книги / Предупреждение и ликвидация прихватов труб при бурении скважин

ку электросваркой приварены два симметрично расположенных кулачка 5 с зубчатыми элементами на боковой поверхности, входящие в зацепление с ответными зубчатыми элементами на корпусе 4, выполненными по спирали. К верхней и нижней ча­ стям кулачков приварены полукольца 6, предотвращающие вы­ падение из окон корпуса в случае разрушения устройства. Для предупреждения размыва корпуса и штока буровым раствором

ловильным инструментом устройство снабжено резьбами 3-147. Для обеспечения циркуляции и пропуска геофизических снаря­ дов через УЛП-190-1 шток выполнен полым. Полукольца 7 и

141

средственно корпусом по упору, выполненному на нижнем зам­ ковом соединении штанги.

УЛП-190-1 применяют для ликвидации прихватов вследст­ вие заклинивания элементов бурильной колонны в желобных выработках, посторонними предметами, в суженных участках ствола, при сальникообразованиях и расклинивании долот.

Порядок ликвидации прихвата с использованием УЛП-190-1 следующий.

Перед спуском УЛП в скважину проводят тщательную ре­ визию состояния всего бурового оборудования, вышки, крупных блоков, подкроноблочных и подроторных балок и КИП. Осо­ бое внимание обращают на центровку вышки относительно устья скважины, состояние зажимов стопорных устройств вкла­ дышей и клиньев ротора. Роторные клинья при проведении ра­ бот с УЛП должны быть надежно закреплены болтами. Для

После составления схемы аварийной компоновки, определе­ ния меры колонны бурильных труб и УБТ, располагаемых не­ посредственно над УЛП, ориентировочно устанавливают силу срабатывания устройства, определяемую с учетом категории прихвата, величины посадки (или затяжки), веса инструмента, а также сил сопротивления при движении инструмента в сква­ жине. Если при этом получили предел Прочности верхней части бурильных труб выше допустимого, необходимо заменить их более прочными или ограничить силу срабатывания.

Перед отсоединением свободной части бурильной колонны от прихваченной с помощью торпеды из детонирующих шнуров при циркуляции выравнивают показатели бурового раствора по всему объему, доводя их значения до рекомендованных гео­ лого-техническим нарядом. Если циркуляция отсутствует, то по­ казатели выравнивают после отсоединения бурильных труб при максимальном приближении «головы» оставшихся труб к верхней границе прихвата. При заклинивании колонны труб в желобных выработках во избежание потери «головы» прихва­ ченной части трубы отвинчивают на расстоянии 15—25 м от верхней границы желоба (для гарантированного соединения устройства с прихваченными трубами).

Перед спуском УЛП по данным бурения, профилеметрии, кавернометрии, стандартному каротажу и инклинометрии оце­ нивают состояние ствола скважины. При наличии сужений, ус­ тупов и других сопротивлений, способных воспрепятствовать спуску устройства до «головы» прихваченных труб, ствол сква­ жины прорабатывают при жесткости низа бурильной колон­ ны, соответствующей жесткости аварийной компоновки с УЛП-190-1.

142

Перед сборкой аварийной компоновки тщательно проверяют состояние устройства и наличие в нем свободного хода штока в осевом и радиальном направлениях. Зубчатые элементы кор­

трубы (УБТ) соответствующего диаметра длиной 60—70 м, цент­ ратор, бурильные трубы и ведущая (квадратная) штанга.

При спуске устройства в скважину первые 500—600 м бу­ рильных труб докрепляют машинными ключами УМК. Во избе­ жание удара корпусом вертлюга о стол ротора при создании ударной нагрузки вниз или подбрасывании роторных клиньев при нанесении удара вверх перед соединением УЛП с прихва­ ченными трубами меру инструмента подбирают так, чтобы дли­ на ведущей трубы (квадрата), находящейся ниже стола рото­ ра, составляла 1/3 длины.

По окончании спуска устройства до «головы» прихваченных труб скважину промывают и выравнивают показатели бурово­ го раствора, затем соединяют аварийную компоновку труб с прихваченной колонной, тщательно зафиксировав перед этим вес свободной части колонны по индикатору веса с учетом сил сопротивления при ее осевом перемещении в стволе скважины.

УЛП докрепляют не более чем на 4 оборота «отдачи» сто­ ла ротора, так как более высокие значения крутящего момента докрепления резко осложняют регулировку силы срабатывания устройства.

По окончании процесса докрепления циркуляция восстанав­ ливается, показатели бурового раствора выравниваются по все­ му циклу циркуляции. После этого приступают к ликвидации прихвата с помощью УЛП.

В зависимости от природы и характера прихвата определя­ ют направление ударов. В случае заклинивания колонны бу­ рильных труб при спуске удары направлены вверх, а в момент подъема — вниз.

Силу срабатывания устройства в начальный период опера­ ции по ликвидации прихвата принимают не более 25 тс. Впо­ следствии нагрузку наращивают на 10—12 тс через каждые 30—50 ударов. Конечное значение осевой нагрузки, принятое для срабатывания устройства, .ограничивается прочностной ха­ рактеристикой бурильных труб или самого УЛП, а также гру­ зоподъемностью бурового оборудования.

Силу удара, создаваемую при работе УЛП, регулируют с устья скважины проворачиванием колонны по часовой стрелке на расчетный угол, который фиксируют стопорными устройства­ ми ротора.

143

Угол закручивания (в градусах) колонны бурильных труб, необходимый для создания крутящего момента на корпусе уст­ ройства, должен соответствовать выбранному значению осевой силы:

ружный и внутренний диаметры бурильных труб, см.

Как показала практика применения УЛП, угол закручива­ ния, определенный по формуле (94), необходимо увеличивать, так как формула не учитывает влияния состояния ствола сква­ жины, кривизны и сил сопротивления при движении труб.

После фиксации этого угла стопорными устройствами рото­ ра осуществляется зарядка УЛП, которая в зависимости от приложенной *к бурильной колонне нагрузки (натяжение или разгрузка) выполняется обратным воздействием, т. е. при нали­ чии натяжения — плавной разгрузкой на 2—4 тс по отношению к собственному весу свободной части колонны труб, а при на­ личии разгрузки — плавным натяжением на 2—4 тс. Плавную разгрузку или натяжение проводят для того, чтобы можно было по внешним признакам обнаружить момент зарядки устройст­ ва, т. е. совмещение зубчатых элементов корпуса и штока. Этот

(при ударе вниз) осуществляют до осевой силы, фиксируемой индикатором веса. Натяжение проводят на самой малой скоро­ сти, допускаемой буровой установкой. Лебедку отключают от трансмиссии только после получения удара.

При соответствии силового режима работы с расчетными данными повторяют зарядку устройства в указанной последо­ вательности и получают следующий удар.

Если при созданной нагрузке устройство не срабатывает, уменьшают угол закручивания или увеличивают прилагаемую осевую нагрузку.

В случае, когда после 60—70 ударов при максимальном си­ ловом режиме работы устройства не обнаружено заметного сдвига прихваченных труб, устанавливают жидкостную ванну и через 5—6 ч продолжают ликвидацию прихвата с помощью устройства.

В случае внезапного освобождения прихваченных труб, характеризуемого резким перемещением колонны, перед ее подъемом из скважины проверяют состояние талевой системы и отсутствие соскока талевого каната с беговых дорожек ро­ ликов кронблока или талевого блока.

144

Если при работе снижается осевая сила срабатывания уст­ ройства, повысить которую не удается даже увеличением угла закручивания колонны, то аварийную компоновку труб отвин­ чивают и поднимают из скважины УЛП. Потеря чувствительно­ сти устройства к изменению сил срабатывания указывает на значительный износ его зубчатых элементов, что позволяет правильно определить момент прекращения работ и своевре­ менно поднять УЛП из скважины, не осложняя аварийной си­ туации.

В качестве примера рассмотрим порядок работы по ликви­ дации прихвата на скв. 1 Южно-Нефтянской объединения Краснодарнефтегаз, где УЛП-190-1 использовали в максималь­ но допустимом силовом режиме (рис. 20).

Интересно отметить, что расположение расширителей в представленной компоновке полностью совпадает с местом на­ хождения желобов и сужений ствола скважины (см. рис. 20).

При спуске данной компоновки произошла посадка долота в интервале 722 м, а при расхаживании бурильного инструмен­ та — затяжка верхнего расширителя в желобную выработку, которая не позволяла отвинтить бурильный инструмент с по­ мощью ТДШ ниже верхнего расширителя.

Установка двух нефтяных ванн и встряхивание бурильных труб с помощью ТДШ не освободили инструмент. Дальнейшие работы проводили с использованием УЛП-190-1. Осуществили 150 ударов при нагрузке срабатывания 70 тс сверх собствен­ ного веса, в результате чего, судя по дополнительной вытяжке бурильных труб на длину 400 мм, т. е. на длину перьев рас­ ширителя, выбили верхний расширитель из желоба.

Затем отвинтили бурильный инструмент ниже расширителя и подняли его из скважины.

Осмотр расширителя после подъема из скважины показал, что он освободился в результате разрушения стенок желоба и раскрепления при ударах от жесткой компоновки, оставшейся в скважине.

Анализ процесса ликвидации прихвата на этой скважине показал, что динамические силы, развиваемые с помощью УЛП, весьма велики и иногда достаточны даже для разрушения не­ больших уступов и сужений в интервале залегания пород сред­ ней твердости. Раскрепление расширителя от жесткой компо­ новки произошло потому, что конструкция расширителя была правого вращения и при ударах создавался раскрепляющий мо­ мент.

Вторичный спуск в скважину этого же УЛП, которым до­ полнительно произвели 20 ударов с максимальным силовым режимом, позволил ликвидировать сложную аварию.

Необходимо отметить, что после 15-го удара для зарядки устройства потребовалась значительная разгрузка колонны бурильных труб, а разрядка его произошла при нагрузке сра-

145.

0 ZtJ ko БОсм

Рис. 20. Кавернограмма ствола скв. 1 Южно-Нефтянская и компоновка при­ хваченного инструмента

146

Фатывания 30—35 тс сверх собственного веса, т. е. в 2 раза меньше, чем в предыдущей серии ударов. Увеличение угла за­ кручивания не позволило довести нагрузку срабатывания УЛП до первоначальной. При подъеме устройства из скважины вы­ яснили, что зубья плашек имеют значительную сработку, кото­ рая привела к нарушению сварных соединений плашек и штока и дальнейшая работа этим устройством могла вызвать ослож­ нение !аварийной ситуации.

Практика применения УЛП-190-1 показала, что силу уда­ ра на глубине до 2500—3000 м регулируют в соответствии с зависимостью (94), а на глубинах свыше 3000 м этого соответ­ ствия уже не наблюдается.

Например, после спуска УЛП-190-1 в скв. 100 Левкинская •объединения Краснодарнефтегаз на глубину 4891 м и выпол­ нения всех требований по зарядке и регулированию устройства все попытки произвести удар не дали положительного результа­ та. Предположение о недостаточной величине угла закручива­ ния колонны труб (крутящего момента), который не обеспечи­ вает требуемой зарядки устройства, проверили постепенным увеличением этого угла. Однако результатов не получили.

Положительного эффекта не достигли также и при проверке предположения о недостаточной осевой силе, необходимой для срабатывания устройства, которую осуществляли медленным сбрасыванием крутящего момента бурильных труб при макси­ мально возможном их натяжении (допускаемом характеристи­ ками .труб и оборудования).

Приведенные работы показали, что использование УЛП-190-1 на больших глубинах при небольшом запасе и диапазоне сил •натяжения колонны труб, необходимых для устойчивого сраба­ тывания УЛП-190-1, требует иного подхода к вопросу регули­ рования силы удара устройства.

С учетом особенностей применения УЛП на больших глуби­ нах, а также опыта, накопленного на предыдущих скважинах, на скв. 7 Лабинская объединения Кубаньгазпром ликвидирова­ ли прихват бурильной колонны, происшедший на глубине 495(1 м в результате заклинивания нижней части бурильного инструмента в процессе спуска его в скважину.

Компоновка спускаемого в скважину инструмента следую­ щая:

колонковое долото ИСМ 188/80; колонковый снаряд «Нед­ ра»; 146-мм УБТ длиной 180 м; бурильные трубы.

В момент расхаживания при максимально допустимых на­ грузках на трубы до 65 тс сверх собственного веса произошел слом бурильных труб по ниппелю замка на глубине 4440 м. После ликвидации аварии, связанной со сломом бурильной ко­ лонны, в скважине остались: колонковое долото ИСМ 188/80; колонковый снаряд «Недра»; 146-мм УБТ длиной 47 м.

147

Так как расхаживание не привело к освобождению остав­ шейся части колонны, спустили УЛП-190-1.

Аварийная компоновка, спускаемая в скважину для ликви­ дации прихвата, следующая: УЛП-190-1; 146-мм УБТ длиной 66 м; бурильные трубы.

Работу с УЛП проводили в такой последовательности. Тео­ ретически определяли величину угла, на который необходимо закрутить бурильные трубы, чтобы получить максимально воз­ можное для данной компоновки значение удара. По результа­ там расчета угол закручивания равен 4 оборотам ротора и обеспечивает срабатывание УЛП при нагрузке 47 тс сверх соб­ ственного веса (85 делений по показанию ГИВ-2, собственный вес используемой для аварийных работ компоновки — 68 де­ лений).

УЛП соединяли и докрепляли с прихваченной частью ко лонны бурильных труб не с максимально допустимыми крутя­ щими моментами, как на скв. 100 Левкинская, а с моментом,, получаемым при закручивании бурильных труб на расчетный угол, т. е. до 4 об отдачи стола ротора. После зарядки и натя­ жения до получения удара устройство сработало: первый раз — при 85 делениях по показанию ГИВ-2, а последующие два ра­ за — со значительно меньшими по величине силами, так как пружина, созданная на УЛП в процессе его докрепления к при­ хваченным трубам, при каждом ударе постепенно перемеща­ лась вверх, на что указывало вращение ротора против часовой стрелки.

В связи с невозможностью повторной зарядки устройства ввиду полной отдачи пружины бурильного инструмента колон­ ну труб вновь закрутили на 4 оборота и зафиксировали стол ротора специальными стопорными устройствами, затем продол­ жили работы с УЛП-190-1.

При таком режиме на прихваченную часть бурильной ко­ лонны было передано последовательно 10 ударных импульсов, после которых колонна освободилась. Сложную аварию ликви­ дировали всего за 46 ч.

формация кручения, которую необходимо учитывать при регу­ лировании силы срабатывания УЛП.

На практике работы по регулированию УЛП-190-1 в глубо­ ких скважинах ведут в определенной последовательности.

1. Теоретически определяют величину угла, на который не­ обходимо закрутить бурильные трубы, чтобы получить макси­ мально допустимую для них силу срабатывания устройства. Этот угол используют при докреплении соединения применяемой

148

для аварийных работ компоновки с прихваченной в скважине бурильной колонной.

2.После фиксирования стола ротора стопорными устрой­ ствами проводят пробный удар и по показателю индикатора веса определяют силу, при которой срабатывает УЛП.

3.Если сила срабатывания значительно меньше ранее вы­ бранной, необходимо дополнительно закрутить бурильные тру­ бы на 0,5 оборота ротора и, зафиксировав его, произвести по­ вторный удар. Силы срабатывания УЛП-190-1 доводят до за­ данного значения повторением названных работ.

После ликвидации прихвата с помощью устройства колонну поднимают на величину квадратной штанги, восстанавливают циркуляцию, скважину промывают в течение одного-двух цик­ лов, а затем поднимают на поверхность трубы. При раскрепле­ нии труб во время подъема пользоваться ротором не рекомен­ дуется.

При безрезультатности ликвидации прихвата устройство от­ винчивают в безопасном переводнике при натяжении колонны на расчетную величину или с помощью торпеды из детонирую­ щего шнура (в случае отсутствия переводника).

После подъема аварийной компоновки из скважины прове­ ряют ротор и его запорные механизмы, лебедку, вышку и ее основание, талевую систему, машинные ключи. Замеченные не­ исправности устраняют.

Трубы, находящиеся на расстоянии не менее 500 м над УЛП-190-1 при ликвидации аварии, подвергаются дефектоско­ пии. Неисправные трубы заменяют.

Дальнейшие работы по скважине ведут в соответствии с дополнительным планом или программой, указанной в геолого­ техническом наряде.

Устройство УЛП-190-1 отличается от других механических устройств ударного действия простотой конструкции, возмож­ ностью создания мощных ударов, значительно превышающих те, которые можно создать другими устройствами, в направлениях вверх или вниз, наружным расположением рабочих органов, позволяющим оценить их состояние в процессе эксплуатации.

В Армавирском УБР объединения Кубаньгазпром и Запад­ но-Грузинском УРБ нашло применение ударное устройство, со­ стоящее из корпуса 1, штока 2 и ограничительной втулки 3 с квадратным отверстием, соединяющейся с корпусом резьбой и расположенной в его нижней части (рис. 21). Для предупреж­ дения размыва корпуса и штока промывочной жидкостью шток в верхней своей части имеет уплотнительные манжеты, а уст­ ройство (для обеспечения циркуляции и пропуска торпеды) — сквозной канал. Шток в своей средней части имеет квадратное сечение (соответствующее сечению отверстия ограничитель­ ной втулки) с цилиндрической проточкой посередине.

149

Рис. 21. Схема устройства ударного действия:

1 — корпус; 2 — шток; 3 — ограничительная втулка

Высота сечений позволяет устройству при его разрядке передвигаться вверх или вниз на. 150 мм.

Устройство спускают и закрепляют так же, как и УЛП. Силу удара регулируют натяжением или разгрузкой бурильной колонны. Устройство» после спуска в скважину и соединения с прихва­ ченным бурильным инструментом заряжают следующим образом.

Колонну бурильных труб с помощью ротора закручивают до 1 об, затем разгружают инст­ румент с одновременной попыткой провернуть его ротором. Как только ограничительная втул­ ка корпуса окажется в зоне цилиндрической

проточки, разделяющей квадратные сечения штока, колонна бурильных труб будет свободно проворачиваться без набора пружины. Затем следует натяжка бурильной колонны. Отсутст­ вие при этом свободного хода устройства указывает на то, что» квадратное сечение втулки не совпало с квадратным сечением штока и устройство готово для следующих операций, обеспе­ чивающих срабатывание. В зависимости от направления удара натяжение или разгрузку бурильной колонны ведут до величи­ ны, необходимой для получения удара определенной силы, после чего бурильную колонну при помощи ротора проворачи­ вают. В момент, когда квадратное отверстие ограничительной втулки корпуса совпадает с квадратным сечением штока, кор­ пус под действием силы натяжения или разгрузки мгновенноперемещается до упора, в результате чего происходит удар, который передается прихваченной части труб.

Главный недостаток этого устройства — малая опорная по­ верхность рабочих элементов, быстро выводящая их из строя. Размещение ударных поверхностей, работающих при ударе вверх, внутри устройства не позволяет после проведения ава­ рийных работ визуально определять их состояние, т. е. без раз­ работки устройства выявить его дальнейшую работоспособ­ ность.

Технологический недостаток — вращение бурильных труб при зарядке устройства в определенном положении (в зоне ци­ линдрической проточки штока), что не всегда осуществимо на больших глубинах.

150