прихвате колонны с потерей циркуляции бурового раствора, прежде всего, предпринимают попытки ее восстановить. С этой целью над стоп - кольцом простреливают 15 - 20 отверстий, через которые пытаются промыть ствол скважины. При неудаче с помощью прихватоопределителя или акустического цементомера определяет интервал прихвата, над верхней границей его простреливают 15 - 20 отверстий с той же целью восстановления циркуляции. При отрицательном результате обсадную колонну цементируют в данном положении или извлекают свободную часть из скважины, обрезав трубы труборезкой. Дальнейший план включает или цементирование с забуриванием второго ствола, или подъем прихваченных труб по частям. В случае посадки колонны в шлам, когда часть труб забивается шламом, необходимо колонну поднять над забоем и восстановить циркуляцию при малой подаче бурового раствора, Если трубы прихватило, то также вначале требуется восстановить циркуляцию с постепенным увеличением подачи раствора и расхаживанием колонны. При потере циркуляции делаются последовательные попытки ее восстановления. С этой целью перфорируют колонну над стоп - кольцом, пытаясь промыть низ колонны. Дальнейший план освобождения колонны аналогиченвышеописанному. 3.8. Выбор способа ликвидации прихвата Наибольшая эффективность при освобождении инструмента достигается в том случае, когда выбор способа ликвидации соответствует природе прихвата, т.е. его разновидности. В этом случае исполнители работ для конкретного случая выбирают наиболее эффективный способ и намечают последовательность применения и чередования различных способов. В условиях, когда ситуация а скважине неопределенна, не всегда удается выбрать самый эффективный способ и рациональную последовательность других методов для применения в каждом конкретном случае. Сотрудниками ВНИИКРнефть разработан выбор способа ликвидации прихвата на основе теории статистических решений [6,10]. Но предложенный метод не получил широкого распространения, на практике оптимальный план ликвидации прихвата определяется по результатам коллективного анализа обстоятельств аварии опытными специалистами и накопленного опыта работ в данном районе. Основные правила выбора способа, сформулированные Пустовойтенко И.П. выглядят следующим образом; первоначально должны быть применены способы, не требующие помощи буровой бригаде завозом дополнительных материалов и оборудования. Например, гидровибрирование буровыми насосами параллельно с расхаживанием и отбивкой колонны ротором, организация гидроимпульса, снижения давления в интервале прихвата понижением уровня в затрубном пространстве. Вторым этапом плана работ будет реализация возможностей освобождения колонны без ее развинчивания над верхней границей прихвата, но с участием посторонних организаций (например, геофизиков) и доставкой дополнительных материалов (нефти, кислоты, ПАВ). Производится выбор из следующих способов: установка жидкостной ванны, встряхивание инструмента ТДШ, импульсно-волновой способ. Третий этап плана предусматривает разъединение колонны над интервалом прихвата с последующим применением ударных механизмов или испытателей пластов, или погружного устройства для снижения гидравлического давления в зоне прихвата. Кроме того, могут быть использованы такие трудоемкие способы, как обуривание прихваченной колонны и извлечение ее по частям или установка цементного моста и забуривание с него нового ствола. Последний из перечисленных способов нашел широкое применение в практике буровых работ в Тюменской области. В мировой практике в целях ликвидации прихватов в возможно короткие сроки и с минимальными затратами обычно используется зависимость М. Броуса: (4.5) где: t - максимально возможное время освобождения инструмента, сутки; R - суммарная стоимость элементов бурильной колонны, оставленных в скважине; Сн - суммарная стоимость работ по установке цементного моста и бурения до глубины на момент прихвата; Са- среднесуточные затраты на проведение работ по ликвидации привата. 4. Применение колебательного инструмента «Осциллятор» («Agitator») производства компании «National Oilwell Varco» как способа предупреждения возникновения прихватов. 4.1. Описание инструмента. Сфера применения. Колебательный инструмент Agitator сообщает КНБК или бурильной колонне легкие колебательные движения, за счет чего существенно снижается трение. Это позволяет улучшить передачу нагрузкии уменьшить прихваты-проскальзывания при бурении в любом режиме, а особенно при ориентированном бурении с помощью управляемого забойного двигателя. Современные скважины имеют более извилистый профиль и часто бурятся с максимально возможным отходом забоя от вертикали. В этих условиях колебательный инструмент становится простым средством расширения эксплуатационных пределов традиционных компоновок с управляемыми забойными двигателями. Применение этого инструмента обеспечивает плавную передачу нагрузки и исключительно точный контроль положения рабочей поверхности бурового инструмента на забое при применении долот с резцами из поликристаллических алмазов (PDC), даже в сильно истощенных пластах после значительных изменений азимута. Обеспечивается возможность бурения более продолжительных интервалов. При этом нет необходимости расхаживания КНБК — для обеспечения требуемого положения рабочей поверхности бурового инструмента — что существенно повышает механическую скорость проходки. Колебательный инструмент Agitator совместим со всеми системами измерения в процессе бурения (MWD) и является эффективным средством достижения объектов бурения с большим отходом забоя от вертикали. При этом увеличивается механическая скорость проходки, сокращается количество рейсов шарошечных долот и сводится к минимуму возможность дифференциального прихвата. Совместимость с инструментами MWD/LWD • Не вызывает повреждения инструментов MWD или искажения сигналов, передаваемых по гидро импульсному каналу. • Сокращает поперечную и крутильную вибрацию. • Может спускаться в скважину над или под компоновкой MWD. • Не оказывает ударного воздействия на долото и трубныеэлементы. Минимальное воздействие на долото • Может использоваться с шарошечными долотами и долотами с фиксированными резцами. • Не оказывает ударного воздействия, повреждающего зубья или подшипники. • Увеличение срока службы долот типа PDC засчет контролируемой передачи нагрузки; нет необходимости разбуривания проблемных участков с расхаживанием бурильной колонны. Повышение эффективности наклонно-направленного бурения • Предотвращает накопление весовой нагрузки иобеспечивает превосходный контроль положениярабочей поверхности бурового инструмента. • Обеспечивает бурение в режиме скольженияс повышенной механической скоростью проходкии более низкой нагрузкой на крюке. • Обеспечивает передачу нагрузки с меньшимсжатием бурильной колонны.Колебательный инструмент позволяет достигатьобъектов бурения с большим отходом забоя отвертикали с помощью управляемых забойныхдвигателей и повышает эффективность работы такихдвигателей в менее сложных ситуациях. ГТМ и работы на ГНКТ Трение также является серьезной проблемой при проведении ГТМ в скважине. Колебательный инструмент Agitator использовался для спуска в скважину запоминающего измерительного оборудования, перфораторов и для ликвидации прихватов скользящих муфт НКТ на конце компоновок заканчивания в извилистых стволах. Это оборудование также доказало свою пользу при спуске хвостовиков и извлечении прихваченных компоновок. 4.2. Принцип работы В системе Agitator применены три основных механизма (рис.4.2.1): 1. Силовая секция 2. Секция клапана и подшипников 3. Секция возбуждения: • работа с составной бурильной колонной = использование амортизатора; • работа с колонной ГНКТ = функции амортизатора выполняют гибкие НКТ. Рис.4.2.1. Силовая секция приводит клапанную секцию, в которой создаются импульсы давления, которые, в свою очередь, активируют амортизатор или воздействуют на ГНКТ. Осевое перемещение амортизатора или ГНКТ служит для преодоления статического трения. Основным компонентом колебательного инструмента является уникальная клапанная система. Она преобразует энергию, сообщаемую прокачиваемой жидкостью, в серию колебаний (импульсов) давления. Это достигается с помощью циклов сужения проходного сечения, создаваемых парой клапанных пластин. Клапан открывается изакрывается, и общее проходное сечение (TFA) колебательного инструмента циклически изменяется от максимального до минимального. При минимальном TFA давление высокое, при максимальном TFA давление низкое. Рис. 4.2.2. Относительное положение пластин клапана. Частота этих импульсов давления прямо пропорциональна расходу. См. соотношения частота/расход для каждого типоразмера инструмента в его технических характеристиках. Размер пластин клапана конфигурируется на основании рабочих параметров, чтобы оптимизировать рабочие характеристики и обеспечивать постоянное соответствие перепада давления техническим условиям. Сам колебательный инструмент только создает импульсы давления. Для преобразования этой гидравлической энергии в полезное механическое усилие при работе с составной колонной труб, в КНБК или бурильной колонне над колебательным инструментом размещается амортизатор (рис. 5.2.3) Рис. 4.2.3. Аморизатор При работе с ГНКТ требуется только колебательный инструмент, поскольку гибкие НКТ расширяются и сокращаются под действием импульсов давления. Амортизатор содержит уплотненный шпиндель с осевым подпружиниванием При приложении к амортизатору внутреннего давления шпиндель выдвигается за счет воздействия давления на уплотнительную полость амортизатора («полость, открываемая прокачкой»). При уменьшении давления пружины возвращают шпиндель в исходное положение. При установке амортизатора непосредственно над колебательным инструментом, амортизатор раздвигается и задвигается под действием импульсов давления, создавая осевые колебания. Колебательную систему можно разместить в любом месте бурильной колонны для концентрации энергии в месте ее наиболее эффективного приложения. |