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

скважины оборудовали для последующей эксплуатации. При этом разгрузили обсадную колонну и сняли превентор. Для проведе­ ния работ в скважине на бурильных 73-мм трубах спускали 100-мм шаблон, который ниже 1045 м пропустить не удалось. Причиной аварии, как было установлено, явилась полная разгрузка обсад­ ной колонны, которая привела к изгибу ее в интервале, соответст­ вующем верейскому горизонту. Попытки пропустить бурильную колонну ниже 1650 м оказались безрезультатными. Подобные же явления наблюдались и в ряде других скважин.

сильно изогнутыми. Часто в изогнутых обсадных колоннах оста­ ется несколько бурильных труб вследствие развинчивания резьбо­ вых соединений, вызванного движением труб по изогнутой колонне. Иногда происходит заклинивание бурильных или компрессорных труб, извлечь которые не удается.

Расчеты показывают, что при определенных условиях небез­ опасно снимать натяжение обсадной колонны после ее цементиро­

ней части незацементированной обсадной колонны, а также ее на­ рушение.

Т а б л и ц а 3

Таблица составлена по данным расчета, в котором обсадная колонна, спущенная в скважину и зацементированная в нижней части, рассматривалась как вертикальный закрепленный на одном конце стержень. Расположение обсадных колонн в скважине при­ нималось концентричным по всей длине. Несмотря на сделанные допущения и приближенный характер подсчета критических на­ грузок, фактические данные, полученные по ряду аварийных скважин, приблизительно равны указанным величинам. Поэтому рекомендуется не разгружать эксплуатационную колонну сверх допустимых величин, приведенных в табл. 3, а главное, нельзя до­ пускать разгрузки колонны во время оборудования устья сква­ жины.

70

Протирание колонн. При углублении скважин после спуска кондукторов и промежуточных колонн, наблюдаются случаи про­ тирания обсадных колонн. Это происходит при бурении наклон­ ных и вертикальных скважин. Наблюдения показывают, что чем больше выход бурильной колонны из-под башмака предыдущей обсадной колонны и чем больше кривизна скважины, тем больше вероятность протирания обсадной колонны. В отдельных случаях можно не заметить этого протирания, особенно когда за колон­ ной в месте протирания имеется цементный камень. Тогда колонна, связанная в местах протирания цементным камнем, не деформи­ руется. Протирание таких колонн обнаруживается только при про­ ведении геофизических работ в скважине и притом в большинстве случаев перед спуском последующей колонны. Отсутствие дефор­ мации объясняется тем, что при бурении обсадная колонна запол­ нена буровым раствором и давление на стенки труб с внешней и внутренней сторон почти одинаково, в результате чего труба со­ храняет первоначальную форму. Там, где между трубой и стен­ ками скважины цементного камня нет, протирание колонн ведет к разрушению резьбового соединения труб, их смятию и создаются препятствия свободному прохождению бурильной колонны.

Например, в скважину при забое 2897 м на глубину 594 м был спущен кондуктор диаметром 325 мм. При очередном подъеме бу­ рильной колонны на глубине 89 м в кондукторе заклинилось долото. После длительного расхаживания долото освободили и подняли из скважины. В процессе работ по ремонту кондуктора специальным аварийным инструментом (райбером, торцовым коль­ цевым фрезером, расширителем, центратором с гладкими роли­ ками, магнитным фрезером), а также после работ турбобуром с приваренными направляющими клапанами, пикообразным доло­ том, штыревым долотом УМ-12К и после опрессовки кондуктора выяснилось, что нарушения распространялись выше и ниже места задира. Аварийный инструмент при работе на глубине 98 м вы­ ходил за пределы кондуктора, на что указывали поднятые куски металла в виде спиральных лент, инклинограмма и отобранный керн. Кроме того, в старый ствол бурильная колонна не входила, так как кроме протирания обнаружилось смещение трубы отно­ сительно муфты. После многочисленных и безрезультатных попы­ ток попасть в старый ствол скважину пришлось ликвидировать.

При бурении глубоких скважин очень часты аварии из-за из­ носа обсадных труб и повреждения их бурильной колонной и до­ лотами. Рост числа спуско-подъемных операций привел к тому, что практически невозможно избежать износа труб. Так, по данным СевКавНИПИнефть в объединении Грознефть в скважинах глу­ биной до 4000 м в обсадных колоннах трубы выполняют 500— 550 тыс. м возвратно-поступательных движений и 1500 тыс. м вра­ щений. Такой большой объем работ в обсадных колоннах ведет к износу труб и протиранию их при самых благоприятных усло­ виях проходки скважин.

71

Исследованиями СевКавНИПИнефть установлено, что буриль­ ная колонна вырабатывает при спуско-подъемных операциях в стенках обсадной колонны односторонний желоб с поперечным сечением в виде круга диаметром, равным диаметру бурильных замков эксплуатирующейся бурильной колонны. Трубы, имеющие

Желоба и прорезы в обсадных колоннах усиленно вырабаты­ ваются движением долот всех типов, особенно колонковыми доло­ тами режущего и режуще-истирающего типа, а также долотами фрезерного типа. Повреждение колонны резко растет с увеличе­ нием силы прижатия долота к одной стороне колонны, вследствие искривления ствола скважины и других причин, нарушающих центричность колонны по отношению к стволу скважины.

Неровности внутренней части труб (коррозийные впадины, ус­ тупы и т. д.) способствуют также увеличению числа прорезей и надрезов. Отмеченные неровности, а также торцы труб являются упорами для режущей части долот, поэтому от них берут начало прорезы.

Приустьевые трубы обсадных колонн подвергаются значитель­ ному износу. Первая труба часто имеет односторонний износ, не­ редко до полного истирания толщиной на 0,5—0,8 длины трубы. Таких значений износ достигает в результате постоянного кон­ такта ведущей трубы с первой трубой обсадной колонны. При этом на величину износа влияют: кривизна скважины, центричное рас­ положение труб, а также конструкция скважин, виды и типы спу­ скаемого бурового инструмента и установленного бурового обору­ дования.

Протирание обсадных колонн в значительной степени зависит от наличия на бурильных трубах предохранительных резиновых ко­ лец. При их отсутствии степень износа увеличивается. Следует от­ метить, однако, что существующие их конструкции, выпускаемые серийно промышленностью, не отвечают условиям работы в сква­ жине на больших глубинах.

Как было установлено, протирание обсадных труб происходит главным образом при работе в колоннах без предохранительных резиновых колец на бурильных трубах при роторном и турбинном бурении, а места протирания часто приурочены к перегибам в скважинах из-за их кривизны. Многие инженеры и буровые ма­ стера считают, что предохранительные резиновые кольца устанав­ ливать на трубы при турбинном бурении необязательно. Это мне­ ние ошибочно, и оно во многих случаях приводит к тяжелым по­ следствиям.

Часты случаи протирания колонн в зоне устья. Однако не ис­

72

чаются редко, но иногда повторяются в ряде районов, например срез обсадной колонны в результате слабого крепления ее у устья скважины. Поясним это на примерах. В скважину глубиной 2100 м была спущена обсадная 219-мм колонна. Цементный раствор был поднят на 600 м от башмака. При оборудовании устья обсадную колонну решили посадить на элеватор. Для этого к ней приварили шесть щечек от звеньев однорядных цепей. После посадки колонны на щечки, они были срезаны под действием веса колонны, и ко­ лонна просела. В другом случае для удержания колонны на эле­ ваторе на трубу приварили куски металла треугольной формы, которые также были срезаны под действием веса колонны.

Следующим примером неправильного крепления обсадной ко­ лонны на устье является случай из практики Камчатской экспеди­ ции. В скважину на глубину 1710 м спустили промежуточную колонну диаметром 273 мм. Цементный раствор за колонной под­ няли на 350 м от башмака. На восьмой день после цементирова­ ния к верхней трубе приварили элеватор, обрезали обсадную колонну на 25 см выше элеватора и продолжали бурение. При за­ бое 1949 м долото остановилось на глубине 1335 м. Последующими работами было обнаружено смятие колонны. Применив роликовую оправку, достигли свободного прохождения бурильной колонны до забоя. Скважину углубили до 2072 м. При последующем бурении был замечен выход раствора из затрубного пространства между обсадными колоннами диаметром 273 и 351 мм.

Для определения места разрыва решили провести электрокаро­ таж, но из-за отсутствия каротажной партии пришлось герметизи­ ровать устье путем установки цементного кольца. Для этого обре­ зали элеватор, который ранее был приварен к трубе для удержания обсадной колонны. Освобожденная колонна просела, и верх ее был обнаружен на 16 м ниже устья скважины. Проверкой состояния обсадной колонны было выявлено смятие ее на глубине 1157 м. Внутренней неосвобождающейся труболовкой подняли 1157 м труб диаметром 273 мм. Затем подняли еще 178 м труб. Бурение сква­ жины пришлось прекратить из-за последующего слома буриль­ ной колонны при работе райбером и невозможности ее извле­ чения.

Расследованием причин аварий было установлено следующее. Спущенные в скважину обсадные трубы в интервале 1157—1355 м имели запас прочности 0,82; колонна была посажена на забой с большой разгрузкой, равной 80—90 тс. Цементное кольцо было

нагрузку на трубы выше цементного кольца. В нижней части под­ нятые трубы имели внутри одностороннюю сработанность на 0,5—

73

лонна. Во время отрезания кондуктора для закрепления обсадной колонны на хомуте была надрезана обсадная труба, которая сло­ малась, и колонна опустилась на 18 м. Как выяснилось впослед­ ствии, эксплуатационная колонна односторонне прилегала к кон­ дуктору и при отрезе его также оказалась надрезанной.

Основной причиной проседания обсадных колонн является не­ достаточное крепление их на устье, особенно если колонна не са­ жается на клинья или спускается без патрубка с муфтой. Напри­ мер, для укрепления колонн в некоторых случаях на последнюю трубу приваривают элеватор или хомуты, в результате чего про­ исходит срез колонны и смятие ее над цементным камнем. Этим методом крепления колонны на устье пользуются еще во многих буровых предприятиях.

В работе [71] дан анализ и приводятся сведения об эксперимен­ тальных исследованиях процесса разбуривания цементного ста­ кана и элементов низа обсадной колонны, а именно: продавочных пробок, стоп-кольца, обратного клапана и направляющей пробки. Результаты их сводятся к следующему:

— пикообразное долото практически не разбуривает, а ломает

к ослаблению крепления нижних труб в стволе скважины и к по­ следующему их обрыву;

—• поочередный спуск пикообразного долота и торцового фре­ зера для разбуривания соответственно цементного стакана и ме­ таллических элементов низа обсадной колонны удлиняет срок раз­ буривания низа;

—шарошечные долота приводят к нарушениям крепления низа

исамой обсадной колонны, а также требуют спуска металлоулав-

ливателей или магнитных фрезеров для извлечения кусков ме­ талла.

На основании проведенных исследований для разбуривания це­ ментных стаканов и элементов низа обсадной колонны рекоменду­ ются специальные долота ДЦС .

§ 6. ПРОЧИЕ ВИДЫ АВАРИЙ И ИХ ПРИЧИНЫ

Падение посторонних предметов в скважину

При работах над устьем скважины нередко нарушаются техно­ логические требования эксплуатации вспомогательных и спускоподъемных инструментов, приборов и других механизмов и уст-

74