книги / Предупреждение и борьба с авариями в бурении

А в а р и я . Скважину через 5-мм штуцер пустили в работу. После выноса глинистого раствора максимальное давление, зареги­ стрированное в закрытой скважине, было равно 92 am.

При работе через 6-лш штуцер был замерен дебит газа. Он ока­ зался равным 25 тыс. нм3!сутки, а содержание газолина около 44 г/м 3.

Рпс. 38. Каротажная диаграмма.

В дальнейшем в скважине постепенно уменьшалось давление, что подтверждает предположение о наличии коллектора низкой проницаемости.

После подготовки скважины к закачке глинистого раствора сни­ зили динамическое давление до 20 am. Затем сразу же закачали гли­ нистый раствор удельного веса 1,5 г!см3.

В этот момент возникло непредвиденное явление, которое неожи­ данно осложнило состояние скважины. Все поверхностное оборудо-

121

вание на устье скважины (предохранительная задвижка, фонтан­ ная арматура) подверглось внезапно мощному удару, вследствие чего манометры, рассчитанные на 200 am, были разбиты. Все про­ кладки задвижек фонтанной арматуры были разорваны или выбро­ шены, а кассета штуцера из стального литья разбита. Газ фонтани­ ровал во все стороны с большой силой и вполне возможно, что только

странства между фланцами корпусов задвижек свинцовыми пластин­ ками, прижатыми опорным винтом шарнира и стальными клиньями.

После установки этих приспособлений положение не улучшилось, так как газ стал проходить в болтовом соединении. Когда же и это место утечки было герметизировано медными шайбами и конусными гайками, газ стал проходить снова в месте свинцовой изоляции.

Позднее задвижка покрылась полностью толстым слоем льда, а пропуски газа становились все больше. Это указывало на увеличе­ ние проходного сечения для выхода газа. После долгих обсуждений решили полностью закрыть пространство между фланцами и свинцо­ вой прокладкой (рис. 39) уплотняющим материалом.

Изготовили в мастерской два болта, по одному на каждую крышку, с просверленным в них осевым отверстием, через которое можно было сообщаться с пространством между фланцами. Каждый болт

122

был снабжен специальной накидной гайкой с присоединенным Vs" отводом, через который можно было качать уплотняющий материал. Для закачки была использована цилиндровая втулка глубин­ ного насоса (7" X 2"), поршень которой приводился в движение гидравлическим насосом высокого давления. Втулка глубинного насоса была заполнена пастой, состоящей из смеси: толченой коно­ пли, свинцовой стружки, свинцового сурика, льняной олифы. Сна­ чала проводили герметизацию фланцев малой крышки; за 30 мин. крышка была полностью герметизирована. Затем повторили ту же операцию для большой крышки и все пропуски газа в 8" вентиле были ликвидированы.

Газ, проходивший между плашками 8" задвижки, отводился за весь этот промежуток времени непосредственно в сепаратор. Корен­ ная задвижка фонтанной арматуры была теперь в хорошем состоянии, но ее решили не закрывать во избежание увеличения нагрузки вслед­ ствие возрастания давления. Все же пытались закрыть задвижку и поднять давление до 80 am. Нарушения герметизации не наблю­ дали. Однако было установлено, что разрядка скважины про­ исходит почти мгновенно, что указывало на продолжение труд­ ностей.

Затем смонтировали лубрикатор емкостью около 350 л. Начали лубрикацшо скважины водой, но быстро заметили, что скважина не принимает жидкости. Это указывало на присутствие пробки (возможно гидратной) в b3/i" колонне непосредственно под 8" задвижкой.

Далее перешли к промывке гидратной пробки. Для этой операции использовали установку Скиел, которая состоит из овальной и эла­ стичной стальной трубы, имеющей максимальный диаметр 3U ", которая наматывается на барабан. Эта труба перекидывается через ролик кронблока, как и обычный канат.

Установка Скиел состоит из следующих узлов: барабана с диа­ метром 3,88 м, он разделяется на два блока: на один блок наматы­

Бал барабана просверлен и к нему крепится через герметизацпонное приспособление конец овальной трубы. К другому концу вала присоединяют насос. В таком виде можно обеспечить по овальной трубе непрерывную циркуляцию жидкости независимо от того, находится ли барабан в движении или остановлен.

Вал барабана опирается на два колеса диаметром 4,5 м каждое, при помощи которых он перемещается. В стационарном положении колеса крепятся колодками и растяжками.

Барабан снабжен кожухом и приспособлением для торможения при спуске трубок.

Для спуска трубок в ствол скважины в установке предусмотрен неподвижный блок с диаметром около 3,6 л», изготовленный из двух разъемных частей для облегчения перевозки.

123

Этот блок с помощью хомутов подвешивается к траверсе, которая крепится в свою очередь в буровой вышке на высоте предохрани­ тельной трубы, применяемой при свабировании скважины. Оваль­ ная труба на внешнем конце (который вводится в ствол скважины) имеет утяжеленный мундштук с обратным клапаном для предотвра­ щения обратного тока жидкости из скважины в случае поломки насоса.

Спуск трубок в ствол скважины до момента, пока они не достиг­ нут достаточного веса, производится под нагрузкой при помощи приспособления, состоящего из роликов (валиков), приводимых в действие вручную посредством двух рукояток, смонтированных поверх предохранительной трубы. Все это приспособление имеет герметизацию на овальной трубе для предотвращения про­ пусков.

После монтажа установки включили паровые подогреватели на нагнетательной линии насоса. Воду подогрели до 60° С и начали закачивать ее в скважину. В течение дня, пока закачивали теплую воду, продвижение трубок было незначительным, а утром (после остановки на ночь) обнаружили пробку на несколько метров ниже, чем это было раньше. Попробовали продолжать циркуляцию теплой воды и ночью, но не получили улучшения в продвижении трубок. Объяснили это явление следующим образом. Бели таяние гидратов происходило только фронтально, продвижение было бы постоянным в течение дня. В действительности же обсадная колонна была пло­ хим проводником тепла, поэтому таяние гидратного блока происхо­ дило и в поперечном направлении. Отсюда продвижение трубок про­ исходило скачкообразно.

Так достигли глубины 68 м, где закончилась гидратная пробка. Между тем в скважину закачали значительное количество воды (за все время промывки циркуляция воды производилась через штуцер при противодавлении 70 am) и давление упало до 40 am. Поэтому приступили к непосредственной закачке воды в скважину, произ­ водя иногда стравливание газа, собиравшегося в верхней части колонны.

Опустили овальную трубу на глубину 900 м, произвели цирку­ ляцию водой и подняли ее на поверхность. Ниже невозможно было ее спустить потому, что ствол скважины был, по-видимому, до неко­ торой степени забит пробкой. Циркуляция через овальную трубу производилась с большим трудом возможно вследствие образования пробки. Скважина все еще не была задавлена и выбрасывала газ и воду. Тогда попробовали лубрицировать скважину утяжеленным глинистым раствором плотностью 1,5 г/см3, но обмен жидкостей происходил очень медленно. Впоследствии воспользовались момен­ том, когда скважина успокоилась, быстро сменили 8" задвижку, спустили 600 м фонтанных 2" трубок, заменили воду глинистым раствором удельного веса 1,5 г!см3 и скважину окончательно зада­ вили.

124

3. ОТКРЫТОЕ ФОНТАНИРОВАНИЕ

Определение

Скважина переходит в открытое фонтанирование, когда давление вскрытого пласта (пластов) не может более контролироваться. С технической стороны открытое фонтанирование представляет са­ мую тяжелую аварию, возможную в период бурения или эксплуа­ тации.

Открытое фонтанирование является следствием проявления пла­ стового давления в скважине, где противовыброспая система не функ­ ционировала нормально. Случаи открытого фонтанирования редки. Однако, учитывая их последствия, необходимо исключить при буре­ нии все случайности, вызывающие открытое фонтанирование.

Классификация причин открытого фонтанирования

1. Фактор пеожпдапиостп

Неожиданное вскрытие пласта с давлением, намного большим ожидаемого. Развитие фонтанного проявления происходит очень быстро и не остается достаточно времени для закрытия протпвовыбросного приспособления или же оно выходит из строя.

Возможно, что противовыброспая система даже сработала во время, но фонтанирование развивается дальше за стенками обсад­ ной колонны вследствие некачественного цементирования пли уменьшения прочности изношенной колонны в результате трения бурильных труб. Такое фонтанирование порождает кратер, угро­ жающий устойчивости всей буровой установки и затрудняющей спасательные работы.

Открытое фонтанирование может быть перехвачено высоко про­ ницаемыми пластами, залегающими под башмаком обсадной колонны, и направлено через зоны малого сопротивления на поверхность, иногда на огромные расстояния от источника, образуя одпн или не­ сколько грифонов.

Неожиданно возникшие уходы глинистого раствора вызывают открытое фонтанирование пластов высокого давления, залегающих выше зоны поглощения.

Вынос песка на фонтанирующих каптированных скважинах ос­ ложняет работу задвижек. Песок, выносимый фонтаном, разру­ шает основные узлы фонтанной арматуры и приводит к открытому фонтанированию.

2. Дефекты в оборудовании скважппы

Недостаточная герметичность противовыбросных приспособле­ ний или фонтанной арматуры, а также негерметичность резиновых прокладок превентера приводит к их выходу из строя, особенно при наличии газа.

125

Негерметичность резьбовых соединений способствует разъеди­ нению их от просачивания глинистого раствора под давлением. Поэтому предпочитают соединения, выполненные на фланцах. Свя­ зующие детали (переходники, колена и т. д.) должны иметь массив­ ную конструкцию, например кованую; стальные отливки содержат иногда дефекты, которые не легко обнаружить. Аналогичные усло­ вия должны выполняться для всех применяемых задвижек.

Обсадные колонны ведут себя в процессе эксплуатации, как сосуды под давлением. Поэтому каждая колонна должна быть обес­ печена двумя манометрами или контрольными вентилями. Вследст­ вие негерметичности резьб происходит накопление давления между колоннами, которые следует строго контролировать для предупрежде­ ния разрушения или возникновения тяжелых осложнений.

3. Скрытые пли выявленные в последний момент дефекты

Изгиб рабочей трубы, вызывающий при вращении ротора дефор­ мацию кромок кассеты нревентера и препятствующий работе пла­ шек.

Прогрессирующий износ переходной катушки между превентером и обсадной колонной.

Износ прокладок герметизации вертлюга.

Поломка водяного вентиля на всасывающих линиях насоса и т. д.

4. Небрежность в работе

Отсутствие контроля за уровнем глинистого раствора в прием­ ных емкостях насоса или за удельным весом глинистого раствора.

Частое разбавление глинистого раствора водой с отклонением удельного веса от заданного.

Отсутствие периодического контроля за противовыбросной си­ стемой и всех ее узлов.

Проведение перфорации на эксплуатационных скважинах без соответствующих противовыбросных приспособлений.

Демонтаж буровой установки без принятия мер предосторожности по отношению к фонтанной арматуре, предотвращение ударов, возникающих при падении деталей или оборудования.

Подъем колонны бурильных труб из скважины без заполнения ствола жидкостью. Отсутствие резиновых протекторов на рабочей трубе или бурильных трубах.

5. Предотвращение открытых фонтанов

Выполнение всех отмеченных дефектов и технических условий необходимо, но недостаточно.

Встречаются и незначительные причины, связанные с техниче­ ской характеристикой применяемого оборудования в отношении его назначения, изготовления и использования, а также с недоста­ точным знанием детальных особенностей района, в котором ведется бурение, со степенью квалификации буровых бригад.

126

Поэтому, как только на скважине обнаружатся дефекты, в слу­ чае ли фонтанных проявлений или во время проверки скважины, следует немедленно изучить причины их возникновения и изыскать способы их устранения.

Дефекты должны устраняться в наиболее короткое время. Это распространяется на все скважины в бурении, как немедленное, обязательное и постоянно действующее мероприятие.

Комплекс противовыбросных механизмов, проверенных и при­ способленных к условиям работы, существующим в районе, распро­ страняется на остальные скважины. Не рекомендуется, чтобы в си­ стеме одного и того же бурового предприятия существовали различ­ ные модели превентеров с разными рабочими характеристиками и не разрешается пи в коем случае упрощение типизированных уста­ новок.

Должна быть обеспечена взаимозаменяемость деталей противо­ выбросных установок или фонтанных арматур. Можно предотвра­ тить возникновение тяжелых осложнений при условии получения запасных деталей за очень короткое время.

Одна скважина по окончании бурения была пущена в эксплуа­ тацию фонтанным способом через 6-лш штуцер, имея давление на буфере фонтанных трубок 120 am и в колонной головке 180 am. По истечении некоторого времени в потоке жидкости появился песок» Решили уменьшить диаметр штуцера, для чего попробовали за­ крыть первую задвижку на нижней струне фонтанной арматуры. Закрыть ее не удалось, так как задвижка была повреждена. Закрыли вторую задвижку на струне. Она также не была герметичной, затем закрыли последовательно две коренные задвижки, использовав тем

самым все средства закрытия скважины.

Решили добавить третью задвижку на горизонтальной струне» Когда начали демонтаж удерживающего штуцер устройства, заме­ тили, что массивный переходник, связывающий штуцер с первой зад­ вижкой на струне, проеден песком. Отверстие увеличивалось очень быстро вследствие абразивного действия песка.

Демонтировали удерживающее устройство вместе с первой за­ движкой, заменили их новым комплексом п только тогда смогли закрыть скважину.

Работы были затруднены вследствие темноты и по причине того, что скважина давала нефть и газ. Для обеспечения видимости па рабочем месте использовали автомобильные фары машины, распо­ ложенной на расстоянии 25 м от скважины.

Замену произвели очень быстро, так как узлы фонтанной арма­ туры были соединены между собой фланцами.

Другие мероприятия по предотвращению открытых фонтанов

Дублирование основных элементов противовыбросной системы: а) кассета закрытия па бурильных трубах удваивается за счет применения крестовины с накидным конусом пробкой Баш-Росс;

б) на отводе устанавливают два вентиля;

127

в) на манпфольде давления превентера устанавливают два главных вентиля;

г) линия заполнения ствола скважины также должна иметь два вентиля;

д) предохранительный кран рабочей трубы дублируется венти­ лем на горловине вертлюга;

е) фонтанная арматура должна иметь две коренные задвижки. Фонтанная арматура во время демонтажа буровой установки должна быть защищена. Для этого оставляется на месте ротор и вся цлощадь буровой покрывается настилом из бревен и вокруг сква­ жины строится защита поверх фонтанной арматуры при использова­

нии бурильных труб и лишних обсадных труб.

При вводе скважины высокого давления в эксплуатацию перед освоением ее оттаскивается на некоторое расстояние вышка со всеми внутренними установками, а затем только скважина осваивается.

Временно в рабочем состоянии сохраняются буровые насосы, необходимый объем глинистого раствора и нагнетательная линия к скважине для немедленной задавки скважины в случае возник­ новения осложнений.

Опробование противовыбросной установки перед монтажом на •скважине производится в мастерских на указанное в паспорте да­

браций представляет в то же время дополнительное сопротивление •срезу. Известен случай, когда сила фонтана срезала нижнюю катушку превентера резьбового соединения 143 4" колонны. Поэтому воз­ никла необходимость в установке вертикальных растяжек, связан­ ных с колонной двумя шарнирными хомутами.

Для предотвращения выброса бурильных труб из скважины в процессе фонтанного проявления приступают к немедленному их креплению с металлическим основанием вышки или с обсадной ко­ лонной, если считают, что их собственный вес не может противо­ стоять максимальному давлению, создаваемому фонтанирующим пластом. Это относится к проявлениям, возникающим во время •спуска или подъема бурильного инструмента.

Борьба с открытыми фонтанами

1. Для предотвращения пожара необходимо принимать энергич­ ные меры, проверенные на практике и состоящие из: ликвидации открытого огня по всей зоне, считаемой опасной; эвакуации мест­ ных жителей из опасной зоны; организации строгого наблюдения за распространением пожара; концентрации всех возможных средств для борьбы с пожаром.

2. Составление плана работы по ликвидации открытого фон­ тана производится на собрании опытного технического персонала.

В плане в основном должно учитываться проведение работ по ликвидации аварии в возможно короткий срок.

128

Открытый фонтан, особенно если поток жидкости несет с собой песок, быстро разрушает поверхностные установки (вышки, превентер, устьевое оборудование колонны). С течением времени при­ нятый первоначальный план становится позднее неприемлемым. Поэтому, помимо быстроты выполнения аварийных работ, необхо­ димо предусмотреть дальнейшее развитие событий. Вместе с тяже­ лыми условиями работы по закрытию фонтана необходимо предусмат­ ривать, чтобы была обеспечена максимальная безопасность для чле­ нов аварийной бригады.

Бригада, выполняющая работы по закрытию фонтана, должна состоять из опытных рабочих и техников, высоко сознательных и дисциплинированиых.

Необходимо предусмотреть также обеспечение рабочего места всеми материалами, приспособлениями и агрегатами.

3. Руководство аварийными работами следует возложить на наи­ более компетентного специалиста, отвечающего за организацию и эффективное проведение плана.

Во время проведения работ связь с членами бригады пли между ними осуществляется с большим трудом по причине сильного шума, который создается фонтанирующей в открытую скважиной. Поэтому в основном проводят раздельный инструктаж с каждым челове­ ком в отдельности, касаясь той части работы, которую он должен выполнять наиболее правильно.

После такого инструктажа организуется совместная тренировка. Работают только при дневном свете.

4. Инструменты и приспособления. Одна из трудностей, с которой сталкиваются обычно на практике, состоит в потере времени на при­ обретение или изготовление в мастерской различных инструментов и приспособлений, необходимых для закрытия скважины.

Частичное разрешение этой проблемы состоит в предвидении возможных аварий и доставке на скважину отдельных запасных деталей для фонтанной арматуры, и в первую очередь коренную за­ движку превеитера (накидной конус-пробку и л и даже целиком весь элемент), буферы для герметизации и т. д.

Внимательное изучение происшедших аварий позволяет выявить со временем причины поломок каждого типа установки. Можно сконструировать и изготовить заранее необходимые приспособления для предотвращения фонтана в случае поломки устьевого оборудо­ вания.

Для немедленного устранения последствий потери герметичности накидного конуса на скважине, находящейся под давлением, суще­ ствуют следующие мероприятия.

Если муфта бурильной трубы опирается на дефектный, конус, отвинчивают находящуюся сверху бурильную трубу, снимают за­ порную гайку конуса и навинчивают вместо нее массивный переход­ ник, снабженный задвижкой (рис. 40).

Если муфта бурильных труб находится выше накидного конуса или бурильная труба не может быть удалена по какой-либо

причине, то вместо гайки конуса монтируется вторая крестовина» состоящая из двух частей, в которую вставляется второй накидной конус.

Открытый фонтан по обсадной колонне в отсутствие другого при­ способления можно закрыть пакером. На рис. 41 приведена схема

моста (фуникулера), состоящего из бурового каната, концы которого закреплены и расположены на необходимой высоте; тяжелого при­ способления, смонтированного на металлических санях, которые перемещаются горизонтально при помощи трактора; грузоподъемной установки гидравлического действия (рис. 45).

130