Способы ликвидации аварий с обсадными трубами

Обновлено: 18.05.2024

Причины возникновения и технологию ведения работ по ликвидации аварий с буриль-

ными и обсадными трубами. Аварией считается нарушение непрерывности технологического процесса строительства скважины, требующее для его ликвидации проведения специальных работ, не предусмотренных проектом.

Основной причиной возникновения аварий является нарушение параметров технологии бурения буровой бригадой, несоблюдение инструкций и требований проектных документов.

Характерными видами аварий бывают поломки бурильных или обсадных колонн с оставлением в стволе скважины отдельных элементов, потеря подвижности колонн труб, смятие или нарушение обсадных колонн и др. Аварии возникают при работе в осложненных условиях. Если осложнение не ликвидируется, оно может быть причиной аварии.

Аварии с элементами бурильной колонны. Это разрушение труб вследствие воздействия переменных нагрузок и оставление в скважине

части бурильной колонны, в том числе:

- сломы и срывы по резьбе,

- поломки по сварному шву,

- сломы по телу трубы,

- падения части бурильной колонны из-за развинчивания по резьбе, или из-за поломок спускоподъемного оборудования.

Аварии с обсадными колоннами включают следующие разновидности:

- разъединение по резьбовым соединениям,

- смятие или разрыв по телу трубы,

- обрыв по сварному шву,

- падение колонны или ее части.

- повреждение обсадной колонны при разбуривании цементного стакана, стоп - кольца, обратного клапана, разделительных пробок.

1.5. Мероприятия по ликвидации аварий

1.5.1. Возникновение аварии в буровой скважине является чрезвычайным событием, поэтому при обнаружении первых признаков опасной ситуации бурильщик обязан немедленно принять меры по предотвращению аварии и приступить к первоочередным работам по ее ликвидации, если предотвратить аварию не удалось. Бурильщик должен известить об аварийной ситуации бурового мастера или руководителей МТС, УБР, НГРЭ,

не прекращая выполнение срочных работ и не оставляя своего рабочего места.

Первоочередные работы по ликвидации аварий, выполняемые бурильщиком и буровой вахтой, состоят из простых операций, выполнение которых не может привести к осложнению аварии. Например, при возникновении прихвата бурильной колонны из-за прилипания последней к стенке скважины под действием перепада давления или из-за ее заклинки при спуске, а также при прихвате колонны обвалившимися породами, бурильщик обязан выполнять расхаживание колонны с нагрузками, не превышающими 80% от предела текучести материала труб, и отбивку инструмента ротором. Число оборотов колонны также регламентируется. При обрыве бурильной колонны необходимо немедленно приступить к ловильным работам, не допуская возникновения прихвата аварийной части колонны, что может значительно осложнить ликвидацию обрыва.

1.5.2. В случае если проведение первоочередных работ не дало эффекта, ликвидация аварии проводится по плану, утвержденному главным инженером организации. В плане работ по ликвидации аварии указываются и определяются

следующие основные разделы:

- последовательность конкретных мер с указанием сроков исполнения и ответственных исполнителей по каждому подразделу мероприятий;

- назначается ответственный за выполнение плана работы. Обычно это начальник РИТС или старший мастер по сложным буровым работам или буровой мастер или ведущий специалист предприятия;

- определяется необходимая помощь для безусловного выполнения плана со стороны отделов и цехов организации.

1.5.3. Общее руководство и ответственность за выполнение мер по ликвидации аварии остаются за главным инженером. Все распоряжения по плану аварийных работ, включая необходимые изменения и дополнения, согласуются с главным инженером и передаются ответственному за выполнение плана в письменном виде. В случае нахождения буровой в отдаленном районе и при необходимости срочного выполнения работ приказом по объединению разрешается передача распоряжений по аварии по рации или телефону с обязательной регистрацией радиограмм или телефонограмм в соответствующем журнале. Инструкция [1]

требует обязательного последующего письменного утверждения распоряжения.

1.5.4. Ход ликвидации аварии, включая перечень выполненных работ в последовательности, ловильный инструмент и параметры режима работы им, фиксируются буровым мастеромв буровомжурнале и суточном рапорте.1.5.5. В случае, если авария не ликвидирована в течение 10 суток, план ее ликвидации утверждается главным инженером объединения.1.5.6. При ликвидации аварии в срок не более 1 суток составляется "Акт о ликвидации аварии в бурении" [1] с рассылкой организациям, указанным в разделе 1.4.

Способы ликвидации аварий

Следует помнить, что работы по ликвидации аварий трудоемкие; ошибки, допущенные при ликвидации аварий, ведут к возникновению новых, более сложных аварий, что приводит к потерям и непроизводительным затратам рабочего времени.

Обрывы бурильных труб

При обрыве бурильной колонны необходимо выяснить причину, место и характер излома по поднятой части бурильной колонны или спуском печати.

Прихваты бурильных колонн

Этот вид аварий наиболее тяжело поддается ликвидации, дает наибольшее число осложнений.

Аварии с обсадными трубами

При спуске колонны обсадных труб возможны отвинчивания обсадных труб или ниппелей, обрывы труб и их смятие.

Аварии с породоразрушающим инструментом

В ряде случаев ликвидация таких аварий аналогична устранению аварий, возникающих в результате прихватов.

Аварии при скважинных исследованиях

При обрыве и оставлении скважинных приборов (устройств) в скважине их извлечение проводится после навинчивания ловильного колокола или накрытия колонковой трубой соответствующего диаметра.

При обрыве каротажного кабеля или троса их извлечение производится с помощью ловителей каната. В случае невозможности извлечения кабеля (троса) он разбуривается.

Падение посторонних предметов в скважину

Разнообразие посторонних предметов обусловливает многочисленность способов их извлечения. Извлечение посторонних предметов может производиться различными ловушками, обуриванием с последующим подъемом или разбуриванием (уничтожением) предмета. При невозможности извлечения или разбуривания предметов производят попытку отжать их в стенки скважины (в мягких и средней твердости породах) с последующим перекрытием этого места обсадными трубами с поверхности или впотай. В ряде случаев забуривают новый ствол выше места нахождения этого предмета. Если упавший предмет явился причиной заклинивания находящегося в скважине бурового снаряда, то ликвидировать эту аварию следует методами, применяемыми при ликвидации прихватов.

Мероприятия по предупреждению аварий

Следует помнить, что аварию легче предупредить, чем ликвидировать: исходя из этого рекомендуется к применению следующий перечень мероприятий, способствующих их предупреждению.

Предупреждение аварий с обрывами бурильных труб

Для предупреждения аварии с обрывами бурильных труб необходимо :

применять бурильные трубы, соответствующие по своей прочности выбранному режиму бурения (или рассчитывать режим бурения в соответствии с прочностью труб);

Предупреждение аварий в результате прихватов бурильных колонн

Для предупреждения аварий в результате прихватов бурильных колонн необходимо:

не допускать накопления и оседания шлама в скважине, для чего применять промывочные жидкости, соответствующие условиям бурения, в количестве, достаточном для выноса шлама;

Предупреждение аварий с обсадными трубами

Для предупреждения аварий с обсадными трубами необходимо:

Предупреждение аварий с породоразрушающим инструментом

Для предупреждения аварий с породоразрушающим инструментом необходимо:

не допускать спуск в скважину коронок и долот, имеющих дефекты резьб, трещины корпусов и матриц, люфт в опорах шарошек, с забитыми промывочными отверстиями и другими дефектами;

Предупреждение аварий при скважинных работах

Для предупреждения аварий при скважинных работах необходимо:

ознакомить каротажную бригаду перед производством работ с особенностями конструкции и состоянием скважины, с возможными зонами осложнений;

Предупреждения аварий из-за падения посторонних предметов в скважину

Для предупреждения аварий из-за падения посторонних предметов в скважину необходимо:

закрывать устье скважины при поднятых бурильных трубах;
следить за исправностью ключей, вилок, ручного инструмента, спуско-подъемных приспособлений;
систематически проверять состояние деталей вращателя станка.

Рекомендуемые мероприятия по предупреждению аварий не претендуют на исчерпывающую полноту. Необходимо, как указывалось выше, регулярно проводить изучение причин аварийности и разрабатывать (дополнять) мероприятия по предупреждению аварий применительно к условиям данного месторождения (района работ).

Нефть, Газ и Энергетика

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.

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.

Нефть, Газ и Энергетика

Чтобы определить расположение отвинтившегося башмака, в скважину обычно опускают печать, выполненную из куска обсадной трубы. Нижняя часть печати имеет воронкообразную форму. В эту часть вставлена деревянная пробка, в которую забиты гвозди; гвозди оплетены проволокой и залиты гудроном или свинцом. Печать опускают до отвинченного башмака. По отпечатку судят о том, как расположен башмак в скважине. Такую аварию ликвидируют при помощи пикообразных долот, которыми стремятся поставить башмак вертикально, чтобы долото полного размера свободно проходило через него. Лучшее средство против возникновения таких аварий - упрочнение нижних труб кондуктора и технических колонн сваркой.

При длительной работе бурильные трубы своими муфтами и замками иногда совершенно протирают обсадные трубы. Средством предохранения от протирания служат предохранительные кольца. Протирание обсадных труб будет значительно интенсивнее в искривленной скважине.

Когда против протертого места обсадной колонны имеется цементный стакан, в колонне в процессе бурения не происходит никаких осложнений. Если цементный стакан отсутствует, то при бурении обсадные трубы могут рваться лентами, что затрудняет проход долота. Если же, кроме того, за трубами будут обваливающиеся породы, протирание может осложниться смятием. Во всех этих случаях единственная мера ликвидации аварии- спуск и цементирование промежуточной обсадной колонны меньшего диаметра.

Нефть, Газ и Энергетика

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.

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.

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.

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.

Иногда вместо отвинчивания по частям офрезерованную часть оставшегося инструмента вырезают при помощи наружной труборезки. При этом отрезанная часть извлекается из скважины вместе с труборезкой.

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.

Ликвидация аварий с турбобурами

Аварии, вызванные срывами резьбы турбобура, ликвидируются довольно быстро калибром (в качестве калибра обычно используется переводник турбобура), навинчиваемым на сорванную резьбу корпуса, либо специальными ловителями, захватывающими турбобур за контргайку пяты, или специальным метчиком, пропускаемым внутрь верхнего отверстия вала. Большие затруднения при турбинном бурении вызывает заклинивание долота.

В данном случае отбивка долота вращением колонны бурильных труб при помощи ротора исключается, так как долото и колонна бурильных труб соединяются через подшипники турбобура и вращение бурильных труб приводит к вращению только корпуса турбобура. Поэтому, прежде чем отбить долото вращением, надо расклинить вал турбобура в корпусе.

Для этого необходимо забросить в трубы мелкие металлические предметы. Забрасывать эти предметы следует с прокачкой бурового раствора для того, чтобы гарантировать попадание мелких металлических предметов в турбину турбобура. При прокачивании бурового раствора и медленном вращении бурильной колонны ротором металлические предметы, попадая между верхними лопатками верхних ступеней турбины, разрушают эти лопасти, которые, в свою очередь попадают в следующие ступени и вызывают заклинивание статоров и роторов.

В случае заклинивания вала в корпусе турбобура долото отбивают так же, как и в роторном бурении, вращением колонны бурильных труб, так как при этом вращение бурильных труб будет обеспечивать и вращение долота.

Аварии при бурении одной и той же скважины могут возникнуть при замене турбобуров меньших диаметров турбобурами больших диаметров. Это объясняется тем, что в стенках скважины в местах перехода из одних пород в другие образуются уступы, определяющие проходимость данного типоразмера турбобура при вполне определенном диаметре долота.

Уход в сторону от оставшегося в скважине инструмента. Когда оставленную в скважине бурильную колонну не удается поднять или когда на извлечение ее требуется слишком много времени, следует уходить в сторону, т. е. бурить новый (второй) ствол скважины. Для этого выше места, где находится конец оставшегося инструмента, начинают бурить новый ствол.

Если в стволе скважины не имеется сильно искривленного участка, откуда удобнее всего забуриваться, над оставшейся колонной ставят цементный мост и после его затвердения начинают забуривать новый ствол роторным или турбинным способом, Торпедирование скважин. Работы по ликвидации аварий в скважинах иногда длятся долго и не дают положительных результатов.

В этих случаях целесообразно торпедировать колонну, оставшуюся в скважине, а затем бурить второй ствол до проектной глубины. Торпедирование заключается в том, что в скважину на определенную глубину спускают взрывчатое вещество, которое, взрываясь, разрушает оставшуюся в скважине колонну.

Для успешного раздробления больших металлических кусков или для загона их в раздробленном состоянии в стенки скважины снаряд со взрывчатым веществом (торпеду) устанавливают в непосредственной близости к предмету, подлежащему разрушению. Для этого тщательно прорабатывают долотом место, где должен быть установлен снаряд, опускают сначала шаблон, а затем спускают снаряд со взрывчатым веществом для взрыва.

Для взрыва внутри прихваченных бурильных труб следует применять торпеду, диаметр которой должен быть на 10 мм меньше диаметра проходного отверстия бурильных труб. Торпеду нужно взрывать против муфты или замка, иначе в трубе может получиться от взрыва только продольная трещина, которая будет бесполезна, потому что не удастся поднять верхнюю часть бурильной колонны.

Аварии с обсадными трубами

При дальнейшем бурении, особенно роторным способом, не зацементированный башмак от трения муфт бурильных труб отвинчивается. Чтобы определить расположение отвинтившегося башмака, в скважину обычно опускают печать, выполненную из куска обсадной трубы.

Нижняя часть печати имеет воронкообразную форму. В эту часть вставлена деревянная пробка, в которую забиты гвозди; гвозди оплетены проволокой и залиты гудроном или свинцом. Печать опускают до отвинченного башмака.

По отпечатку судят о том, как расположен башмак в скважине. Такую аварию ликвидируют при помощи пикообразных долот, которыми стремятся поставить башмак вертикально, чтобы долото полного размера свободно проходило через него.

Лучшее средство против возникновения таких аварий - упрочнение нижних труб кондуктора и технических колонн сваркой. При длительной работе бурильные трубы своими муфтами и замками иногда совершенно протирают обсадные трубы.

Средством предохранения от протирания служат предохранительные кольца. Протирание обсадных труб будет значительно интенсивнее в искривленной скважине.

Если же, кроме того, за трубами будут обваливающиеся породы, протирание может осложниться смятием. Во всех этих случаях единственная мера ликвидации аварии- спуск и цементирование промежуточной обсадной колонны меньшего диаметра.

Предупреждение и методы ликвидации аварий и осложнений в бурении. Учебное пособие

Кратко изложены основные понятия об авариях и их классификации. Приведены способы предупреждения аварий. Рассмотрены методы ликвидации: прихватов колонны бурильных труб, аварий с обсадными колоннами и геофизическими приборами, открытых фонтанов и нефтегазопроявлений. Большое внимание уделено описанию ловильного инструмента и средств для ликвидации аварий и осложнений. Особо выделен такой вид осложнений, как поглощения. Показаны основные методы борьбы с ними. Описаны техника безопасности и противопожарные мероприятия при ликвидации аварий и осложнений.

Для учащихся профтехобразования, а также профессионального обучения рабочих на производстве.

Тематика Бурение

Ликвидация аварий в скважине

Авария может быть успешно ликвидирована при правильном выборе способа извлечения аварийного бурового снаряда из скважины.

При обрыве бурильных труб вначале определяют причину, место и характер обрыва. Место обрыва и расположение труб в скважине определяют путем спуска в скважину печати. По характеру обрыва выбирают ловильный инструмент (метчики ловильные, колокола ловильные).

Если буровой снаряд не прихвачен, то его подъем из скважины не вызывает затруднений. В процессе обрыва могут возникнуть следующие затруднения: уход верхней части оборванных труб в сторону при наличии каверны или интенсивной разработки ствола скважины; прихват оборванного снаряда в скважине; расклинивание оборванного снаряда бурильными трубами или соединениями при двойном обрыве или падении бурильных труб в скважину.

При уходе оборванного снаряда в сторону ловильный инструмент спускают в скважину совместно с отводными крючками или приспособлениями с целью его центрации в скважине и облегчения операции по соединению с ловильным инструментом.

В случае расклинивания аварийного снаряда и его прихвата в скважину спускают ловильный инструмент с левой резьбой и аварийный снаряд развинчивают и извлекают по частям.

Если аварийный снаряд значительно расклинен соединениями, особенно муфтово-замковыми, что вначале их разбуривают твердосплавной коронкой, а потом развинчивают снарядом с левой резьбой.

Наиболее распространенными и сложными авариями по их ликвидации являются прихваты. При обнаружении прихвата вначале пытаются восстановить циркуляцию промывочной жидкости и выяснить возможность вращения бурового снаряда. Если это возможно, то следует попытаться поднять буровой снаряд с вращением при максимальной промывке. При невозможности поднять бурильные трубы этим способом, следует пытаться поднять их с помощью натяжки лебедки или гидравлической системой станка.

Если эти меры не дают положительного результата, то колонну бурильных труб нужно отвинтить в противоаварийном переходнике и поднять ее из скважины. В случае отсутствия противоаварийного переходника колонну развинчивают бурильными трубами с левой резьбой, оснащенными левым метчиком или колоколом и поднимают ее по частям. После этого пытаются поднять колонковый набор из скважины. Если колонковая труба прихвачена, то можно попытаться ее освободить с помощью погружного гидравлического вибратора. При невозможности освободить трубу этим способом (в случае прижога твердосплавной коронки) выбуривают переходник у колонковой трубы и керн внутри нее колонковым набором меньшего диаметра и продолжают бурение скважины. Если по геологическим причинам перейти на меньший диаметр невозможно, то прихваченную трубу разбуривают фрезой типа ФН. В зависимости от конструкции скважины можно осуществить обурива-ние колонковой трубы снарядом большего диаметра. При невозможности обуривания или разбуривания колонковой трубы следует разрезать ее труборезом и поднять по частям. В случае невозможности ликвидации аварии из-за ее осложнения устанавливают отклоняющий клин над аварийным снарядом и забуривают новый ствол скважины.

При ликвидации аварий с обсадными трубами пользуются следующими методами. В случае развинчивания нижних труб обсадной колонны и отклонения их в сторону, вначале пытаются их отцентрировать с помощью деревянного корпуса, спущенного на бурильных трубах. Затем путем вращения верхней части колонны обсадных труб пытаются соединить ее с нижними трубами.

Если трубы не удается соединить этим способом, то необходимо поднять верхнюю часть обсадной колонны из скважины, а затем захватить и поднять развинтившиеся трубы с помощью трубного метчика или труболовки, спускаемых на бурильных трубах. Таким способом ликвидируются и аварии, связанные с протиранием стенок обсадных труб в процессе бурения.

Для ликвидации аварий, связанных с наличием мелких предметов в скважине (падение ключей, куски матриц и др.), применяют фрезерные коронки, механические и магнитные ловушки.

Аварии с обсадными трубами

Наиболее распространенный вид аварий с обсадными трубами - отвинчивание башмака колонны и протирание обсадных труб. Башмак колонны отвинчивается в том случае, когда нижняя часть колонны не закреплена, например, когда цемент закачан выше башмака или не схватился у башмака. При дальнейшем бурении, особенно роторным способом, не зацементированный башмак от трения муфт бурильных труб отвинчивается. Чтобы определить расположение отвинтившегося башмака, в скважину обычно опускают печать, выполненную из куска обсадной трубы. Нижняя часть печати имеет воронкообразную форму. В эту часть вставлена деревянная пробка, в которую забиты гвозди; гвозди оплетены проволокой и залиты гудроном или свинцом. Печать опускают до отвинченного башмака. По отпечатку судят о том, как расположен башмак в скважине. Такую аварию ликвидируют при помощи пикообразных долот, которыми стремятся поставить башмак вертикально, чтобы долото полного размера свободно проходило через него. Лучшее средство против возникновения таких аварий - упрочнение нижних труб кондуктора и технических колонн сваркой. При длительной работе бурильные трубы своими муфтами и замками иногда совершенно протирают обсадные трубы. Средством предохранения от протирания служат предохранительные кольца. Протирание обсадных труб будет значительно интенсивнее в искривленной скважине.

Давления в скважине

Гидродинамические давления при проведении различных технологических операций:

1. Нет циркуляции, нет движения инструмента:

2. Циркуляция:

3. Движение инструмента вниз:

4. Движение инструмента вверх:

5. Движение вниз с циркуляцией:

6. Движение вверх с циркуляцией:

7. Проработка:

где Р_СКВ - давление в скважине;

V_СПО - скорость спуско-подъемных операций; V_ПРОРАБ - скорость проработки.

АВПД

3.6.1. Понятия о давлениях - горное, скелетное, пластовое. Нормальные и аномальные давления. Изменение пористости и плотности пород с глубиной. Нормальное уплотнение пород

Объёмная и минералогическая плотность

Плотность горных пород является основным физическим параметром, который наряду с пористостью широко используется для выделения зон аномально-высоких поровых давлений (АВПоД) и пород-коллекторов.

Масса образца породы (m_п) состоит из массы твёрдой фазы (m_т), жидкости (m_ж) и газа (m_г). Объём образца складывается также из объёма твёрдой фазы (V_т), жидкой (V_ж) и газовой (V_г).

Отношение массы твёрдой фазы породы к занимаемому её объёму называют минералогической плотностью:

При проведении ГТИ определяется обычно объёмная плотность в г/см 3 ,

где т_в – масса влажного образца, г;

V – объём образца, см 3 ;

и минералогическая плотность

где V_c – объём сухого образца, см 3

где т_с-масса сухого образца, г.

Величина плотности горных пород изменяется в широких пределах для различных типов горных пород и зависит от минерального состава, плотности слагающих породу минералов, пористости породообразующих минералов, плотности жидкости и газов заполняющих её поровое пространство, структурно-текстурных особенностей породы и др. Значения плотности основных осадочных пород приведены в табл. 4.

С глубиной плотность горных пород возрастает, так как она обусловлена, главным образом, пористостью. Такая закономерность наиболее характерна для глинистых пород. При отсутствии зон АВПоД плотность глин закономерно возрастает с глубиной, а при их наличии эта закономерность нарушается за счёт зон разуплотнённых глин.

Общая, открытая и эффективная пористость

Пористость горных пород, слагающих коллектор, представляет собой совокупность пространств, заключённых между частицами твёрдой фазы, формирующей породу. По условиям образования пористость подразделяют на первичную и вторичную. Первичная пористость образуется в процессе отложений материала, вторичная – возникает при некоторых геологических процессах, следующих за процессом осадконакопления. Первичная пористость может быть межзерновой, характерной для терригенных пород, и межкристаллической, присущей карбонатным породам. Вторичная пористость образуется за счёт растрескивания, процессов растворения и выщелачивания, характерных для карбонатных пород. Пористость зависит не только от укладки зёрен породы, но и от их формы, распределения по размерам, наличия глинистого и цементирующего материала.

Различают общую, открытую, закрытую и эффективную пористость. Иногда оперируют трещинной и кавернозной пористостью.

Общая пористость включает в себя открытую и закрытую пористости и определяется совокупностью всех пустот в минеральном скелете породы и представляет собой отношение объёма пор в образце (V_п) к объёму образца (V), т.е. коэффициент открытой пористости будет

Коэффициент открытой пористости определяется как отношение объёма открытых пор в образце породы (V_n_._o_.) к объёму образца, т.е.

Закрытая пористость определяется объёмом изолированных пустот в образце породы.

Пористость горных пород – это совокупность пор, каверн и трещин, заключённых между частицами твёрдой (скелетной) части породы.

В зависимости от размера пор различают мегапоры (>10 мм), сверхкапиллярные (0,1-10 мм), капиллярные (0,001-0,1 мм) и субкапиллярные (<0.001 мм). Подавляющая часть субкапиллярных пор не пропускает жидкость при градиентах давлений, наблюдаемых в природе.

Конфигурация пор крайне разнообразна.

Эффективная пористость определяется объёмом порового пространства (V_п.д), по которому может происходить передвижение пластового флюида при перепадах давления встречающихся в природе.

Коэффициент эффективной пористости рассчитывается по формуле

Пористость пород-коллекторов с глубиной залегания пласта уменьшается, вследствие уплотнения породы под действием давления вышележащих слоёв, а также геотектонических сил. Влияние давления и температуры неодинаково на породы с различным литологическим составом, плотностью, минеральным составом, насыщенностью пластовыми водами, степенью цементизации зёрен и т.д.

При выносе керна на поверхность, когда происходит снижение пластового давления до атмосферного, а пластовой температуры до температуры окружающей среды, коэффициент пористости увеличивается, что необходимо учитывать.

Величина пористости горных пород изменяется в широком диапазоне: от долей процента (магматические породы) до 40% (глины в зонах АВПоД, газоносные песчаники). Наиболее распространённое значение пористости песчаников Русской платформы 17-24%.

Изучение коллекторских свойств горных пород на больших глубинах, показывает наличие мощных зон (до 500-800 м) вторичной пористости, обусловленных выщелачиванием карбонатных минералов под агрессивным воздействием углекислого газа и углеводородных газов в водорастворимой фазе, мигрировавших по разломам и трещинам в глубокопогружённые зоны низкопористых коллекторов с нарушенной стабильностью термодинамического равновесия (температура 150-200 0 С и давление 60-70 МПА). В этих природных условиях карбонатные минералы легко переходят в пластическое состояние и быстро растворяются. В формировании вторичной пористости участвуют также каолинизация глинистых материалов, микротрещинноватость, доломитизация и другие факторы.

С увеличением глубины залегания пород-коллекторов их промышленная значимость во многом зависит не только от величины общей пористости пород, а также от степени их трещиноватости и проницаемости.

глины

песчаники

3.6.2. Происхождение АВПД

Основные причины образования АВПД - естественные причины, скорость и условия осадконакопления, тектоника (палеодаления, разломы, надвиги, складки, диапиризм и др.), тепловое расширение, преобразования минералов, диагенез глин, органические преобразования.

3.6.3. Признаки АВПД

Признаки приближения и вхождения в зону АВПД

Основные характерные признаки	Вскрываемый разрез
Барьер давления	Переходная зона (АВПоД)	Зона АВПД
Градиент температуры раствора на выходе	-	+	+
Скорость проходки	-	+	+
Признаки неустойчивости ствола скважины	-	+
Уровень раствора в емкостях, скорость потока на выходе	0(+)	+
Угроза выброса раствора и пластового флюида или поглощения раствора	+
Плотность раствора на выходе	0(-)	-
Газосодержание раствора	+	+
Флюидные коэффициенты – отношение легких УВ к тяжелым УВ	-	+
Количество шлама на вибросите	-	+	0(+)
Размер частиц шлама	-	+
Плотность шлама	+	-	0(-)
Газонасыщенность шлама	+	+
Общая пористость пород	-	+
Открытая пористость пород	-	+

Примечание – изменение параметров относительно нормального изменения с глубиной:

0 - параметр не меняется, - - уменьшение параметра;

+ - увеличение параметра; ( ) - возможное изменение параметра.

3.6.4. Методы определения АВПД

3.6.4.1. Прямой метод – испытание пласта.

3.6.4.2. Оценочные методы – 1) по величине избыточного давления на устье закрытой скважины (+ гидростатическое давление); 2) по величине давления начала поглощения (теоретическая верхняя граница пластового давления); 3) по эквивалентной плотности бурового раствора (с учетом гидродинамических давлений) на момент поступления газа из пласта в скважину.

3.6.4.3. Косвенные методы (методы в процессе бурения)

Физическая основа методов – рост скорости разбуривания зон с аномально-высокми пластовыми и поровыми давлениями за счет снижения прочности породы (низкая плотность, высокая пористость) и снижения дифференциального давления в системе скважина-пласт.

При оценке скорости проходки следует учитывать:

· Изменение режима бурения,

· влияние износа долота

· влияние плотности раствора

· влияние литологии и прочих характеристик пород.

Все влияния учитываются в различных моделях бурения. Наиболее распространенный способ – d-экспонента.

3.6.5. Методы определения давления гидроразрыва пород

3.6.5.1. Прямой метод – тест на утечку – закачка в закрытую скважину раствора на малом расходе с контролем и регистрацией объема закачки и давления в скважине. Испытание проводится для первого вскрытого пласта ниже башмака обсадной колонны.

3.6.5.2. Косвенные методы определения градиента разрыва

· Метод Хабберта и Уиллиса

grad Pгр = К* (grad Pгор - grad Pпл ) + grad Pпл; К= 1/3 или К=1/2 –1/4

Недостаток – возможное занижение градиента в зонах АНПД и завышение в зонах АВПД

· Метод Мэтьюза и Келли

grad Pгр = К* (grad Pгор - grad Pпл). + grad Pпл; К – коэффициент эффективного напряжения, определяется методом эквивалентных глубин для разуплотненных зон по эмпирической зависимости К от глубины для данного региона.

grad Pгр = К* (grad Pгор - grad Pпл ) + grad Pпл; К=m / (1-m), m - коэффициент Пуассона для горных пород, m = 0,2-0,45. Требуется знание регионального коэффициента Пуассона. Определяется на базе фактических данных о гидроразрывах.

· Метод Кристмана (модификация метода Итона для морских месторождений)

· Метод Чезароне – учитывает влияние механического поведения пород на гидроразрыв.

1. для высокопластичных пород (глины, соли, мергели)

grad Pгр =grad Pгор;

2. для низкопроницаемых песков и песчаников

grad Pгр = 2m / (1-m) * grad Pгор + grad Pпл;

3. для высокопроницаемых упругих пород с глубоким проникновением фильтрата

Читайте также: