книги / Предупреждение и борьба с авариями в бурении

сах нормальное, а глинистый раствор имеет соответствующие свой­ ства, вполне можно ожидать следующих трудностей в скважине: преобразования пробки в сальник; расширения сальника, но не удаленного полностью из скважины; высокой вязкости глинистого раствора под башмаком колонны; образования толстой корки в ин­ тервале песчаных пластов под башмаком колонны и т. д.

е) Кривые скважины. Трение бурильных труб о стенки обсадной колонны в процессе бурения ведет к их взаимному износу. Против этого износа от трения борются, оснащая бурильные трубы резино­ выми муфтами (протекторы Беттис). Этот способ малоэффективен в случае бурения в изогнутых стволах скважин, т. е. там, где боко­ вые давления достаточно велики для создания деформации резино­ вых муфт.

Скважины, в которых образуются желоба, порождают по обра­ зующей колонны за счет трения зону износа, постепенное углубле­ ние которой приводит к продольной трещине.

Возможны следующие последствия искривления ствола скважины для обсадных колонн: срезание колонны из резьбовых соединений и спиральная деформация, вызванная внутренними напряжениями, существующими в обсадных трубах.

Методы предотвращения: скоростное бурение и бурение турбин­ ным способом.

3. РЕМОНТНЫЕ РАБОТЫ

Восстановление срезанных или упавших в ствол скважин обсадных колонн

Прежде всего определяется глубина нахождения верхней муфты упавших в ствол скважины обсадных труб при помощи электри­ ческого каротажа (в свободном стволе скважины) или свинцовой печати, спускаемой на канате с раздвижной трубой (яссом). Затем на трубах опускается ниппель для восстановления непрерывности колонны, снабженный деревянным направлением, которое закреп­ ляется внутри ниппеля, или металлической воронкой, закрепляемой снаружи ниппеля. Эта мера предосторожности необходима для облегчения центрирования ниппеля в муфте обсадной трубы без повреждения резьбы. Колонна при воссоединении вращается цеп­ ными ключами от руки, причем внимательно следят за продвиже­ нием завинчивания по индикатору веса. Если операция завинчива­ ния прошла нормально, затягивают резьбу большими машинными ключами.

Проверка воссоединения колонны производится постепенным натяжением колонны до нормального веса с одновременным запу­ ском насосов для восстановления циркуляции раствора. После полу­ чения циркуляции раствора приступают к цементированию обсад­ ной колонны при условии, если уровень цемента будет поднят в коль­ цевом пространстве выше точки воссоединения.

221

Это наиболее простой случай ремонтных работ. Однако во многих случаях возникают еще и дополнительные осложнения. Рассмотрим следующий случай: упавшая колонна прихвачена в стволе скважины несколько выше забоя без потери циркуляции. Обычно считается, что прихват колонны представляет собой аварию, разрешимую за

6 час. маневрирования с натяжением 90 т и давлением циркуляции 25—30 от стали последовательно закачивать нефть, пока удель­ ный вес циркулирующей жидкости не достиг 0,9 г/см3.

После 36 час. с начала прихвата колонна была освобождена и извлечена из скважины на поверхность.

Падение тяжелой обсадной колонны в скважину может быть прямым последствием деформацию и даже смятие обсадных труб. После воссоединения колонны, даже в случае восстановления нор­ мальной циркуляции, необходимо перед цементированием прошаблонировать обсадные трубы.

Шаблон, спускаемый в обсадные трубы на буровом канате, может беспрепятственно идти вниз, а' при его подъеме происходит заклинивание, или же шаблон, будучи достаточно коротким, легче вписывается в кривые деформации обсадных труб, чем бурильная колонна.

Возьмем случай. Если колонна прихвачена и невозможно вос­ становить циркуляцию, в эксплуатационной колонне ставится цементное кольцо незначительной толщины (рис. 97). Между двумя перфорационными интервалами А —А фиксируется неразъемный пакер, изготовленный из легко разбуриваемого материала и под­ вешенный на бурильных трубах посредством разъемного приспосо­ бления.

Глинистый раствор закачивается через бурильные трубы и пакер до получения циркуляции в заколонном пространстве А —А без превышения давления сжатия обсадных труб.

Затем производят цементирование интервала А — А , отсоединяют бурильные трубы и, спустя некоторое время, необходимое для твер­ дения цемента, фрезеруют пакер. После этого для проверки герметич­ ности цементного кольца опрессовывают и перфорируют колонну в интервале продуктивного пласта S.

Кондуктор цементируют с внешней стороны с применением фонтанных 2—11/&" трубок, спущенных ниже точки воссоеди­

нения.

На одной из скважин после спуска обсадной 16" колонны на забой не смогли восстановить циркуляции. Благодаря ошибочному

222

После подъема обсадных труб, оставшихся подвешенными на крючке, спустили свинцовую печать. Получили отпечаток, показан­ ный на рис. 98.

Спустили обсадные трубы, имевшие в ниппеле закрепленное эксцентричное деревянное направление (рис. 99) для воссоединения.

поворота обсадных труб на 180° ниппель вошел в резьбу, затем ко-

лонна была завинчена. Цементирование производили через трубное пространство 16" колонны при помощи насосно-компрессорных 2" труб, которые были спущены на глубину 57 м.

Дальнейшее бурение продолжали без затруднений.

Выпрямление или ремонт обсадных колонн

На рис. 100 представлены типичные деформации обсадных ко­ лонн.

Установление типа деформации н ее точной глубины производится шаблоном. Для определения длины распространения деформации по глубине в колонну спускается на бурильных трубах самое боль­ шое долото (пикообразное), которое проходит колонну только в опре­ деленном положении. В интервале, в котором долото не может вра­ щаться, должна находиться деформированная часть колонны.

Если овальность обсадной колонны препятствует нормальной работе бурения или эксплуатации, пытаются восстановить перво­ начальную форму обсадной трубы при помощи оправки. Диаметр оправки на 2—3 мм больше минимального диаметра зоны оваль-

22а

ности. Оправку спускают в колонну на раздвижной трубе (яссе), посредством которой удары передаются обсадной колонне.

Операция выправления колонны производится последовательно, т. е. с применением оправки, диаметр которой постепенно возра­ стает.

Безопаснее применять ротационную вальцовку колонны враще­ нием, подобно вальцу, причем ротационная вальцовка имеет кон­ струкцию, во многом похожую на вальц.

Обсадная колонна, имеющая вмятины, может быть выпрямлена развальцовкой, а если вмятины более глубокие, то повреждение

Рис. 100. Типичные деформации обсадных колонн.

а— овальная колонна; б — колонка с вмятиной; в — смн- *’ тая колонна; г — разорванная обсадная колонна.

устраняется фрезерованием. Фрезерованная зона закрепляется ле­ тучкой отрезок обсадной трубы, которая цементируется.

Фрезерование на смятой или разорванной колонне приводит к образованию окна, через которое фреза выходит из колонны в по­ роду.

Кривизна обсадной колонны во всех упомянутых случаях за­ трудняет ремонт.

Фрезы

Фрезы применяются для частичного или полного удаления ме­ таллических выступающих частей или деталей в стволе скважины. Работа фрезой (фрезерование) состоит в разрушении металлического объекта и превращении его в стружку. Условия, которые приводят к фрезерованию:

искривление ствола скважины вблизи головки бурильных труб, оставшихся в необсаженном стволе скважины;

долота или инструменты, оставленные на забое; предметы или ручные инструменты, упавшие в ствол скважины; ликвидаци я аварий с обсадными колоннами;

бурение второго ствола из обсаженной части ствола через вы­ ходное окно в колонне.

Работы по фрезерованию на скважине идентичны с фрезерова­ нием в мастерских. Разница заключается только в размерах опера­ ции и относительной устойчивости рабочей поверхности фрезы. Работы по фрезерованию металла весьма трудоемки и малоэффек­ тивны с точки зрения получения высокого коэффициента полезного действия.

424

Поэтому предпочитают фрезерование определенных частей пред­

С этой точки зрения существует широкая возможность варьи­ рования формой фрезы.

Принципиальная конструкция фрезы показана на рис. 101. Корпус фрезы представляет собой массивную конструкцию, мини­ мальная высота которой равняется удвоенному диаметру фрезы.

здающееся во время фрезерования ядро, которым характеризуется работа приспособления, сопровождает работу фрезы с незначитель­ ным радиальным люфтом.

Нижнее сечение промывочного отверстия фрезы имеет расшире­ ние для предотвращения засорения промывочного канала. Когда фреза должна пройти по пути наименьшего сопротивления, промы­ вочные клапаны делаются боковыми.

Материал, из которого изготавливается фреза, представлен леги­ рованной сталыо (хром, никель) с незначительным содержанием угле­ рода. Фреза подвергается термообработке и возможной цементацпн.

Внешняя форма фрезы зависит от ее назначения:

а) фронтального действия: плоская (рис. 102,1), коническая

коническая (рис. 102, 5), цилиндрическая (рис. 102, 7) и цилиндри­ ческо-коническая (рис. 102, 6).

с) внутреннего воздействия: цилиндрическо-коническая (рис. 102, 8) и комбинированного воздействия (рис. 102, 9).

Фрезы старого типа изготовлялись с мелкими зубцами, которые нарезались на станках в мастерских, после чего их подвергали закалке; в настоящее время они практически изъяты из употребления по следующим причинам:

быстрый износ зубцов;

Рис. 102. Типы фрез.

быстрое забивание пространства мелкого шага между зубцами стружкой, сопровождающей процесс фрезерования.

Более совершенную конструкцию представляет американская фреза с ножами (Кинзбак) (рис. 102, 10). Эти ножи в форме пластин закрепляются запрессовкой в каналы, изготовленные в корпусе фрезы, и точечной электросваркой. Благодаря незначительному числу и более выпуклой форме пластин между ножами остается большое пространство для удаления стружки.

226

Этот тип фрезы более экономичный, так как их ремонт состоит в замене изношенных ножей.

Недостатки последней конструкции: ножи недостаточно устой­ чивы к износу и выпадают часто из гнезд в процессе работы, за­ трудняя фрезерование.

Тенденция современного фрезерования состоит в проведении операции за один единственный спуско-подъем, т. е. используя одну фрезу. В этом отношении нашли свое применение фрезы, у которых зубцы изготавливаются исключительно из твердых спла­ вов, причем армирование производится наплавкой. Твердый сплав состоит из кусков неправильной формы, углеродистого вольфрама, скрепленных между собой массой стали. Этот метод дает ряд пре­ имуществ: резко возрастает устойчивость к износу; значительно меньше число зубцов (8—10); возрастает интенсивность воздей­

в результате фрезерования, трудно удалимы вследствие их высокого удельного веса; единственная возможность удаления этих обломков заключается в промывке с большой производительностью. Можно бурить такой фрезой и в породе геологического разреза (для про­ верки) после прохождения препятствия (рис. 102, 11, 12).

Благодаря конструкции зубцов спиральной формы с левым на­ правлением достигается плавное фрезерование, без ударов и вы­ давливание стружки наружу (рис. 102, 13).

Искусственное искривление ствола через окно, прорезанное в обсадной колонне

Клинья (уипсток) для искривления изготавливаются из массив­ ной стальной болванки. Плоскость наклона 2°. Фрезеруется в форме «корыта», имеющей тот же радиус кривизны, что и соответствующая обсадная колонна.

Клин в своей нижней части имеет удлиненную форму в виде упора, составленного из отработанных бурильных труб. Бурильные трубы снабжены крыльями для последующего закрепления в цементе, а все соединения (резьбовые) завариваются.

Верхней своей частью клин посредством соединительной детали и крепежного винта, подлежащего срезанию, подвешивается к бу­ рильным трубам.

Между соединительной деталью и промывочным отверстием клина приваривается медная трубка (1—1V2" диаметром), как это по­ казано на рис. 103.

Приспособление вводится1 целиком в колонну на бурильных трубах и спускается в зону непосредственной близости от забоя (или искусственного забоя), где и производится цементирование. После окончания цементирования весь ансамбль «сажается» на забой,

1 Ориентированно или без ориентировки,

а колонна бурильных труб продолжает движение вниз для срезания крепежного винта и медной трубки.

Промывкой удаляются излишки цемента из колонны, а буриль­

рис. 105.

Создание бокового окна в колонне с предусмотренным с самого начала конечным диаметром за счет устранения первого этапа не дает положительных результатов вследствие того, что фреза имеет большую тенденцию к искривлению и быстро покидает клин, соз­ давая уступ (рис. 106). В секторе между клином и колонной нака­ пливаются стружки, образуя металлический мост, способствующий также тенденции к искривлению фрезы.

228

Смысл фрезерования малого окна заключается в уменьшении уступа и возможности удаления стружки.

Некоторые операторы все же добились с успехом устранения первого этапа, пробивая обсадную колонну в нижней части клина, с помощью взрыва удлиненной торпеды.

Пример. Кондуктор 12" (Европейский тип). Бурение продолжали долотом диаметром 270 мм до конечной глубины 1712 ж с использова­ нием глинистого раствора удельного веса 1,2—1,22 г/см3 в понте-

и1,35 г/см3 в миоцене. Противовыбросная установка состояла из: предохранительной задвижки 12" превентера;

1 — металлический мост; 2 — порог.

ниппеля с накидной пробкой — конусом для бурильных труб

4V*";

манифольда давления; предохранительного крана на рабочей трубе;

резерва тяжелого глинистого раствора около 50 т с удельным весом 1,5 г/см3.

Бурение скважины было практически закончено. Оставалось произвести электрический каротаж. За рабочую смену с 16 до 24 час. пробурили 8 м и 2 часа производили промывку забоя. Следую­ щая смена подняла долото на поверхность, а так как в последний момент отдали новое распоряжение на проведение электрического каротажа, то очередная вахта сменила буровой шланг, предполагая позднее спустить повое долото для поддержания в нормальном состоянии ствола скважины и глинистого раствора.

Однако через некоторое время заметили, что скважина проявляет и это проявление развивается очень быстро.

Закрыли предохранительную задвижку превентера н начали закачивать в скважину тяжелый глинистый раствор. Закачка утя-

229

желейного раствора производилась при давлении 20—25 от. После закачки около 5000 л глинистого раствора прорвало кондуктор и скважина быстро перешла наоткрытое фонтанирование в прием­ ные емкости на устье скважины. Открытое фонтанирование про­ должалось 25 мин., после чего прекратилось.

Констатировали следующее:

вокруг 12" колонны глубиной около 3 ж образовался кратер; прорыв колонны произошел где-то внизу, т. к. в пределах воз­ можных средств немедленного исследования колонна была в нор­

мальном состоянии; во время смены бурового шланга устье скважины оставалось

■без наблюдения, а проявление было замечено слишком поздно; глинистый раствор в приемных емкостях насосов имел удельный вес 1,2 г/сж3; такой удельный вес возможен только при добавлении к глинистому раствору значительного количества воды, вызван­ ного повреждением водяного вентиля на всасывающей линии насосов

в течение предыдущей ночи; прекращение открытого фонтана объясняется обвалом стенок

иобрушением ствола скважины, вполне возможное в понте. Устье скважины не контролировалось. Поэтому приготовили

глинистый раствор удельного веса 1,85 г!см3 в количестве 100 т, заполнили ствол скважины и приступили к спуску долота. Долото ■спускали до тех пор, пока оно не остановилось. При этом следили за замещением глинистого раствора, находящегося в стволе сква­ жины, на тяжелый глинистый раствор, приготовленный ранее.

Долото остановилось на глубине 62 ж. Затем долото было поднято и спущены бурильные трубы диаметром 4 V2" без долота до глубины 258 ж, где была произведена замена глинистого раствора.

В колонну были последовательно спущены шаблоны с различ­ ными диаметрами. Шаблон диаметром 160 мм прошел через повре- ?кденную зону, но был извлечен на поверхность с продольной цара­ пиной.

Тогда было принято следующее решение: выпрямить по мере возможности поврежденную часть кондуктора так, чтобы можно было спустить обсадную колонну с минимальным диаметром 8 V2" несколько ниже башмака 1 2 " колонны, затем очистить ствол сква­ жины до забоя, спустить и зацементировать эксплуатационную ко­ лонну (минимум 5 V2").

Попытка работы оправкой типа «груши» дала следующие ре­ зультаты: оправка диаметром 180 мм проходила поврежденную зону благодаря мощным ударам в раздвижной трубе, но при подъеме создавали натяжку инструмента, 10—25 делений по индикатору веса, на высоту около 3 ж независимо от времени работы; никаких

Сделали вывод, что вследствие внутренних напряжений порван­

330