книги / Предупреждение и борьба с авариями в бурении

2. КОНДУКТОР

Эта обсадная колонна дополняет эффективность противовыбросного приспособления. Для компенсации износа вследствие трения в процессе бурения кондуктор должен иметь трубы с более толстыми стенками в верхней части. Необходимо также учитывать сопро­ тивление труб на внутреннее давление.

Глубина спуска башмака кондуктора определяется следующим:

1)перекрытием верхних проницаемых пластов, по которым при малых давлениях возможно движение жидкости из кольцевого пространства, что способствует возникновению трудно регулируе­ мых открытых фонтанов;

2)максимальным давлением пройденных пластов, которое при выбросе могло бы разрушить вышележащие формации, даже если они и будут непроницаемы.

Я = -5Ж = 870 л -

Эта величина должна приниматься за глубину установки баш­ мака кондуктора, если в скважине не предусмотрен спуск промежу­ точной колонны.

Опрессовывать колонну после цементирования следует даже в том случае, если соблюдались упомянутые выше условия. Опрессовка колонны производится после разбуривания цементной пробки. Со­ здаваемое при опрессовке давление плюс гидростатическое давление столба жидкости не должны превышать значения горного давления.

111

Д ля глинистого раствора удельного веса 1,2 г/см3 давления опрес­ совки должны быть следующими.

При появлении циркуляции раствора за стенками кондуктора скважину снова цементируют.

3. ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ОТКРЫТЫХ ФОНТАНОВ ЧЕРЕЗ БУРИЛЬНЫЕ ТРУБЫ

Для предотвращения выброса через бурильные трубы существуют следующие приспособления.

Предохранительный пробковый вран, смонтированный между вертлюгом и рабочей трубой и представляющий весьма надежное средство закрытия при соответ­ ствующей конструкции^ ежеднев­

ном контроле. Предохранительный клапан,

монтируемый между буровым шлангом и горловиной вертлюга, который может сработать только при полной герметичности шлан­ гового соединения. По известным из практики случаям можно сде-

лать вывод, что буровой шланг, подверженный ненормально высо­ ким давлениям, рвется вблизи вертлюга, что сильно затрудняет закрытие предохранительного клапана.

112

Обратный клапан монтируется в колонне бурильных труб. Ре­ комендуется его применять при бурении пластов высокого давления, установив предварительно клапан над утяжеленным низом. На рис. 33 показан такой клапан.

Циркуляционная крестовина (рис. 34) необходима в случае воз­ никновения резких выбросов во время спуска или подъема долота или же при производстве специальных операций. Монтаж кресто­ вины выполняется намного быстрее, чем рабочей трубы, и позволяет дополнительно присоединиться в наиболее короткое время к метал­ лической обвязке цементировочного агрегата.

Так, например, при подготовке нефтяной ванны и закачке боль­ ших количеств нефти в скважину, заполненную очень тяжелым глинистым раствором, создается большая разность давлений, пре­ вышающая иногда 200 am. Отсюда следует, что циркуляционная крестовина должна быть опрессована до 250 am. Для предотвращения фонтана, который может возникнуть при сильном падении давления в результате, например, поломки какой-нибудь детали этого при­ способления, рекомендуется его использовать совместно с обратным клапаном.

4.ДРУГИЕ МЕРЫ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ВЫБРОСОВ

Овозможности выброса в процессе бурения можно судить по сле­ дующим явлениям: резкому повышению вязкости глинистого раствора без какой-либо очевидной причины (такими могут быть, например, солености глинистого раствора), особенно при одновре­ менном уменьшении удельного веса; появлению разгазированного глинистого раствора; повышению уровня глинистого раствора в при­ емных емкостях.

Эти явления являются наиболее характерными и пренебрежение за их наблюдением может привести к опасным последствиям.

Если отмечается необоснованное повышение уровня глинистого раствора в приемных емкостях, необходимо сейчас же принимать меры к закрытию устья скважины и остановить насосы для полу­ чения возможности осуществлять в дальнейшем требуемые операции

снаименьшим риском. Остановка насосов позволяет судить в какойто мере о выносе гли ни сто го раствора. Выбросы газа начинаются очень резко и сильно. Поэтому вполне возможно, что попытка закры­ тия противовыбросного приспособления окажется слишком запозда­ лой в момент, когда газ появился уже на поверхности.

Во время подъема инструмента очень трудно наблюдать за пове­ дением скважины вследствие возникновения разности уровней. Кроме того, эта же причина способствует в значительной степени опасности возникновения выброса. Отсюда вытекает насущная необ­ ходимость особенно тщательного наблюдения за поведением сква­

жины.

Буровые бригады используют две системы работы.

Ствол скважины поддерживается в постоянно заполненном состоянии, причем буровые насосы на протяжении всего времени подъема работают с уменьшенной производительностью. Перед началом подъема во избежание перелива из бурильных труб зака­ чивают в них некоторое количество более тяжелого глинистого раствора. Этот раствор получают путем перемешивания в приеме глинистого раствора с дробью при условии, если обратный клапан в колонне бурильных труб отсутствует.

Иногда можно остановить насосы для контроля, чтобы опытный глаз хорошего бурильщика мог заметить изменение дебита раствора на устье скважины. Поэтому в полу скважины проделывают отвер­ стие, чтобы можно было следить с поста бурильщика за истечением глинистого раствора.

Изложенная методика, применимая для паровых насосов, не удовлетворяет дизельным или электрическим установкам вслед­ ствие невозможности получить соответствующее снижение числа оборотов. В этом случае заполнение ствола скважины раствором производят с перерывами, т. е. после подъема звена, состоящего из 5—10 свечей (согласно инструкциям и положениям). Эта методика менее эффективна и менее точна, чем предыдущая. Для устранения ее недостатков можно использовать резервуар с содержанием неко­ торого количества глинистого раствора, необходимого для заполне­ ния ствола скважины. При установке на резервуаре измерителя уровня можно показать с достаточной точностью существующие аномалии.

Объем, необходимый для заполнения 1000 м бурильных труб, виден из следующих данных:

Если замечают возникновение проявления в процессе подъема инструмента, немедленно начинают обратный спуск его в скважину, так как очень ваяшо иметь инструмент спущенным на большую глубину.

Задавливание скважины производится тем легче, чем глубже находится долото.

Во время спуска инструмента выброс менее опасен. Операция производится при заполненном стволе, при этом имеется возможность контролировать скважину во время подъема талевого блока или свинчивания труб.

При наличии в пробуренном геологическом разрезе пластов высокого давления за время замены долота может произойти разгазирование глинистого раствора вследствие диффузии газа из газовой зоны. Следовательно, бурение нельзя начинать до тех пор,

114

пока газовый «пакет» не будет удален. При этом следует принять меры для предотвращения возникновения выброса.

После закрытия предохранительной системы включают буровые насосы и циркуляция раствора продолжается до нормализации положения. Если не обнаружено повышения уровня на приеме насоса, осуществляют свободную циркуляцию либо создают про­ тиводавление через штуцер для ликвидации выброса. При необхо­ димости следует принимать и другие меры.

Г л а в а 111

БОРЬБА С ОТКРЫТЫМИ ФОНТАНАМИ

1. ЗАДАВКА ОТКРЫТО ФОНТАНИРУЮЩИХ СКВАЖИН

Если пластовое давление превышает давление гидростатиче­ ского столба жидкости, скважина становится активной, вызывая нестабильное и опасное состояние, которое должно быть в макси­ мально короткий срок устранено.

Во избежание опасных осложнений, возникающих вследствие неполадок во время работ по предупреждению открытого фонтана, рекомендуется использовать для задавки скважин цементировочные агрегаты (минимум два), стальную нагнетательную линию и по мере возможности крестовину для циркуляции промывочного раствора. В таких случаях буровые насосы обычно используют для приго­ товления утяжеленного глинистого раствора, закачиваемого в сква­ жину, дегазации выходящего глинистого раствора и других подоб­ ных работ.

Буровую установку следует проектировать достаточно гибкой и маневренной; если цементировочные агрегаты не могут прибыть вовремя на аварию, необходимо заранее установить третий буровой насос.

Чаще открытые фонтаны возникают, когда долото расположено вблизи забоя и колонной бурильных труб маневрируют (спускподъем) для предотвращения прихвата.

Основная проблема при задавке скважины заключается в про­ ведении операции одним заходом, для чего необходимо заготовить достаточное количество глинистого раствора.

Расчет необходимого количества глинистого раствора для задавки скважины прост: объем, занятый бурильными трубами, не учиты­ вается, а считают, что объем ствола скважины необходимо уве­ личить на 50% для компенсации проникающего в раствор газа, а также неизбежного увеличения диаметра ствола.

Вместе с тем необходимо иметь в своем распоряжении небольшой резерв раствора в приемных емкостях насосов.

: Количество необходимого, раствора для скважины с 143 4" обсад­ ной колонной, спущенной на глубину 600 м, и 298-лш забоем ство­ лом с забоем на глубине 2000 м будет следующее:

Изготовление и хранение такого количества утяжеленного гли­ нистого раствора, которое может потребоваться в любой момент, слишком непрактично. Поэтому на практике поступают следующим образом.

Предусматривают на скважине постоянный резерв утяжеленного глинистого раствора (30—50 т) для особо опасных случаев с целью немедленного воздействия на скважину.

Почти всегда учитывают во времени резерв утяжеленного глинистого раствора из дополнительного количества глинистого раствора, получаемого в процессе бурения (без всяких добавок). Приемные емкости на буровой имеют обычно вместимость несколько большую максимального объема ствола скважины. Полученный глинистый раствор при необходимости дополнительно утяжеляют.

Со временем накапливается также резерв естественного гли­ нистого раствора, хранящегося на буровой в специальных емкостях. Этот глинистый раствор получают при бурении неглубоких форма­ ций. Имея низкий удельный вес, он служит материальной базой для приготовления утяжелепного глинистого раствора.

Разгазированный глинистый раствор, поступающий из ствола скважины на поверхность, также составляет резерв, требующийся в основном в следующих случаях:

а) при разбавлении водой для облегчения выделения газа и химической обработке для снижения вязкости;

б) очищении от шлама на вибросите; в) дегазации путем сильного взбалтывания либо применения

дегазатора; г) утяжеления до необходимого удельного веса.

Дегазатор глинистого раствора. Если во время бурения встре­ чаются пласты, насыщенные газом, последний начинает проникать в глинистый раствор в виде микроскопических пузырьков, абсор­ бируясь и адсорбируясь на твердых частицах. Частично раство­ ряясь в воде, газ насыщает глинистый раствор.

Если глинистый раствор имеет небольшой удельный вес, то газ, находящийся в растворе, легко улетучивается в атмосферу. Такое положение может быть иногда терпимым. Но если глинистый рас­ твор обладает достаточной вязкостью, газ не удаляется на поверх­ ность, а снова закачивается с раствором в скважину, где способ­ ствует возникновению выброса.

116

Наиболее известный в настоящее время дегазатор состоит из сварного вакуумного цилиндра, смонтированного горизонтально (рис. 35).

Разгазированный глинистый раствор всасывается в цилиндр дегазатора за счет вакуума из первой приемной емкости.

Необходимый вакуум создается насосом.

Разгазированная жидкость проходит внутри цилиндра поверх системы наклонных пластинок, которые способствуют растеканию глинистого раствора в топкие пленки. Растворенный и увлеченный газ удаляется в вакууме 250 лш рт. ст.

Газ и летучие углеводороды удаляются также при помощи эжек­ тора. Затем дегазированный глинистый раствор закачивается в при­ емные емкости, откуда его забирают насосы и нагнетают в ствол скважины.

Осадки, выпадающие на пластинках и на дне цилиндра, удаляются при промывке водой по истечении 24 час. работы.

Количество и объем выносимого газа можно регистрировать. Существует также возможность отбирать пробы газа для последую­ щего анализа.

2. ЗАДАВЛИВАНИЕ СКВАЖИН ПРИ ПОМОЩИ ЛУБРИКАТОРА

Лубрикатор применяют в отдельных случаях для замены легкой жидкости другой, более тяжелой за счет перемещения под влиянием разности их удельных весов. Принципиальное объяснение процесса замещений дается схемой (рис. 36). Из этой схемы видно, что замена жидкости происходит без использования механической работы извне, а эффективность метода находится в прямой зависимости от степени несмешиваемости и подвижности соответствующих жидко­

удовлетворяет максимальному давлению, имеющемуся в скважине. На рис.. 37 представлена схема лубрикатора.

Лубрикатор монтируется на буровой вблизи скважины и при­ крепляется брусками к земле (если имеется допустимый наклон) или же к импровизированным стойкам.

Успех операции обусловливается совершенной герметичностью установки.

Скорость обмена между жидкостями тем больше, чем выше рас­ положена верхняя часть лубрикатора над устьем скважины.

117

Для уменьшения числа манипуляций рекомендуется применять лубрикатор с наибольшей производительностью.

М е т о д и к а р а б о т ы . Через открытый вентиль С лубрика­ тор заполняется водой. Закрываются вентили В и С и открывается вентиль А. Следует пауза, за время которой происходит обмен между жидкостями.. Продолжительность паузы определяется по отбору пробы из вентиля D.

Закрывается вентиль А и операция повторяется. При этом запи­ сывают изменение давления, регистрируемого манометром.

В подобных случаях перед задавливанием при помощи лубри­ катора глинистый раствор из ствола скважины удаляется через штуцер. Во время стравливания разгазированного столба жид­ кости давление, регистрируемое манометром, падает до опре­ деленного предела, а затем начинает стремиться к восстановле­ нию. В этот момент приступают к закачке тяжелого глинистого раствора.

119

Во всех случаях задавливания утяжеленный раствор состоит из смеси воды и барита, имеющей удельный вес минимум 2,0 е/см3 и большую подвижность. Со временембарит в скважине осаждается, образуя твердые пробки, способствующие перекрытию фонтанирую­ щего пласта.

Пример. Скважина расположена на краю северо-восточной части структуры. Она была заложена с целью эксплуатации одного гори­ зонта из комплекса миоцена II (МП), который разрабатывали ста­ рыми скважинами, пробуренными в этом районе.

Залежь имеет газовую шапку, но вследствие частых тектониче­ ских нарушений результаты от скважины к скважине ни каче­ ственно, ни количественно несравнимы.

Конструкция скважины была следующая: 10" колонна спущена на 200 ж, диаметр ствола 350 мм; б3 *" колонна спущена на 1243 ж, диаметр долота 190 мм.

Как видно из рис. 38, комплекс МП повторяется в этой скважине 3 раза, но так как комплекс МНс был обводнен, отказались от этой части пробуренного интервала, зацементировав 53Л " колонну несколько выше.

После нескольких безрезультатных опробований был перфори­ рован интервал 1036—1017 ж, который оказался сухим.

Позднее решили провести повторную перфорацию этого интервала и дополнительную перфорацию пропластков в вышележащем интер­ вале (1014—987 ж). Прострел смогли провести только до глубины 996 ж, так как в этот момент скважина начала проявлять.

Предупредительные меры, принятые ранее, были следующие: глинистый раствор в стволе скважины имел удельный вес 1,18 г/см3; на устье скважины была установлена предохранительная задвижка. Задвижка была опрессована на месте на 200 am. При закрытии задвижки смогли замерить давление на устье скважины, которое было равно 40 am.

При таких условиях фонтанные трубки невозможно спускать в скважину. Было принято решение приступить к разгрузке послед­ ней и к ее разрядке.

Существовало мнение, что скважина будет давать трлько газ. В связи с низкой проницаемостью пластов (типичное явление в этом районе) считали, что после разрядки можно будет легко закачать в скважину достаточное количество глинистого раствора с высоким удельным весам для задавки скважины.

В основном приняли следующие меры:

1)поверх предохранительной задвижки смонтировали фонтан­ ную арматуру, опрессованную на 200 am;

2)закрепили фонтанную арматуру;

3) были приняты меры для установки насоса типа Гарднер с приводом от паровой машины и с возможным рабочим давлением

200am;

4)смонтированы необходимые установки для приготовления глинистого раствора.

120