книги / Предупреждение и борьба с авариями в бурении

Образованию такого неправильного сечения скважины способ­ ствуют в большой степени прочные компактные мергели, формирую­ щие пласты достаточной мощности в поитическом ярусе, гельветском ярусе среднего миоцена, эоцене и т. д.

Механическое воздействие специальных бурильных замков па стенки скважины при бурении в твердых породах является более

давление на стенки определяется весом колонны бурильных труб, утяжеленного низа и лишь в незначительной степени нагрузкой на долото.

В искривленной скважине это давление увеличивается пропор­ ционально длине колонны бурильных труб. Поэтому образование желоба в скважине происходит сверху вниз и в большинстве случаев сразу же после башмака кондуктора.

Продолжительное бурение скважины сопровождается длительным воздействием колонны бурильных труб на стенки скважины. Враще­

21

ние колонны и спуско-подъемные операции приводят к значительному углублению желоба. На рис. 6 это явление показано по данным неод­ нократных замеров кривизны скважины. Нетрудно было заметить, что максимальная глубина желоба достигает 6 м, а его протяжен­ ность — свыше 600 м. Образованию такого большого желоба способ­ ствовали следующие причины: формация — эоцен; отклонение сква­ жины — неправильное, максимальная кривизна 14°; продолжитель­ ность бурения до глубины около 1000 м — 190 дней.

Если продолжительность бурения была очень велика, то образо­ вание желобов в стволах скважин наблюдалось даже в тех случаях, когда кривизна ствола составляла всего лишь 2°.

Желоб образуется в основном при заклинивании колонны буриль­ ных труб во время их подъема на большом расстоянии от забоя скважины. Первое заклинивание происходит случайно и не редки случаи, когда в результате большой скорости подъема колонны и недостаточного внимания к показаниям индикатора веса происходит разрыв колонны или срез резьбового соединения бурильных труб.

Эта авария действительно имеет чисто случайный характер, так как при извлечении сломанной бурильной колонны из скважины сечение ловильного инструмента (долота, утяжеленных труб, фрез, овершотов), диаметр которого больше диаметра бурильного инстру­ мента даже в месте замкового соединения свечей, может оказаться больше проходного сечения желоба, и поэтому он может быть прихва­ ченным в любой момент.

В определенных условиях через желоб проходит пикообразное долото. Однако проворачивать его невозможно.

Любые попытки извлечь заклинившуюся бурильную колонну в таких случаях натяжением вверх не приводят к положительным результатам. Промывка скважины нефтью также ничего не дает. Колонна легко освобождается ударами вниз. При этом отмечается почти во всех случаях отсутствие обвалообразования, циркуляция промывочной жидкости осуществляется нормально, а колонна легко спускается вплоть до забоя.

Впоследствии заклинивание бурильных труб происходит чаще. После каждого высвобождения колонна не извлекается уже так сво­ бодно, поэтому необходимы частые смены положения бурильного инструмента или обратные проработки ствола скважины.

Наличие в стволе скважины желоба приводит неизбежно к тяже­ лым осложнениям в процессе бурения. Уже указывалось на опас­ ность разрыва колонны бурильных труб при подъеме из скважины в случае отсутствия должного внимания к показаниям индикатора веса. Если часть бурильной колонны, оставшейся после разрыва,

вильный инструмент, при помощи которого извлекают колонну бурильных труб, может быть прихвачен. Если же после разрыва оставшаяся часть колонны осталась на месте, а верхняя часть ее

22

скрыта в желобе, обнаружить колонну бурильных труб и вывести ее непосредственно в ствол скважины в большинстве случаев невозможно.

Удары колонной вниз и обратная проработка приводят к ненор­ мальным нагрузкам на шарошечные долота, а подчас к их обрыву, причем ловильные работы сопряжены со значительными трудностями вследствие уже указанных причин.

Поэтому во избежание известных осложнений необходимо опре­ делять наличие желоба в скважине до тех пор, пока не произойдет первый прихват бурильного инструмента. О наличии желоба в сква­

сечение кольцевого пространства в отверстии желоба остается отно­ сительно малым, что обусловливает большую скорость восходящего потока глинистого раствора. Эта повышенная скорость вместе с меха­ ническим воздействием, которое производится бурильной колонной, создают благоприятные условия для циркуляции именно в этом месте, т. е. в желобе (рис. 8).

Как только в скважине образуется желоб, необходимо приступить к его разрушению, применяя для этого один или несколько специаль­ ных расширителей, которые монтируются на бурильной колонне. Расширители устанавливают на расстоянии не менее 200 .м от долота, чтобы обеспечить необходимое боковое давление во время проработки опасного участка скважины. Заменять расширители необходимо

23

часто, так как они интенсивно изнашиваются. По той же самой причине целесообразно применять конструкцию расширителя с боль­ шим числом хорошо армированных продольных шлицов (фреза Аликина). Затяжка бурильного инструмента после завинчивания дол­ жна выполняться особенно тщательно, так как инерция подвешенной колонны может вызывать развинчивание во время вращения.

Применение утяжеленных труб, диаметр которых равен диаметру специальных соединительных муфт, не исключает заклинивания долота. Спуск обсадной колонны с целью перекрытия желоба в сква­ жине не устраняет полностью опасности, так как бурильная колонна стремится пробить ее по образующей, а иногда ломает и башмак обсадной колонны.

Для исключения возможности образования в стволе желоба необходимо соблюдать с самого начала бурения абсолютную вер­ тикальность квадратной штанги. Для этого нужно следующее: центрировать кронблок и стол ротора относительно ствола скважины; уравновешивать буровой шланг, который собственным весом может вызвать искривление от 1 до 3°; снижать центр тяжести при исполь­ зовании коротких (2—3 м) утяжеленных труб; применять специаль­ ные приспособления для центрирования рабочей трубы (квадрата), так как невозможно создать первоначально режим бурения, обеспе­ чивающий в одно и то же время осевую нагрузку на долото и растя­ жение в бурильном инструменте.

При углублении скважины добавляют утяжеленные бурильные трубы вплоть до достижения необходимой длины, предусматриваемой в геолого-техническом наряде. В этот период времени применяют облегченный режим (незначительную осевую нагрузку, большое число оборотов ротора и высокую производительность насосов). Там, где проходимые долотом породы позволяют получать малую скорость проходки, рекомендуется до глубины 600—800 м приме­ нять утяжеленные бурильные трубы максимального диаметра.

Частые замеры дают возможность принимать предупредительные меры. Тенденция к увеличению искривления может быть устранена применением вышеупомянутого режима бурения.

Г л а в а II

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ БУРЕНИЯ

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

При бурении приходится вскрывать за очень редким исключением породы осадочного происхождения. Эти породы образовались в ре­ зультате отложения различных материалов, преимущественно в мор­ ских условиях. Физическая характеристика этих отложений меня­ лась постепенно под влиянием различных химических преобразова­

24

ний, гидратации, последовательного уплотнения, сцемеитирования и т. д.

Первоначально отложение осадочных пород происходило в усло­ виях параллельного и даже горизонтального напластования. Значи­ тельно позднее в период тектонических движений, связанных с горо­ образованием, эти пласты были подняты, смяты в складки и раз­ дроблены. Результатом этого явилось их современное поло­ жение.

В периоды складкообразования внутри осадочных формаций развивались повышенные боковые давления, в результате которых происходили физические преобразования пород.

Наиболее простой формой складчатости является антиклинальная (рис. 9, а), которая может принимать различ­ ные формы: асимметрическая антиклинальная складка, опрокинутая с уменьшенной мощ­ ностью подвернутого крыла (рис. 9, б); складка чешуйчатого типа, образовавшаяся в результате исчезновения одного из крыльев вследствие трения и повышенных давлений (рис. 9, в).

Породы, слагавшие разрушенное крыло, находятся в рассеянном, раздробленном и перетертом состоянии, образуя брекчию на крыле чешуйчатой складки.

Такое же явление наблюдается при над­ вигах, где на поверхности перемещения пород прослеживается наличие гетероген­ ного и конгломератного материала с вклю­ чением в ряде случаев больших глыб оса­ дочного материала.

Породы осадочного происхождения не обладают абсолютной пластичностью, что видно из предшествующего примера. Хрупкость этих пород проявляется в образовании многочисленных разломов в теле горной породы. Наиболее значительные разломы легко обнару­ живаются на поверхности или на глубине в процессе бурения вслед­ ствие отсутствия структурного соответствия (рис. 10, а); выпадения отдельных слоев (рис. 10, б); повторения слоев породы (рис. 10, в) и т. д.

Нарушения со значительной амплитудой представляют собой комплекс разломов, сопровождающихся зоной брекчий (рис. 10, в).

Существует большая группа вторичных разломов, амплитуда которых связана с пластичностью горных пород. Амплитуду невоз­ можно определить, исходя из геологических условий, но она харак­ теризуется сопротивлением горных пород сжатию.

Кроме наблюдений, проводимых на поверхности, присутствие вторичных разломов доказывается также кернами. Почти все керны показывают наличие плоскостей сползания, наклоненных под раз­ личными углами к плоскости напластования и представляющих

25

собой блестящие поверхности. Отсюда и произошло специфическое название этих поверхностей — зеркала скольжения.

В результате тектонических нарушений карбонатные отложения Сармата, песчаники Клива олигоценового возраста и ряд других формаций оказываются смятыми и разбитыми на блоки различных размеров.

Для других геологических формаций характерна сильная трещи­ новатость, которая в сочетании резко выраженным кливажем при­ водит к сетчатой структуре. Вслед­ ствие этого горная порода, обла­ дая относительной жесткостью, может приобрести свойства теку­ чести в момент, когда она сопри­

касается с долотом.

Можно привести следующие примеры таких формаций: мергели гельветского яруса (Копачень-

Рис. 11. Профиль через структуру с соляным ядром.

Прахова); выходы на поверхность понтического яруса в Чептуре; менилитовая формация в Молдавии и т. д.

В других случаях внутренние трещины горных пород были позднее заполнены кальцитом (Эоцен), солью (миоцен) и т. д.

Особый случай представляют соляные породы в связи с их пла­ стичностью. В периоды сжатий, вызванных складкообразованием, отложения соли мигрируют по пласту, перемещаясь в зоны мини­

Глубинные структурные преобразования, претерпеваемые оса­ дочными отложениями, высвобождают пластовые жидкости, содер­ жащиеся в порах пород. Воды движутся под давлением по разломам или по бтенкам соляных массивов в зоны брекчий, способствуя

26

заполнению существующих пустот осадочным материалом или соз­ давая их.

В качестве примера можно указать на отложения соли в Цинте, которая частично растворена и защищена гетерогенным материалом (рис. 11), вызывающим большие трудности при бурении.

Осадочные горные породы характеризуются специфическими

С точки зрения устойчивости они обеспечивают наилучшую компоновку составляющих их частиц.

Максимальная устойчивость наблюдается в вертикальной пло­ скости и минимальная — в горизонтальной вследствие наличия плоскостей напластования.

Эти свойства усиливаются во времени под влиянием горного давления и диагенеза и ухудшаются в результате поднятий и разры­ вов. Эти же причины способствуют появлению зон брекчий.

2.АЛЛЮВИАЛЬНЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ

Характерным случаем является бурение галечниковых отложений, при котором могут возникнуть следующие осложнения.

1.Долото внедряется значительно быстрее по сравнению со ско­ ростью очистки забоя от шлама потоком глинистого раствора, тем более, что отложения эти поверхностные и бурятся в основном пикообразным долотом большого диаметра.

2.Если галечники не сцементированы, их устойчивость мала и они имеют тенденцию обрушиваться в ствол скважины; к тому же они обладают высокой поглощающей способностью и глинистый раствор уходит в них, усиливая обвалообразование, так как ствол скважины оказывается «сухим». Кроме того, в скважине образуются каверны, которые могут вызвать опасность обрушения фундамента буровой установки.

3.Очистка глинистого раствора от гальки затруднена, в резуль­ тате чего возможно засорение долота или бурильных труб во время спуска их в ствол скважины.

Меры предупреждения и борьба с прихватами на небольшой глубине

Для обеспечения выноса выбуренного и размельченного мате­ риала необходимо регулировать скорость проходки долота. При применении шарошечных долот большого диаметра (203 4", 173 4", 153 4") получают хорошие результаты, так как в этом случае проис­ ходит измельчение галечника до размеров, при которых будет легко происходить вынос выбуренной породы промывочной жидкостью.

Сцелью улучшения выноса шлама и во избежание осаждения

встволе или в колонне бурильных труб выбуренной породы необхо-

27

днмо, чтобы плотность и вязкость, и тиксотропные свойства глини­ стого раствора были повышенными. Такой раствор можно легко получить, используя в качестве добавок утяжеляющий материал, гель-цемент или гашеную известь. При бурении с промывкой таким глинистым раствором необходимо применять вибросита.

В6 избежание загрязнения всей массы глинистого раствора рас­ твор извести или цемента приготовляют в какой-нибудь отдельной емкости, откуда он закачивается в скважину. При этом достигается

верстия долота деревянными пробками или тонкими деревянными пластинками.

Спускать кондуктор необходимо после Того, как зона галечников или аллювия будет пробурена. При цементировании этих слоев необходимо предусмотреть увеличенное количество цемента по сравнению с теоретическим для компенсации потерь и закрепления возможных каверн.

После твердения цемента рекомендуется бетонировать устье кондуктора на поверхности на глубину около 1 м.

В горных областях встречаются отложения, возникшие в резуль­ тате разрушающего действия атмосферных агентов: груды камней, осыпи, морены и т. д., состоящие из гетерогенных материалов (почвы, пески, гальки, смещенные глыбы горных пород, различных размеров и беспорядочно перемешанных без всякой связи между ними). Такие отложения не устойчивы при бурении.

Часто происходят потери циркуляции глинистого раствора, вызываемые оползнями поверхностного покрова.

Во время бурения в таких формациях встречаются большие и твердые глыбы, захороненные в легко бурящейся горной породе (рис. 12).

Долото стремится обойти естественное препятствие, создавая тем самым большие местные искривления. В результате этого в колонне бурильных труб возникают значительные напряжения и обрывы за счет усталости материала. Благодаря механическому воздействию промывочного раствора происходит освобождение такой глыбы из сопутствующих отложений. В результате этого возможны обвал ее в ствол скважины и прихват колонны бурильных труб. Методы пред­ отвращения таких аварий аналогичны предшествующим, при этом циркуляция (производительность насосов должна быть снижена приблизительно до 30 м 3/час) промывочной жидкости регулируется.

При помощи заниженной скорости подачи шарошечного долота стремятся получить отверстие в изолированной глыбе. Можно по­ пытаться пробурить отверстие в глыбе при помощи цилиндрической фрезы или применить взрывные работы.

28

При борьбе с прихватами бурильного инструмента рекомен­ дуется прокачивать чистый глинистый раствор через бурильные

вследствие недостаточного давления, создаваемого весом столба глинистого раствора, и под воздействием пластовых жидкостей, в них содержащихся.

Ликвидация таких прихватов не вызывает обычно затруднений. Однако при осложнениях могут возникнуть более серьезные послед­ ствия, особенно когда недостаточно надежно закреплен башмак колонны.3

3. ХАРАКТЕРИСТИКА ПОНТИЧЕСКОГО ЯРУСА В РНР

Понтический ярус сложен толщей пластичных мергелей, мощность которых колеблется от 500 до 1000 м.

ВРНР имеется значительное -число районов, где при разбури­ вании понтического яруса не возникает никаких осложнений, долота изнашиваются незначительно, а качество естественного глинистого раствора хорошее, что способствует укреплению и стабилизации ствола скважины.

Вэту категорию входит часть старых промыслов, расположенных

вМунтении Онинос, Суца, Кобия, Букшаии, Отори, Гура-Окни- цей, Мореии, Филипешти, Берка, Драгомирешти, Питешти, Олте-

нии и т. д.

Вместе с тем существуют районы, где бурение понтического яруса ввязано с большими трудностями, вызванными неустойчивостью

29