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

При сломе или разрушении в скважину падает часть бурильной колонны.

Обычно сломы и разрушения происходят под действием дина­ мических напряжений, которые возникают при резкой посадке колонны на ротор или на уступ. Иногда бывает достаточно незна­ чительного динамического напряжения, чтобы целостность буриль­ ной колонны нарушилась, и она упала в скважину. Задержка процесса торможения колонны перед посадкой на ротор может привести к увеличению напряжения в трубе в несколько раз против статического напряжения от собственного веса. Например, для колонны длиной 300 м при ударе с высоты 10 см напряжение растяжения увеличивается более чем в 5 раз против статического напряжения от собственного веса.

Прочие причины падения бурильных колонн

инструмента. Например, для подъема очередной свечи из сква­ жины глубиной 1510 м была резко включена лебедка, и цепь IV скорости лебедки лопнула. Талевая система пошла вниз; буриль­ щику удалось затормозить ее, когда крюк остановился на расстоя­

ным подъемом талевой системы или освобождением штропов из проушин элеватора без подъема талевой системы, включили I I I скорость и начали поднимать бурильную колонну. Заклиненные штропы резко начали выворачивать элеватор. Защелка элеватора лопнула, он раскрылся, и колонна длиною 285 м упала в сква­ жину. Нарушения техники подъема бурильной колонны привели к аварии.

Иногда бурильщики не учитывают состояние ствола скважины, спускают бурильную колонну в опасных интервалах на предельно возможной скорости, не принимая мер предосторожности. Встре­ чаются случаи подъема или спуска бурильной колонны с помощью элеваторов, у которых штропы могут выйти из зацепления вслед­ ствие того, что не успели установить шпильку в элеватор. Напри­ мер, в скважину глубиной 2168 м спустили бурильную колонну. Во время свинчивания 39-й свечи талевая система сильно раска­ чалась и одна шпилька выскочила. При следующем быстром спу­ ске свечи колонна резко встала на уступ. Штроп со стороны эле­ ватора, где не было шпильки, выскочил из проушины, и колонна сорвалась с уступа. При этом изогнулась труба под элеватором, выскочила вторая шпилька и другой штроп вышел из проушины элеватора, который ударился о ротор и разбился на части.

Бурильная колонна длиною 983 м со смятой верхней частью муфты упала на забой и увлекла с собой нижнюю половину крышки элеватора. Если бы верховой рабочий своевременно за­ метил, что шпилька выскочила, то авария не произошла бы.

Известны случаи падения бурильных колонн из-за поломки штропа. Причиной поломок штропов являются длительная экс­ плуатация их без отжигов и при значительной сработке. Непра­ вильная установка воронки на устье скважины иногда приводит к остановке на ее торце, в результате чего элеватор отходит от муфты замка, раскрывается и бурильная колонна падает в сква­ жину. Аварии по этой причине чаще всего происходят при неотцентрированной вышке.

Из изложенного следует, что, помимо конструктивных недо­ статков труб, причинами аварий являются неудовлетворительный технический надзор и недостаточная квалификация работников бу­ рения, а отсюда несвоевременная профилактика бурильных ко­ лонн, слабое крепление замковых соединений при спуске буриль­ ных колонн, плохое состояние поверхностного оборудования, при­ менение бурильных колонн с недопустимой сработкой элементов, несоответствие прочности колонны условиям бурения, слабая по­ становка учета работы и износа бурильных колонн.

§ 2. ПРИХВАТЫ БУРИЛЬНЫХ КОЛОНН

Прихват — это такая авария, при которой находящуюся в сква­ жине бурильную колонну нельзя извлечь без проведения допол­

разбуривали очень быстро. При разборе причин таких аварий вы­ ясняется, что бурильщики, допустившие прихват, не изучали харак­ тер сработки предыдущего долота и условия его работы. Во многих случаях проработки нерасширенной части и мест сужений начи­ нали в этих зонах, а не выше их.

Как правило, если труба зашла ниже ротора на 3—8 м и оста­ новилась, т. е. зависла в суженной части, то ее поднимают до муфты, отвинчивают и присоединяют ведущую трубу для после­ дующей промывки и проработки места остановки колонны. Это и является ошибкой, так как подъем бурильной колонны до муфты —• это неполное извлечение колонны из места сужения. При дви­ жении в суженной части колонна останавливается не вначале

36

при этом ведет к уплотнению породы вокруг колонны и к услож­ нению аварии. Поэтому целесообразно при заклинивании подни­ мать бурильную колонну не до первой муфты, а на возможно большую длину и начинать проработку не менее чем на 12—15 м выше места посадки.

Известно, что с увеличением глубин скважин стенки их менее устойчивы и основное число осложнений в стволах вследствие осы­ пей, обвалов, сужений приходится на интервалы бурения ниже 3000 м. Самым надежным сохранением устойчивости стенок сква­ жин является перекрытие интервалов осложнений обсадными колоннами, поэтому выбору интервалов спуска обсадных колонн следует придавать большое значение. Экономия обсадных труб может привести к тяжелым авариям, являющимся нередко причи­

Усилия при посадке в нерасширенных и суженных участках ствола достигают 8—15 тс. Этого достаточно, чтобы освободить колонну расхаживанием и другими простейшими способами лик­ видации прихватов.

Известны случаи заклинивания долот на забое из-за недоста­ точной промывки в связи с плохой работой насоса или плохого состояния выкидных задвижек, или в связи с негерметичностью резьбовых соединений бурильной колонны. Одной из причин ава­ рий этого вида являются небольшие зазоры между стенкой сква­ жины и элементами бурильной колонны вследствие применения несоответствующих компоновок низа ее.

В последние годы увеличился объем бурения в соляных отло­ жениях, залегающих на глубинах свыше 2000 м. При этом отме­ чено, что отдельные виды соляных отложений при определенных значениях перепада давления (горного и гидростатического), тем­ пературы и других факторов деформируются, что приводит к су­ жению ствола скважины. Это вызывает частые проработки сква­ жины, неоднократные прихваты бурильных колонн, а во многих случаях самопроизвольное забуривание вторых стволов, Известны случаи самопроизвольного забуривания в этих отложениях по два—четыре ствола в каждой скважине (Восточно-Полтавская площадь).

Неустойчивые соляные отложения характеризуются повышен­ ной пластичностью, низкой температурой плавления и имеют, как правило, кристаллизационную воду. Перемещение пород проис­ ходит со скоростями до 0,25 мм/ч. К неустойчивым соляным

37

отложениям относятся магниевые соли, представляющие соедине­ ния водных хлоридов магния или содержащие хлористый кальций. Как правило, породы, слагающие эти отложения (бишофит, кар­ наллит), сильно гигроскопичны. Поэтому вскрытие их с примене­ нием бурового раствора ухудшает устойчивость этих отложений. Неустойчивыми являются также и отложения каменной соли, со­ держащие примеси глины, характеризующиеся низкой вязкостью межкристаллической прослойки.

При длительных простоях (50—100 ч) бурильной колонны без циркуляции бурового раствора в неустойчивых соляных отложе­ ниях происходят прихваты колонны главным образом во время спуска, после продолжительной консервации скважины, или послетого, как в скважине много дней не проводили работы.

Другой причиной прихватов бурильной колонной, и во многих районах самой распространенной, является прилипание бурильной колонны к стенке скважины. Различные исследователи объясняют в этом случае механизм прихватов по-разному. В работе [74] ска­ зано, что «.. .основной причиной прихвата инструмента является образование толстой и липкой глинистой корки на стенках сква­ жины, когда даже при кратковременном прекращении бурения или вращения бурильной колонны происходит сильное прилипание ин­ струмента».

Ф. А. Дадашдамиров и А. А. Шамсиев [16] пришли к выводу, что одной из основных причин прихвата бурильной колонны яв­ ляются гидростатическое давление и плотное прилегание какой-то части бурильной колонны к стенке скважины.

С. Ю. Жуховицкий и А. П. Войцеховский [19] главной причиной прихвата считают влияние перепада давления, существующего между давлением глинистого раствора, находящегося в стволе скважины, и пластовой жидкостью. По их данным, величина уси­

хваты бурильных колонн могут быть также и в результате непо­ средственного воздействия полной величины гидростатического да­ вления. В их работе изложен аналитический метод количественной оценки прижимающей силы в условиях скважины, когда решаю­

тического давления и от веса бурильной колонны. В результате сравнения авторы сделали следующие выводы:

1) прижимающие силы от веса бурильной колонны и от полной величины гидростатического давления зависят не только от гра­ ничных условий, но и от формы участка;

38

2) прижимающая сила, обусловленная перепадом давлений, от формы участка не зависит;

3)прижимающая сила от веса колонны может в десятки раз превышать величину нормальной составляющей веса труб в пре­ делах данного участка и, по всей вероятности, в отдельных слу­ чаях может прижать колонну к стенке скважины и способствовать проявлению прижимающего эффекта от гидростатического да­ вления;

4)порядок величин прижимающих сил как при действии пол­ ного гидростатического давления, так и в случае, когда действует перепад давлений, таков, что попытки вырвать прихваченную ко­

лонну непосредственным приложением усилия к колонне обре­ чены на неудачу;

5) хотя прижимающая сила от веса колонны мала по сравне­ нию с двумя другими видами прижимающих сил, учет ее необхо­ дим не только для выделения интервалов, опасных в смысле при­ хвата, но и для оценки усилия, которое потребуется для освобож дения бурильной колонны после снятия перепада давлений (т. е. после промывки скважины водой или нефтью).

Как видно из изложенного, в настоящее время нет единого мнения о причинах прихвата бурильной колонны. Над получением правильного представления о причинах прихватов работают мно­ гие исследователи.

Факторами, способствующими быстрому прилипанию бурильной колонны являются:

— рост перепада гидростатического давления над пластовым;

—время стояния бурильной колонны без движения;

—площадь соприкосновения бурильной колонны со стенками скважины;

—толщина глинистой корки;

—силы трения и наличие смазывающих добавок в буровом растворе;

—наличие пористых и проницаемых пород против места на­ хождения бурильной колонны.

Основное число прихватов вследствие прилипания происходит там, где бурение ведется с применением глинистых растворов. С увеличением глубин скважин число прихватов возрастает. Пе­ реход в отдельных районах на бурение с применением различных видов буровых растворов с малым содержанием глинистой основы привел к снижению прихватов. Бесспорно, что глинистые растворы больше всего способствуют возникновению прихвата.

Значительно содействуют прихвату труб большая скорость фильтрации, большая плотность и высокое содержание твердой фазы в буровом растворе, а также длительные простои бурильной колонны, особенно против проницаемых пород, и применение УБТ большой длины, так как последние создают незначительные зазоры между стенками скважины и трубами. Надо отметить, что при бу­ рении скважин на глубинах более 3500 м в основном все случаи

39