Предупреждение осложнений посредством датчиков буровой установки. Датчики на буровой. Предупреждение осложнений и инцидентов по средствам контроля над технологическими операциями контрольноизмерительными приборами

• Название: Предупреждение осложнений и инцидентов по средствам контроля над технологическими операциями контрольноизмерительными приборами
• Анкор: Предупреждение осложнений посредством датчиков буровой установки
• Дата: 08.12.2022
• Размер: 39.34 Kb.
• Имя файла: Датчики на буровой.docx
• Тип: Доклад; #834950

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

ФГБОУ ВО «УДМУРТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт нефти и газа им. М.С. Гуцериева

Кафедра бурения нефтяных и газовых скважин

Доклад

по дисциплине «Осложнения и аварии в бурении»

на тему: «Предупреждение осложнений и инцидентов по средствам контроля над технологическими операциями контрольно-измерительными приборами»

Выполнил: студент гр. ОБ-21.03.01.02-41

Пивоваров Никита Михайлович
Проверил: к.т.н., доцент каф. БНГС

Поспелова Ирина Геннадиевна


Работа защищена «___»____________20___г.
с оценкой _______________ _______________

Ижевск, 2022

Содержание

Введение 3

1.Виды осложнений при бурении скважин 4

2.Датчики для автоматического измерения технологических параметров бурения 6

3.Последствия осложнений 10

Заключение 12

Список использованной литературы 13

Введение

Строительство нефтяных и газовых скважин – сложный технологический процесс, который требует серьезных материальных, трудовых и временных затрат. Один из важнейших этапов строительства скважин – бурение.

Под бурением следует понимать процесс образования горной выработки, преимущественно круглого сечения, путем разрушения горных пород главным образом буровым инструментом (реже термическим, гидроэрозионным, взрывным и другими способами) с удалением продуктов разрушения [1].

Бурение неизбежно сопровождается разного рода осложнениями и инцидентами, которые впоследствии могут привести к авариям и невозможности дальнейшего проведения работ. Ликвидация осложнений может занимать длительные промежутки времени дорогостоящих буровых работ.

В связи с этим, предупредить осложнение проще, чем устранить. Работа по предупреждению осложнений и аварий начинается со сбора, анализа и систематизации информации по опыту строительства скважин, анализа «свежей» геологической информации, изучения опыта работ на предыдущих скважинах, месторождениях [3].

Для недопущения возникновения осложнений и инцидентов используются различные приборы.

1. Виды осложнений при бурении скважин

Осложнение в скважине – это затруднение ее углубления, вызванное нарушением состояния буровой скважины [2].

К наиболее распространенным видам осложнений относятся осложнения, вызывающие нарушения целостности стенок скважины, поглощения бурового раствора, нефте-, газо- или водопроявления. В связи с расширением географии работ по освоению нефтегазовых месторождений получили распространение осложнения, связанные с сероводородной агрессией и бурением скважин в условиях многолетнемерзлых пород [1].

Рассмотрим виды осложнений, возникающих в процессе бурения.

Обвалы (осыпи) происходят во время прохождения уплотненных глин, аргиллитов или глинистых сланцев. В результате увлажнения буровым раствором или его фильтратом снижается предел прочности этих слоев, что ведет к их обрушению (осыпям). Обвалам (осыпям) может способствовать и набухание за счет проникновения в пласты свободной воды, содержащейся в растворах, что приводит к выпучиванию в ствол скважины и, в конечном счете, приводит к обрушению [1].

Осыпи – медленно текущий процесс разрушения стенок скважины; обвалы – быстротекущий процесс разрушения стенок скважины [4].

Основные признаки обвалов (осыпей) [1]:

• 
  резкое повышение давления на выкиде буровых насосов;
  
• 
  обильный вынос кусков породы;
  
• 
  недохождение бурильной колонны до забоя без промывки и проработки.
  

При обвалах происходит процесс кавернообразования. Каверна – участок ствола скважины, имеющий диаметр, превышающий номинальный диаметр ствола скважины на определенном интервале [4].

Другое распространенное осложнение в процессе бурения скважин – прихват. Бурильные трубы считаются прихваченными, когда часть бурильной колонны теряет возможность перемещения в осевом направлении и вокруг своей оси при приложении к ней нагрузки сверх собственного веса с учётом дополнительных потерь на сопротивление движению и вращению [3].

Нередко для подъема колонны из скважины требуется приложить усилие, значительно превышающее вес колонны, которое принято называть затяжкой. Если же для страгивания колонны с места требуется приложить усилие, при котором напряжение в трубах приближается к их пределу прочности, либо усилие, близкое к пределу допустимому для вышки или талевой системы, осложнение называют прихватом [3].

Прихваты классифицируются по характеристике удерживающей силы и однородности обстоятельств, предшествующих их возникновению. Общий признак всех типов прихватов – потеря подвижности бурильной колонны [3].

В разбуриваемых пластах могут находиться газ или нефть, которые при определенных условиях могут проникнуть в скважину через поры и трещины [1]. Причинами нефтегазопроявлений является, прежде всего, недостаточное противодавление столба бурового раствора на продуктивные пласты или его снижение по каким-либо причинам [3].

Для предотвращения осложнений, связанных с нефтегазопроявлениями, необходимо раннее обнаружение признаков нефтегазопроявлений. К таким признакам относятся [3]:

• 
  снижение плотности выходящего из скважины раствора, т. е. уменьшение фактической (кажущейся) плотности при стабильных (номинальных) значениях истинной плотности;
  
• 
  увеличение содержания газа в буровом растворе;
  
• 
  самопроизвольный перелив раствора из скважины при отсутствии циркуляции;
  
• 
  увеличение объема раствора в приемных емкостях во время циркуляции.
  

Поглощение буровых растворов является одним из самых распространенных видов осложнений при бурении скважин [1]. Причиной поглощений является существенное превышение давления столба раствора в скважине над пластовым давлением. В ряде случаев причиной поглощений является наличие в породе больших пустот, крупных трещин или тектонических разломов [3].

В некоторых случаях, при прочих равных условиях, возникновение поглощений предопределяется свойствами бурового раствора. Поглощения бурового раствора классифицируются по интенсивности ухода раствора в пласт [3].

Мерзлые породы – это такие породы, температура которых отрицательна или равна нулю. При этом мерзлыми считаются те породы, в которых хотя бы часть воды замерзла. Многолетнемерзлые породы (ММП) – это породы, находящиеся в мерзлом состоянии в течение нескольких лет (трех и более) [1].

Если в разрезе присутствуют такие породы, то при бурении вероятны следующие осложнения [1]:

• 
  кавернообразования, осыпи и обвалы, которые могут привести не только к прихвату, но даже и к слому бурильного инструмента;
  
• 
  протаивание и размыв пород, поскольку лед выполняет функцию цемента в данных породах;
  
• 
  поглощения бурового раствора;
  
• 
  выбросы воды, газа ввиду наличия зажатых между мерзлых вод и пропластков гидратов.
  

Технология строительства и конструкция скважин должны отвечать требованиям охраны окружающей среды в зонах залегания ММП в условиях Крайнего Севера.

2. Датчики для автоматического измерения технологических параметров бурения

Выявить осложнение можно посредством определения соответствующих параметров бурения, таких как плотность промывочной жидкости, нагрузка на крюке, расход промывочной жидкости и т.д. Измерения перечисленных параметров осуществляются при помощи датчиков, которые являются составляющей частью станции геолого-технических исследований (ГТИ). Точность показаний и надежность датчиков – залог безаварийного бурения скважин, а, следовательно, эффективности работы буровой компании [5].

ГТИ проводятся непосредственно в процессе бурения скважины, без простоя в работе буровой бригады и бурового оборудования. Работа станции ГТИ происходит круглосуточно [5].

Программы ГТИ обеспечивают решения многих задач [5]:

• 
  прогнозирование зон аномально высокого пластового давления (АВПД), составление программ бурения с учетом наличия аномальных давлений в разрезе;
  
• 
  прогнозирование осложнений в процессе бурения (предупреждение поглощений в скважине, предупреждение выбросов и контроль глушения скважины);
  
• 
  выделение коллекторов в разрезе скважины;
  
• 
  литологическое расчленение разреза.
  

Решение геологических задач при проведении ГТИ осуществляется посредством исследований отобранного шлама и керна, а также проб промывочной жидкости. Так, фракционный анализ шлама дает возможность выделить зоны АВПД, а детальное описание керна позволяет построить литологическую колонку разреза [5].

Пласты с АВПД – это пласты, при прохождении которых возможны проявления и даже выбросы. Диаметрально противоположными свойствами обладают пласты с аномально низким пластовым давлением (АНПД). В них наиболее вероятны поглощения разной интенсивности.

Одно из самых серьезных осложнений – прихват. При получении прихватов бурильной колонны происходят затяжки и посадки. Затяжкой называется усилие, которое необходимо приложить для подъема бурильной колонны, значительно превышающее вес самой колонны [3].

Вес бурильной колонны определяется специальным устройством – индикатором веса. Он крепится на неподвижной ветви талевой системы. Устаревший прибор для измерения нагрузки на крюке – гидравлический индикатор веса ГИВ-6. Основные его узлы – гидравлический трансформатор давления, манометр, верньерный прибор, регистрирующий прибор с краном и пресс-бачком. Все эти составляющие объединены в общую гидравлическую систему при помощи трубки. В ней находится специальная жидкость, содержащаяся в пресс-бачке [6].

На сегодняшний день чаще встречаются датчики веса типа ТВС-10т, разработанные в Екатеринбурге. Его предназначение – измерение усилия натяжения неподвижной ветви талевого каната, что позволяет рассчитать вес буровой колонны. В конструкцию датчика входят тензорезисторы с электрической схемой. Изменения веса колонны вызывают деформацию упругого элемента датчика, которая передается на тензорезисторы и преобразуется в сигнал с помощью преобразователя [6].

Основная причина поглощений – превышение гидростатического давления над пластовым. Существуют приборы, которые применяются для исследования поглощающих пластов. Они подразделяются на две основные группы [4]:

• 
  для проведения кратковременных гидродинамических исследований с целью выявления зависимости объемной скорости фильтрации жидкости по пласту от перепада давления;
  
• 
  для определения толщины и местоположения поглощающих пластов, направления перетоков жидкости по стволу скважины и расхода жидкости.
  

Первая группа включает в себя такие приборы, как электрический уровнемер, предназначенный для определения уровня промывочной жидкости в скважине, манометры МГЭ-1, ГМИП-1 и МГГ-20 [4].

Во вторую группу входят расходомеры, индикаторы положения и толщины пласта ИМП-2 [4].

Есть две категории факторов, которые влияют на возникновение поглощений промывочной жидкости: геологические и технологические. К технологическим, среди прочих, относятся количество и качество промывочной жидкости. Под качеством бурового раствора понимаются такие его параметры, как плотность, вязкость и водоотдача [1].

Плотность – один из самых важных показателей бурового раствора, от которого напрямую зависит давление столба жидкости при бурении. Датчики плотности промывочной жидкости используются для контроля промывки и предотвращения осложнений. По методам измерения подразделяются на [5]:

• 
  гравитационные;
  
• 
  гидростатические;
  
• 
  поплавковые;
  
• 
  радиоактивные;
  
• 
  резонансные (вибрационные).
  

В гравитационном плотномере чувствительный элемент представляет собой камеру постоянного объема, через которую непрерывно протекает контролируемая жидкость. Приращение массы чувствительного элемента пропорционально изменению плотности [5].

В поплавковых плотномерах используют или плавающий поплавок постоянной массы, глубина погружения которого служит мерой плотности жидкости, или полностью погруженный поплавок, и тогда измеряют выталкивающую силу, пропорциональную плотности жидкости [5].

На практике довольно широко применяется радиоактивный метод определения плотности. Принцип действия основан на восприятии приемником гамма-лучей от радиоактивного источника, проходящих через контролируемую среду (промывочную жидкость). По интенсивности гамма-лучей определяется степень их поглощения и, соответственно, плотность контролируемой среды [5].

Один из важнейших параметров промывки скважины – расход бурового раствора. Контроль за ним на выкиде насосов (на входе в скважину) и на выходе из скважины позволяет определить ранние признаки возникновения нефтегазоводопроявлений или поглощений промывочной жидкости, их интенсивность. Для определения расхода промывочной жидкости используются соответствующие датчики двух основных типов [5]:

• 
  ультразвукового;
  
• 
  электромагнитного.
  

Датчики электропроводности бурового раствора используются с целью раннего обнаружения пластов-коллекторов. Это дает возможность предупреждать осложнения, которые происходят ввиду геологических особенностей разреза [5].

Помимо определения всех необходимых параметров, станция ГТИ выполняет функцию передачи информации территориально удаленным от буровой пользователям (заказчику). Использование станции ГТИ существенно снижает риски возникновения аварий и экономит значительную часть материальных ресурсов предприятия.

3. Последствия осложнений

Предотвращение и ликвидация осложнений – важнейшая составляющая бурения. Из одного осложнения зачастую может образоваться другое. Кроме того, каждое осложнение опасно последствиями, которое оно несет.

При обвалообразовании могут произойти [4]:

• 
  скачки давления на буровых насосах;
  
• 
  затяжки и посадки при движении бурильной колонны;
  
• 
  недохождение долота до забоя после его замены или наращивания;
  
• 
  прихват бурильной колонны осевшим шламом при недостаточной интенсивности промывки скважины или остановке циркуляции;
  
• 
  полное перекрытие кольцевого пространства;
  
• 
  кавернообразование.
  

Каверны, образующиеся при бурении, существенно осложняют процессы бурения [4]:

• 
  затрудняется вынос выбуренной породы на дневную поверхность, так как в интервале каверны падает скорость восходящего потока бурового раствора;
  
• 
  возможен слом бурильного инструмента при попадании в каверну наклонно-направленного ствола скважины;
  
• 
  большая кавернозность ствола скважины затрудняет точное определение объема кольцевого пространства и требует повышенного расхода тампонажного раствора.
  

Прихваты тоже несут негативные последствия. При желобообразовании возникает опасность попадания колонны бурильных труб в суженную часть выработки и возможность ее заклинивания, что создает аварийную ситуацию. При креплении скважины происходит неполное замещение бурового раствора в интервале желобной выработки тампонажным раствором, что снижает качество крепления. В желобных выработках падает скорость восходящего потока бурового раствора, вследствие чего уменьшается качество очистки ствола скважины. Наличие желобной выработки в интервале ствола скважины с большим зенитным углом может привести к зарезке второго ствола [4].

Поглощения могут привести к гидравлическому разрыву пласта, который появляется в связи с высоким давлением в скважине при спуске бурильной или обсадной колонны, вызове циркуляции, креплении обсадных колонн, перекрытии кольцевого пространства при наличии циркуляции сальником или шламом [4].

Заключение

Таким образом, борьба с осложнениями – это трудоемкий и затратный процесс. При нем уходит большое количество дорогостоящего времени работы буровой установки и буровой бригады. Кроме того, поставленные цели строительства скважины не могут быть достигнуты без полного устранения осложнений.

Одно осложнение может привести к другому, более серьезному осложнению, которое, в свою очередь, может перерасти в полноценную аварию на буровой. Авария может стать причиной не только серьезных потерь материальных и временных ресурсов, но и человеческих жертв.

Опираясь на приведенные выше доводы, можно сделать вывод, что предупреждению осложнений стоит уделять максимальное внимание. Современные буровые установки оснащены всем необходимым оборудованием и приборами для контроля параметров бурения, а потому требуется лишь ответственно подходить к вопросам соответствия всех показателей проектным. При этом дальнейшее развитие и модернизация контрольно-измерительных приборов остается актуальной областью деятельности в рамках совершенствования процесса бурения.

Список использованной литературы

1. Вадецкий Ю.В. Бурение нефтяных и газовых скважин: Учебник для нач. проф. образования / Юрий Вячеславович Вадецкий. – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 352 с.

2. Дмитриев А.Ю. Основы технологии бурения скважин: учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 216 с.

3. Яковлев И. Г. Предупреждение и ликвидация осложнений, аварий и брака при строительстве скважин: учебное пособие/ И. Г. Яковлев, В. П. Овчинников, А. Ф. Семененко, Т. М. Семененко. — Тюмень: ТюмГНГУ, 2014. — 156 с.

4. Предеин, А.П. Осложнения и аварии при строительстве нефтяных и газовых скважин: учеб. пособие / А.П. Предеин. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2014. – 381 с.

5. Геофизические исследования и работы в скважинах: в 7 т. Т. 7. Геолого-технологические исследования в скважинах / Сост.: С.Н. Шматченко. – Уфа: Информреклама, 2010. - 248 с., ил.

6. Бродов В.А., Шелковников И.Г., Егоров Э.К. Технологические измерения и автоматизация процесса бурения. – СПб., ВИТР, 2004.