Аварии. 
Анализ технологии эксплуатационного и разведочного бурения скважин на нефть и газ

Аварии, возникающие при бурении, можно разделить на четыре группы:

• — аварии с долотами (отвинчивание долота при спуске инструмента вследствие недостаточного его закрепления, слом долота в результате перегрузки и т. д.);
• — аварии с бурильными трубами и замками (слом трубы по телу; срыв резьбы труб, замков и переводников и т. д.);
• — аварии с забойными двигателями (отвинчивание; слом вала или корпуса и т. д.);
• — аварии с обсадными колоннами (их смятие; разрушение резьбовых соединений; падение отдельных секций труб в скважину и т. д.).

Для ликвидации аварий применяют специальные ловильные инструменты (рис. 2): шлипс, колокол, метчик, магнитный фрезер, паук и другие. Однако лучше всего предотвращать аварии, строго соблюдая правила эксплуатации оборудования, своевременно осуществляя его дефектоскопию, профилактику и замену.

Рис. 2. Ловильные инструменты: а — шлипс; б — колокол; в — метчик; г — магнитный фрезер; д — паук

Искривление скважин.

При бурении вертикальных скважин вращательным способом часто встречается самопроизвольное искривление скважин, т. е. отклонение их ствола от вертикального. Искривление вертикальных скважин влечет за собой ряд проблем: нарушение запланированной сетки разработки нефтяных и газовых месторождений, повышенный износ бурильных труб, ухудшение качества изоляционных работ, невозможность использования штанговых насосов при эксплуатации скважин и т. д.

Причинами искривления скважин являются геологические, технические и технологические факторы. К геологическим — относятся наличие в разрезе скважин крутопадающих пластов; частая смена пород различной твердости; наличие в породах, через которые проходит скважина, трещин и каверн. Техническими факторами, способствующими искривлению скважин, являются несовпадение оси буровой вышки с центром ротора и осью скважины; наклонное положение стола ротора; применение искривленных бурильных труб и т. д. К технологическим факторам, обуславливающим искривление скважин, относятся создание чрезмерно высоких осевых нагрузок на долото; несоответствие типа долота, количества и качества промывочной жидкости характеру проходимых пород.

В соответствии с перечисленными факторами принимаются меры по предотвращению искривления скважин. В сложных геологических условиях применяется особая компоновка низа бурильной колонны, включающая калибраторы и центраторы. Кроме того, необходимо:

• — монтаж оборудования проводить в соответствии с техническими условиями;
• — тип долота выбирать соответственно типу пород.

Прихваты.

Прихваты бурильной колонны в скважинах являются одним из наиболее распространенных и тяжелых видов аварий, которые во многих случаях заканчиваются перебуриванием части ствола скважины, или требуют больших затрат времени и средств.

По общепринятой классификации различают следующие виды прихватов:

• — дифференциальный, от перепада давления;
• — вследствие сальникообразования;
• — заклинивание элементов бурильной колонны в стволе скважины:
• -в желобной выработке;
• — в суженной части ствола;
• — посторонними предметами;
• — из-за осыпей и обвалов стенок скважины;
• — текучести пластичных горных пород;
• — вследствие седиментации твердой фазы.

По причинам возникновения все виды прихватов (кроме расклинивания посторонними предметами) можно объединить в две группы:

Гидростатические прихваты, вызванные нарушением закона Архимеда;

Гидродинамические прихваты, связанные с нарушением нормальной гидродинамики циркуляции бурового раствора в скважине.

Дифференциальный прихват и «заклинивание» инструмента в желобе — результат исчезновения полной смачиваемой поверхности тела трубы промывочной жидкостью, вследствие чего инструмент начинает испытывать воздействие гидростатического давления столба бурового раствора.

При дифференциальном прихвате — сила гидростатического давления проявляется лишь частично, так как бурильная колонна будет испытывать еще и воздействие пластового давления со стороны проницаемого пласта. Если гидростатический прихват происходит в непроницаемых отложениях, то величина гидростатического воздействия будет полной и может достигать весьма больших значений. Сила прихвата будет зависеть от площади контакта трубы со стенкой скважины, траектории ствола, величины прижимающего усилия, достаточного для необходимого компрессионного сжатия глинистой корки, свойств бурового раствора, свойств самой корки (проницаемости, статического напряжения сдвига и т. д.), физико-механических свойств породы.

В желобных выработках, возникающих на перегибах ствола скважины, основной причиной прихватов является не заклинивание элементов бурильной колонны в желобе, а гидростатический прихват — так как желоба вырабатываются преимущественно в мягких, глинистых породах.

Все остальные виды прихватов следует отнести во вторую группу. Причина их возникновения вызвана нарушением нормальной гидродинамики в скважине, которая, в свою очередь, зависит от трех основных факторов:

• — физико-механических свойств горных пород слагающих стенки скважины;
• — свойств бурового раствора;
• — режима промывки скважины.

Поэтому необходимо, еще на стадии проектирования строительства скважины, с целью предупреждения осложнений и аварий, большое внимание уделить выбору конструкции скважины — исходя не только из графика совмещенных давлений — но и с точки зрения возникновения осложнений ствола в процессе бурения. Для правильного выбора диаметров и глубин спуска обсадных колонн, а значит и длины интервалов бурения из-под башмака предыдущей колонны, необходимо руководствоваться временем использования открытого ствола с целью не допущения его осложнения. То есть, проектируя новую скважину, необходимо учитывать скорости проводки интервалов предыдущих скважин и степень осложнения их стволов во времени (интенсивность желобообразования, возникновение нарушений нормальной подвижности инструмента, изменения свойств бурового раствора). Иначе говоря, чтобы правильно спроектировать новую скважину — необходимо тщательно проанализировать все осложнения и аварии при бурении предыдущих скважин, и разработать комплекс мероприятий по их предупреждению в дальнейшем (изменение конструкции, профиля, свойств или типа бурового раствора, режимов бурения, применение новых способов и технологий).

Непосредственно в процессе бурения, для уменьшения опасности возникновения осложнений и прихватов должны выполняться следующие мероприятия.

Ликвидация аварий с бурильными трубами и долотами.

Успешная ликвидация аварий с бурильными трубами в большой степени зависит от того, как скоро замечен момент слома труб. При обнаружении аварий с бурильными трубами бурильщик поднимает их с максимальной скоростью. Поднятый конец сломанной части бурильной колонны на поверхности очищают, промывают и осматривают для выяснения характера слома. Затем подсчитывают количество свечей, оставшихся в скважине, определяют глубину, на которой находится верхний конец поломанной колонны труб, и намечают мероприятия по ликвидации аварии.

Работы по ликвидации аварии (любой) в скважине ведутся буровым мастером под руководством старшего инженера (мастера) по сложным работам или главного (старшего) инженера бурового предприятия (разведки, участка) в зависимости от сложности работ.

Перед спуском в скважину ловильного инструмента составляется эскиз общей его компоновки и ловильной части с указанием основных размеров. Для ловли бурильной колонны применяют ловитель (шлипс) с промывкой, метчик или колокол. Эти инструменты позволяют после захвата оставшейся колонны бурильных труб производить расхаживание и промывку скважины. Длина спускаемого в скважину инструмента для ловильных работ должна подбираться с таким расчетом, чтобы крепление ловильного инструмента осуществлялось ротором с пропущенной через стол ротора ведущей бурильной колонной.

Ловитель (шлипс) применяют как для ловли з. а замок, так и за трубу. Для извлечения колонны ловителем дают натяжку, включают буровой насос, восстанавливают циркуляцию, после чего приступают к ее подъему. Если колонна не поднимается, ее расхаживают без вращения.

Метчик обычно спускают с направляющей трубой большего диаметра, оканчивающейся воронкой. Спущенный на бурильных трубах метчик покрывает оборванный конец трубы воронкой и конусом входит внутрь трубы до тех пор, пока не упрется в кромку трубы. Приподняв немного бурильную колонну, чтобы ослабить давление на оборвавшийся конец трубы, проворачивают ее по часовой стрелке на 90°, затем обратно на 45° и опять на '/4 оборота по часовой стрелке. При постепенном опускании бурильной колонны вниз метчик врезается в трубы и закрепляется в них. Запрещается окончательно закреплять ло-вильный инструмент на сломе до восстановления циркуляции бурового раствора через долото. После этого пробуют поднять колонну. В случае прихвата ее расхаживают. При расхаживании необходимо помнить, что подъемные усилия выше допустимых вызывают срыв ловильного инструмента, обрыв бурильных труб, обрыв талевого каната или разрушение вышки. Если циркуляцию восстановить не удается, метчик под натяжкой срывают.

Аналогично описанному ведутся работы по соединению и извлечению оставшейся колонны при помощи колокола.

При сильном отклонении конца колонны от центра скважины ее отводят к центру посредством отводного крючка и лишь после этого спускают метчик или колокол.

Когда даже после восстановления циркуляции не удается расхаживанием освободить колонну, прибегают к нефтяной ванне или принимают другие меры. Если все попытки освободить инструмент безрезультатны, приступают к развинчиванию его по частям левым метчиком или колоколом на левых трубах. Иногда вместо отвинчивания по частям офрезерованную часть оставшегося инструмента вырезают при помощи наружной труборезки. При этом отрезанная часть извлекается из скважины вместе с труборезкой.

Основной инструмент для извлечения оставшихся в скважине деталей долот — магнитный фрезер, который спускают в скважину на бурильных трубах. Не доходя до забоя 6 — 7 м, начинают промывку, вращая ротор на малой скорости. Дойдя до забоя, при небольшой осевой нагрузке фрезер собирает оставшиеся детали в центр забоя, коронка магнитного фрезера забуривается в породу, нижний полюс сближается с оставшимися на забое деталями и удерживает их. Затем промывка прекращается и начинается подъем бурильной колонны. Ни в коем случае не следует продолжительное время работать на оставшихся металлических деталях — это в большинстве случаев приводит к осложнению аварии. Магнитный фрезер используют также для ловли всевозможных мелких металлических предметов, упавших в скважину.