Файл: Пустовойтенко И.П. Предупреждение и ликвидация аварий в бурении.pdf

трубы с муфтой на заводах. Такое соединение в момент снятия колонны с элеватора испытывает большую растягивающую на­ грузку и в отдельных случаях оказывается не в состоянии удержи­ вать вес всей спущенной колонны. Происходит вырыв трубы из муфты.

Обрыв труб по резьбовому соединению может произойти из-за приложения чрезмерных нагрузок, превышающих пределы проч­ ности соединения. Такие нагрузки прилагаются, как правило, при прихватах обсадных колонн.

Причиной выхода резьбы из сопряжения с резьбой муфты мо­ жет также быть неравнопрочность их соединения. Односторонняя нарезка резьбы на отдельных трубах ослабляет прочность одной части трубы и усиливает прочность другой ее части. На участке трубы с ослабленной прочностью концентрируются напряжения-, вызывающие деформацию тела трубы (на участке резьбы) с по­ следующим выходом из сопряжения резьбы. Труба при равномер­ ной нарезке резьбы имеет одинаковую толщину стенки. Несмотря на это, прочность резьбового соединения ниже прочности тела трубы в среднем на 30—35%. Эксцентричная нарезка резьбового соединения обсадных труб снижает прочность и без того ослаблен­ ного участка трубы, что и является в ряде случаев причиной аварий.

В качестве примера приведем следующие случаи. При глубине скважины 2296 м спускали 219-мм обсадную колонну. Во время

325-мм кондуктора. Причиной аварии был брак муфтового соеди­ нения, допущенный на заводе. Если бы при спуске колонны ис­ пользовали клинья, то возможное ослабление прочности соедине­ ния компенсировалось более прочным навинчиванием муфты на трубу, и аварии не произошло бы.

При проверке состояния 219-мм колонны выяснилось, что она имела несколько нарушений и возможность извлечения ее целиком или по частям была маловероятной. Скважина была ликвидиро­ вана. Для выявления причины аварии и состояния верхнего конца колонны была изготовлена внутренняя труборезка, при помощи ко­ торой обрезали 1,5 м колонны. Стенки поднятого отрезка трубы имели неопределенную толщину. Резьба была нарезана в одном

(60

Аварии при цементировании обсадных колонн

Разрушение тела обсадных труб. При цементировании обсад­ ных колонн, спускаемых на большие глубины, нередки случаи об­ рыва колонн из-за резкой разницы температуры колонны и зака­ чиваемого раствора. Такие явления характерны для тех случаев,, когда низ обсадной колонны опирается на забой или нижнюю сек­ цию колонны, или частично прихвачен, а верх ее жестко посажен на клинья или элеватор. В подобных случаях необходимо учиты­ вать изменение длины колонны от температуры, а также колонна должна быть в натянутом состоянии. Закачка в нагретую колонну холодного бурового или цементного растворов ведет к изменению длины колонны с последующим вырывом трубы из ее муфты.

возможны случаи разрушения тела трубы под действием давле­

выше допустимых. Разрушаются главным образом обсадные ко­ лонны большого диаметра. Подобная авария произошла в сква­ жине глубиной 2172 м, которую бурили турбобуром с промывкой забоя водой.

Перед спуском обсадной колонны бурильная колонна не дохо­

проектным и техническим требованиям к спускам колонны по­ следние две трубы были спущены без промывки. В результате этого башмак колонны оказался посаженным в шлам, и циркуля­ цию бурового раствора перед цементированием восстановить не' удалось. После подключения цементировочного агрегата при дав­ лении 160—190 кгс/см2 циркуляция была восстановлена. Закачали цементный раствор. При закачке продавочной жидкости из сква­ жины вместо бурового стал выходить цементный раствор. Прода­

ная труба лопнула. Причиной разрыва обсадной колонны по­ служило высокое давление, возникшее в результате посадки об­ садной колонны в шлам из-за грубого нарушения технологии

ееспуска.

Оставление цементного раствора в обсадной колонне. В двух

скважинах на глубинах немного более 500 м в обсадной колонне был обнаружен цементный раствор, хотя эксплуатационные обсад­ ные колонны были спущены на глубину соответственно 2160 и 2940 м. По нашему мнению, причиной оставления цементного рас­ твора можно считать несовершенство конструкции обратного кла-

62

панов не обеспечили свободного прохождения бурового и цемент­ ного растворов.

Кроме того, был большой разрыв во времени между оконча­ нием закачки цементного раствора и началом закачки продавочной жидкости. В обеих скважинах этот интервал составлял не менее 20 мин. Известно, что при прекращении подачи жидкости в скважину скорость движения цементного раствора через обрат­ ный клапан уменьшается вследствие противодавления от увеличи­ вающегося столба цементного раствора. Уменьшение скорости и увеличение температуры и давления на забое, очевидно, привели к таким изменениям структуры раствора, находившегося около обратного клапана, что создались условия для закупорки его от­ верстий.

Известен случай оставления цементного раствора в эксплуата­ ционной колонне (продавочной жидкости удалось закачать всего 1,5 м3 ) из-за быстрого схватывания его вследствие плохого пере­

между окончанием закачки цементного раствора и началом за­ качки продавочной жидкости составил 50 мин.

В обсадных колоннах часто остается цементный стакан высо­ той 100—200 м. Цементный стакан такого размера легко разбури­ вается, но иногда при разбуривании нарушается целостность об­ садной колонны.

Причинами оставления цементного раствора в колонне явля­ ются ошибки при расчетах количества продавочной жидкости (часто не учитывается коэффициент сжимаемости жидкости, кото­ рый зависит от количества находящегося в ней воздуха или газа), несовершенство конструкций продавочных пробок (при применении деревянных пробок почти всегда возникают осложнения), исполь­ зование неопрессованных цементировочных головок и др. Контро­ лировать количество продавочной жидкости следует двумя спосо­ бами: по объему жидкости и по увеличению давления от посадки пробки на стоп-кольцо. Второй способ более точный при соответст­ вующей конструкции продавочной пробки.

Другими причинами оставления цементного раствора в обсад­ ных колоннах могут быть: несоответствие качества тампонажного цемента температурным условиям скважин, приводящее к прежде­ временному схватыванию цементного раствора; применение для затворения цемента воды, загрязненной солями и другими жидко­ стями и веществами, сокращающими сроки схватывания цемент­ ного раствора; отсутствие контроля за качеством приготовления цементного раствора.

63

Аварии с зацементированными обсадными колоннами

Смятие обсадных колонн. При выполнении всех технических требований по спуску и цементированию обсадных колонн все же наблюдаются случаи смятия их после цементирования. Смятие происходит выше зоны подъема цементного раствора и в зоне за­ цементированного участка обсадной колонны, а также в зоне фильтров. Смятие колонн наблюдается в интервалах, сложенных неустойчивыми породами, склонными к обвалам, а также при сни­ жении уровня в колонне ниже допустимого. Смятие колонн в не­

и газа в затрубное пространство и в естественные трещины. Раз­ личные тектонические нарушения, неблагоприятное строение струк­

ется высота столба бурового раствора за колонной над цементным камнем, в связи с чем повышается опасность смятия колонн. Из­ вестны случаи [31], когда в результате проникновения нефти и газа в затрубное пространство выше цементного камня снижалось дав­ ление на породы, окружающие ствол, и стенки скважины под дей­ ствием горного давления были разрушены. В движении участвуют огромные массы глинистых пород. Сжатие пород настолько велико, что иногда происходит одновременное смятие обсадных колонн диаметрами 219 и 146 мм.

На месторождении Ачи-Су, например, известны случаи смятия 219 и 146-мм колонн по причинам, описанным выше. Смятие двух обсадных колонн на одной и той же глубине свидетельствует об огромной силе, возникающей при движении неустойчивых пород. Это необходимо учитывать при выборе конструкции скважины, особенно при выборе высоты подъема цементного раствора в затрубном пространстве.

Одним из важнейших мероприятий по предохранению колонн от смятия в интервале нахождения неустойчивых пород является перекрытие цементным камнем неустойчивых и газо-нефте-водопро- являющих горизонтов.

Как было сказано, второй причиной смятия обсадных колонн выше зацементированного участка является уменьшение уровня жидкости в них ниже допустимого. Подобные аварии встречаются там, где считают, что снижение уровня жидкости допускается на

64

2 /з длины колонны. Пределы понижения уровня жидкости необхо­ димо рассчитывать в зависимости от условий проходки скважины, удельного веса бурового раствора, диаметра, толщины стенки и механических свойств материала обсадной колонны.

Смятие обсадных колонн в пределах зацементированных уча­ стков происходит на расстоянии 50—60 м от фильтра и в прифильтровой зоне. Промысловые документы показывают, что подобные аварии бывают также в местах, где продуктивные горизонты сло­ жены неустойчивыми породами и при эксплуатации скважины вы­ носится большое количество песка.

Смятие колонн в нижней части Г. М. Саркисов [64] объясняет следующим образом: «Действительно, если работа скважины со­ провождается выносом большого количества песка, то продуктив­ ный горизонт у фильтра постепенно разрушается, и в некоторый момент эта зона может перейти в текучее состояние. Если при этом пропускная способность фильтра окажется недостаточной, то про­ изойдет как бы закупоривание фильтра (полное или частичное), движение грунтовой массы затормозится, получится явление удара, при котором и разовьются динамические усилия поперечного на­ правления. Это может случиться при продавке скважины (в про­ цессе освоения), особенно если при этом создаются значительные депрессии, связанные с высокими скоростями потока, при которых могут прийти в движение (по направлению к фильтру колонны) значительные массы пород прифильтровой зоны. Известны случаи трудного освоения скважин вследствие пробкообразования при продавках скважин, причем бывает и так, что в процессе освоения скважины колонна нарушается. Динамические усилия, возникаю­ щие при ударе, могут быть в зависимости от конкретных условий как локализованными на небольших участках, так и распределен­ ными. Нарушения колонн как в самом фильтре, так и над ним мо­ гут быть результатом совместного действия этих динамических на­ грузок со статическими».

Далее Г. М. Саркисов отмечает, что существуют три часто наблюдаемых вида нарушений: одностороннее и двухстороннее смятие и отвод колонны. Эти нарушения происходят главным об­ разом в зоне фильтра, что указывает на их связь с нагрузками, действующими на фильтр. Для предупреждения аварий в зоне фильтра необходимо строго соблюдать режим нагружения ко­ лонны.

Т. Е. Еременко [18] считает, что «поломки труб в зоне фильтра вызываются в преобладающем количестве случаев не горизон­ тально направленными силами бокового давления грунта значи­ тельной величины, а силами, направленными главным образом вер­ тикально». Последние приводят к растяжению с последующими разрывами в муфтовом соединении, к продольному изгибу, потере устойчивости фильтра его слому и сплющиванию. Указанные де­ формации Т. Е. Еременко объясняет следующим образом. Продук­ тивные пласты сложены из мелких тонкозернистых глинистых