книги / Предупреждение и борьба с авариями в бурении

применяют дополнительно понизитель водоотдачи (крахмал,

КМЦ); снижают удельное сопротивление глинистого раствора, фильтрата

и корки; очень дорогие по цене и трудно применимые в работе.

Глинистые растворы, флокулированные хлористым кальцием

П р е и м у щ е с т в а :

требуют малых количеств реагента для флокуляции; не являются щелочными.

Н е д о с т а т к и :

образуют вторичные продукты реакции, хлориды, намного сни­ жающие удельное сопротивление глинистого раствора, фильтрата и корки;

необходимы большие количества реагентов, снижающих водоот­ дачу и вязкость (в первоначальной фазе обработки), а сохранение качественности раствора очень дорогое;

коррозийное действие на буровую установку и оборудование.

Глинистые растворы, флокулированные цементом

П р е и м у щ е с т в а :

отсутствует необходимость в применении реагентов, уменьшаю­ щих водоотдачу; обычные пептизаторы, применяемые для обра­ ботки: гексаметафосфат и углещелочной реагент в соединении с ди­ зельным топливом заменяют крахмал или КМЦ;

реакции, возможные в этих сложных системах во время загряз­ нения электролитами, можно заранее предвидеть.

Считают, что вначале происходит обмен ионов глины в растворе и кальция в цементе, в результате чего увеличивается вязкость, характеризующая преобразование натриевых глин в кальциевые, а затем физическое явление адсорбции молекул гуматов натрия из УЩР.

Появление коллоидального кремнезема, полученного из силикатов, составляющих цемент, может привести к уменьшению водоотдачи; уменьшается эффект воздействия на глинистый раствор от загряз­ нения твердыми частицами, имеющими коллоидный характер;

раствор не является липким; дешевые и легко сохраняются после приготовления. Н е д о с т а т к и :

содержат сильно щелочные вещества, цемент и каустическую соду, присутствие которых согласно современным представлениям об электрохимическом равновесии является нежелательным для обеспечения хорошей нефтеотдачи проницаемых пластов (на глу­ бине), если предполагаемые реакции окажутся правильными;

влияют отрицательно на удельное сопротивление глинистого раствора.

71

Глинистые растворы, флокулированные хлористым натрием

П р е и м у щ е с т в а :

способствуют образованию геля и увеличению вязкости, изме­ няемых и регулируемых в зависимости от концентрации соли; поэтому их можно применять в определенных случаях (для прекра­ щения ухода циркуляции глинистого раствора и т. д.);

содержат небольшое количество твердой фазы (после обработки углещелочным реагентом, канифолью и дизельным топливом); при­ годны для бурения соляных пластов на большой глубине и могут быть утяжелены до удельного веса 2,4 г/смэ]

дешевые и легко приготовляются; являются не щелочными растворами. Н е д о с т а т к и :

коррозийны; сильно влияют на удельное сопротивление глинистого раствора,

Промывочные жидкости, применяемые для глубокого бурения

Чем больше глубина скважин, тем условия бурения становятся намного тяжелее.

С ростом глубины увеличиваются температура и давление; про­ мывочные жидкости, при помощи которых ведется бурение, стано­ вятся неустойчивыми и возникают реакции, влияющие на нефте­ отдачу продуктивных пластов.

Наиболее тяжелые осложнения наблюдаются на скважинах с высокой температурой, где проявляется эффект окремнения и от­ вердевания составляющих глинистый раствор материалов, а также призабойной зоны.

На больших глубинах даже при температуре 100° С возникает затвердевание буровых растворов, приготовленных на водной основе и содержащих щелочные реагенты. Щелочные реагенты взаимодей­ ствуют с кварцем, глинами и в основном с силикатами, образуя рас­ творы, из которых в определенных условиях осаждается коллоидный кремнезем либо в скважине, либо в пласте.

Для продуктивных формаций этот эффект более ярко выражен, когда нефтяные пески глинистые. Если такой песок обводняется фильтратом, содержащим диспергаторы (ионные вещества), глини­ стые частицы набухают и снижают первоначальную проницаемость нефтяного коллектора.

В период, предшествующий созданию плотной глинистой корки, наиболее тонкие коллоидальные частицы глины проникают между зернами песка и осаждаются на их поверхности.

Нормальные глинистые растворы, применяемые для бурения на малой глубине, не могут быть использованы на больших глубинах потому, что при высокой концентрации твердой фазы в растворе

72

возрастает эффект окремнения и цементации на большой глубине забоя.

Безусловно, эти реакции проходят и при более низких темпе­ ратурах, но с малым эффектом.

Эти осложнения предупреждаются путем-применения буровых растворов с малой концентрацией твердой фазы и растворов, со­ держащих твердые частицы, флокулированные поверхностно-актив­ ными веществами.

Такие флокулированные глинистые растворы с нейтральным pH позволяют решить многие проблемы глубокого бурения.

Стабилизация глии во флокулированных буровых растворах обеспечивается введением вместо диспергаторов, применяемых до настоящего времени при бурении на средних глубинах, поверхно­ стно-активных неионногенных веществ.

Последние исследования -в этой области позволили сделать вы­ вод, что фильтрат и диспергаторы, поступающие в проходимые породы, являются причиной разрушения ствола скважины, особенно при бурении обваливающихся сланцев.

Наибольшие трудности сохранения качества бурового раствора возникают потому, что из обычного глинистого раствора не возможно удалить немедленно твердые частицы выбуренной породы. Они перехо­

Замечено, что флокулированные глинистые растворы, обработан­ ные поверхностно-активными веществами, сохраняют лучшую вы­

поверхностно-активными веществами. Эта обработка не распрост­ раняется на системы, флокулированные ионами кальция, образую­ щимися из сульфата кальция.

При прохождении слоев глины, переходящей в буровой раствор, иногда добавляют небольшие количества хлористого кальция, спо­ собствующего образованию большого числа ионов вследствие высо­ кой своей растворимости в воде.

Необходимыми добавками этих систем являются: сульфат каль­ ция и хлористый кальций; понизители водоотдачи (КМЦ); поверх­ ностно-активные неиоиогенные вещества; эмульгатор при исполь­ зовании нефтяной эмульсии и пеногасители.

После снижения водоотдачи в раствор, если в нем имеется избы­ ток сульфата кальция, добавляют воду для понижения вязкости или глину для ее увеличения. Па побережье Мексиканского залива используют неионногенные поверхностно-активные реагенты, напри­ мер гидрофобный нонилфенол оксиэтилат:

П

Растворы, обработанные поверхностно-активными веществами, были выбраны, как наиболее стабильные и соответствующие изме­ няющимся геологическим условиям.

Растворы с малой концентрацией твердой' фазы, применяемые для бурения глубоких скважин, получаются в настоящее время из воды, КМЦ и небольшого количества глины (12—14%), а для про­ ходки в соляных массивах из раствора, насыщенного солью с добав­ кой КМЦ.

Если такую промывочную яотдкость необходимо утяжелить, в нее добавляют незначительный процент бентонита или глины, а затем требуемое количество барита.

Хорошие результаты в РНР были получены при использовании растворов со сложными коллоидными системами, основанными на комбинированном реагенте (углещелочной реагент плюс канифоль). Такой раствор состоит из углещелочного реагента, канифоли, рас­ твора, насыщенного солью, и пеногасителя (парафин со стенок на­ сосно-компрессорных труб, растворенный в керосине).

Этот раствор можно также утяжелить, добавляя в него 12— 14% глины и необходимое количество барита.

Глинистые растворы с малой концентрацией твердой фазы были получены в РНР при использовании синтетических водораствори­ мых смол (крезолдин, феналдин).

Практика показала, что наилучшим методом получения глини­ стого раствора с малой концентрацией твердой фазы является цен­ трифугирование: уменьшается добавка воды и химикалиев, свободно удаляются твердые частицы шлама и химических загрязнителей, поступающих из проходимого геологического разреза, и регенери­ руется барит из утяжеленных глинистых растворов.

Применение последних обеспечило высокие скорости проходки и уменьшение осложнений в бурении, при уходе циркуляции, осо­ бенно при промывке забоя тяжелыми глинистыми растворами, нор­ мальное сохранение которых является иначе очень дорогостоящим.

Процесс центрифугирования исключает необходимость дополни­ тельной регенерации глинистого раствора, так как твердые частицы отделяются механическим путем.

Отделяется также и барит, но его возвращают в раствор в виде тяжелой суспензии. Одновременно с удалением глины из раствора восстановленный барит теряет свои наиболее тонкие частицы и спо­ собствует таким образом улучшению вязкости всей системы.

Преимущества глинистых растворов с малой концентрацией твердой фазы

Насосы работают намного лучше и не требуется менять так часто детали, подверженные износу.

Наибольшую часть гидравлической мощности, передаваемой на забой, можно использовать в промывочных соплах долота. Поэтому можно достичь больших скоростей истечения из сопел.

Шлам из зубьев долота удаляется значительно быстрее и не успе­ вает дробиться до тонких коллоидных частиц.

74

Скорость циркуляции в кольцевом пространстве является очень высокой.

- При высоких температурах не образуется кремнезем и раствор не затвердевает.

Если хорошо известны реологические свойства рассматриваемого глинистого раствора, то выносимые твердые частицы можно удалить в гидроциклоне.

Разбавление глинистого раствора водой создает возможность избежать излишней концентрации глины, но при этом образуется излишек глинистого раствора. Один объем глины при преобразо­ вании в глинистый раствор требует 4—5 объемов воды. Качество

Иными словами, на каждый метр проходки в глинах необходимо добавлять к буровому раствору воду в количестве, соответствующем концентрации твердой фазы, оставшейся в глинистом растворе. Если не добавлять воду к раствору, вязкость последнего будет уве­ личиваться. Если при бурении обваливающихся глин применен тяжелый глинистый раствор, добавление воды для сохранения вязкости вызывает уменьшение удельного веса последнего. В данном случае одновременно требуется утяжелять раствор баритом и доба­ влять к нему некоторое количество воды.

Опыты, проведенные в полевых или лабораторных условиях, показывают, что для увеличения удельного веса раствора на 0,1 необходимо добавить к нему 4—5% барита по объему, а для поддер­ жания вязкости на каждую часть барита нужно добавлять часть воды.

Допускают, что при разбуривании 1 м ствола 30% шлама пре­ образуется в глинистый раствор, а остальные 70% удаляются при помощи вибросита, желобов и т. д.

Параметры этого дополнительного раствора должны быть дове­ дены путем химической обработки до нормальных параметров

от объема пробуренного ствола); вода для получения объема раствора в 5 раз больше объема глины; барит для утяжеления; вода для утяжеления; химические реагенты.

В табл. 10 и 11 приведены необходимые данные о количестве воды, барита и реагентов, требуемых на каждый метр пробуренного ствола для сохранения качества глинистого раствора при бурении с глинистым раствором удельного веса 1,8 или 1,5 г/см3.

Данные, приведенные в этих таблицах, показывают, что они имеют значение только как показательные. Более точные параметры раствора можно установить, учитывая специфику разбуриваемых районов, свойств используемых исходных материалов для получения растворов и результаты лабораторных исследований.

75.

Данные табл. 10 и 11 подчеркивают необходимость непрерывной химической обработки глинистого раствора. Обработка на каждый метр бурения представляла бы идеальный случай. Практически такая обработка не выполнима. Наиболее подходящим методом явилась бы обработка глинистого раствора во время каждой смены долота и в зависимости от пройденных пород.

Таблица 10

Материалы, необходимые для проходки 1 м ствола скважины (30% глины); удельный вес глинистого раствора 1,8 г/см3

Таблица И

Материалы, необходимые для проходки 1 м ствола скважины (30 % глины); удельный вес глинистого раствора 1,5 г /с ,и®

Этот метод помогает установить программу обработки раствора на каждый день, которую бригада должна строго соблюдать. Он еще способствует более экономичному расходу глинистого раствора, потому что позволяет предусматривать аккуратное получение необхо­ димых материалов, их транспорт на скважину и обеспечивать регу­ лировку раствора.

Непрерывная химическая обработка раствора позволяет повышать его удельный вес во время бурения без остановок для поддержания его качественности. Это преимущество можно заметить и еще более отчетливо в случае применения очень тяжелых буровых растворов.

Когда на одном из промыслов практиковали метод регенерации барита из глинистого раствора, наблюдались частые прихваты колонны бурильных труб, особенно когда забой скважины нахо­ дился вблизи проектных глубин. В этом случае меры предосторож­ ностей; очистка глинистого раствора; непрерывное приподнимание и опускание колонны бурильных труб; использование аварийного тракторного подъемника на каждой скважине с дежурными тракто­ ристами для приподнимания и опускания колонны в случае поломки

76

паровой машины; контроль днем и ночыо за выполнением различных операций и т. д. не дали достаточно эффективных результатов.

Регенерация глинистого раствора, имевшего удельный вес 1,8 г!см3, производилась несколько раз. При этом вязкость раствора, замеряемая по воронке СПВ, превышала 70 сек. Для снижения его вязкости приблизительно до 50 сек. по СПВ перешли на регенера­ цию барита, а для предотвращения возможного роста водоотдачи добавляли дизельное топливо, к которому прибавляли УЩР.

Для получения качественного электрического каротажа и благо­ получного спуска^ эксплуатационной колонны восстанавливать удель­ ный вес раствора следует более интенсивно, так как в этом случае тратится до 100 т барита.

Обычно для такой операции требуется значительное время (восстановление циркуляции, циркуляция с получением однород­ ности раствора, регулирование плотности, обработка дизельным топливом и химическими реагентами и т. д.), в течение которого колонну бурильных труб следует непрерывно приподнимать и опускать.

Прихваты колонн бурильных труб обычно происходят во время первого подъема бурильного инструмента после восстановления циркуляции в скважине и выравнивания удельного веса и вязкости раствора, в процессе которого устанавливается равновесное состоя­ ние между водоотдачей глинистой корки и стволом скважины.

Г л а в а IV

МЕТОДЫ ОСВОБОЖДЕНИЯ ПРИХВАЧЕННЫХ КОЛОНН БУРИЛЬНЫХ ТРУБ

1.ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Смомента возникновения прихвата бурильного инструмента скважина, в которой произошла авария, прекращает свою произво­ дительную отдачу. Поэтому для ликвидации аварий за возможно короткий срок необходимо выбрать такие методы освобождения колонны бурильных труб, которые дали бы желаемый эффект.

Ликвидация прихвата колонны бурильных труб подразделяется на три этапа.

Первый этап посвящен ознакомлению с обстановкой: исследуются причины аварий, локализация места прихвата, позиция инструмента

в скважине, факторы, вызвавшие осложнения, и т. д.

С этой целью изучают суточные рапорты, индикаторные диа­ граммы, а также проводят дополнительные исследования и т. д.

Информация о причинах и условиях возникновения аварии совер­ шенно необходима в самых мельчайших подробностях потому, что каждый случай имеет свои особенности, являющиеся в своем роде уникальными.

77

Это исследование для успешного осуществления последующих этапов ликвидации аварии должно проводиться лицом, имеющим большой опыт. Необходимо рассмотреть по скважине определенные показатели за некоторый период времени в прошлом, так как при­ хваты не происходят мгновенно, а предвещаются заранее появле­ нием различных аномалий, как, например, задержки колонны буриль­ ных труб по стволу, низкая производительность насосов, падение или повышение давления циркуляции и т. д.

На одной эксплуатационной скважине произошло несколько последовательных прихватов колонны бурильных труб. Вначале думали, что причиной осложнений является некачественный глини­ стый раствор удельного веса 1,65 г/смэ и большое гелеобразование.

Были приняты меры по улучшению качества глинистого раствора. Однако прихваты колонны бурильных труб продолжались. Условия работы считались нормальными и причину прихватов стали припи­ сывать проявлению специфического характера проходимых пластов. В процессе наблюдений на буровой во время спуска колонны буриль­ ных труб было замечено, что, начиная от 300 м выше забоя, буриль­ щик дает нагрузку инструмента на долото 4—5 делений по индикатору веса. В этом случае долото спускалось в скважину принудительно, и это явление повторялось при каждом спуске. После проработки ствола в этой зоне прихваты инструмента прекратились в даль­ нейшем.

Второй этап ликвидации аварии состоит в выборе метода работы. Для этого необходимо руководствоваться следующими принципами: предотвращение осложнений; выбор быстрого решения задачи по ликвидации прихвата, безопасной для скважины, людей и уста­ новки; составление плана ловильных работ.

При составлении плана работы рассматривают все методы, начи­ ная с самого простого, уже известные и давшие положительные результаты в подобных случаях.

При составлении плана ловильных работ необходимо выделить ответственное лицо, который следит за выполнением операций. Скважина, находящаяся в аварии, должна быть в центре внимания со стороны руководства бурением. Любое необоснованное запозда­ ние с ловильными работами ведет почти немедленно к усилению

по ликвидации прихвата. Как будет показано ниже, их учитывают по порядку исполнения.

В первый момент, когда в скважине произошел прихват колонны бурильных труб, основной задачей бурового мастера является сохранить в скважине циркуляцию раствора и известить техническое руководство о происшедшей аварии. Попытка ликвидации аварии в единственном числе является большой ошибкой и в то же время налагает неоправданную ответственность. Более того, руководители

78

предприятий должны ограничить действия мастера или буриль­ щика в таких обстоятельствах путем издания точных инструкций.

Исключая случай бурения без циркуляции жидкости, когда при­ хват инструмента происходит при работе долота, во всех других случаях в скважине наблюдаются заранее предвещающие явления, дающие возможность опытному бурильщику вовремя спасти колонну бурильных труб от аварии.

Если при подъеме долота с забоя индикатор веса показывает нагрузку выше нормального веса бурильного инструмента, значит появилась тенденция к прихвату (задевание долота). Это повышение нагрузки следует отнести за счет обвалов стенок ствола скважины или образования сальника на долоте.

Вобоих вариантах осложнения прекращается бурение и непре­ рывным вращением колонны бурильных труб добиваются восстано­ вления нормального состояния скважины.

Вслучае возникновения обвалов моменты прихватов совпадают

состановкой насосов (закупорка кольцевого пространства нагромо­ жденным обломочным материалом). Насос останавливают, снижают давление и освобождают колонну бурильных труб путем опускания инструмента. Снова запускают насос и продолжают маневрирование инструмента (вверх — вниз), а также вращение его до полной лик­ видации обвала.

Во время подъема инструмента необходимо следить за показа­ ниями индикатора веса. При освобождении колонны бурильных труб нельзя допускать превышения силы натяжения выше нормаль­ ной более чем на 4—5 делений. Встречаются такие аварии, когда при опускании вниз инструмента долото садится и колонна не опу­ скается. Основная задача бурильщика состоит в увеличении интер­ вала свободного движения колонны, получаемого путем вращения колонны при закреплении ее клиньями в роторе и попыток продви­ жения инструмента вверх или вниз (иногда на 1 см или меньше), пока не создастся благоприятное положение для установки рабочей трубы, что позволит вращать колонну бурильных труб даже под натягом.2

2.РАСТЯЖЕНИЕ КОЛОННЫ БУРИЛЬНЫХ ТРУБ

Внастоящее время эта операция называется «маневрированием колонной бурильных труб». Она состоит в том, что прихваченные трубы подвергаются необычным напряженным растягивающим на­ грузкам.

Эта операция не является методом освобождения колонны буриль­ ных труб, за исключением отдельных, наиболее легких случаев. Она составляет часть вспомогательных средств, применяемых в связи

сдругими ловильными работами.

Во избежание осложнения (обрыв труб) необходимо знать сопро­ тивление материала, из которого изготовлены бурильные трубы, а также величину усилий, которыми можно оперировать. Отсюда

79

вытекает необходимость, чтобы ловильная операция проводилась под наблюдением техника, имеющего соответствующую квалифика­ цию.

В табл. 12 и 13 даются максимальные растягивающие силы для бурильных труб по ГОСТ и СТАС (стандарты РНР).

Таблица 12

Бурильные трубы по ГОСТ

Таблица 13

Стандартные бурильные трубы (натяжение до предела текучести)

П р и м е ч а н и е . Вес i м относится к бурильным трубам длиной 9000 мм, оснащенным специальными буроиымп замками; в выше приведен­ ных данных принимался коэффициент запаса 1,2; в вес 1 .н бурильных труб входит н вес специальных буровых замков.

Примеры.

1. Максимальная глубина, на которую можно спустить колонну 47г" бурильных труб типа D, по ГОСТу получается, как частное

60