Анализ риска аварийной ситуации при бурении скважин

Прихватом называется авария в скважине, которая характеризуется частичным или полным прекращением движения бурового инструмента, обсадных труб или геофизических приборов. Прихваты разделяются на следующие наиболее распространенные виды.

Прихват шламом. Прихваты шламом происходят во время всех операций, когда буровой инструмент находится в скважине.

Прихват горными породами. Этот вид прихвата возможен при: нарушении целостности и устойчивости стенок скважин; прижоге породоразрушающего инструмента; расклинивании керном, растерянным по стволу скважины или оставленным на забое; пересечении старых горных выработок и пустот, заполненных обломочным, сыпучим материалом и др.

Прихват глинистой коркой. Этот вид аварии происходит вследствие прилипания бурового снаряда к глинистой корке, образуемой на стенке скважины из-за перепада давления жидкости.

Прихват осколками металла породоразрушающих инструментов или отколовшимися кусками муфтовозамковых соединений.

4.2 Прихват предметами, упавшими в скважину

К авариям с обсадными колоннами и элементами их оснастки относятся аварии со спускаемыми, спущенными и зацементированными обсадными колоннами или их частями, вызванные: разъединением по резьбовым соединениям; обрывом по сварному шву; смятием или разрывом по телу трубы; повреждением обсадной колонны при разбуривании цементного стакана, стоп-кольца, обратного клапана и направляющей пробки.

К авариям из-за неудачного цементирования относятся прихваты затвердевшим цементным раствором колонны бурильных труб, на которой спускалась секция обсадных труб или хвостовик; отказ в работе и повреждение узлов подвески секции обсадной колонны, нарушающие процесс крепления и дальнейшую проводку скважины; оголение башмака или недоподъем цемента, если требуются дополнительные работы по устранению нарушений.

К авариям с забойными двигателями относится оставление турбобура, электробура, винтового двигателя или их узлов в скважине вследствие поломок или разъединения с бурильной колонной.

К падению в скважину посторонних предметов относится падение вкладышей ротора, роторных клиньев, ключей, кувалд и других ручных инструментов и приспособлений, с помощью которых проводились работы над устьем скважины.

К прочим авариям, происшедшим в процессе бурения, относятся аварии при промыслово-геофизических работах в скважине (прихваты и оставление в скважине каротажного кабеля, различных приборов, грузов, шаблонов, торпед и других устройств, применяемых при исследовании скважины и вспомогательных работах в ней).

4.3 Профилактика аварий

Общее руководство и ответственность за проведение профилактических мероприятий по предупреждению аварий возлагаются на главного инженера буровой организации.

На лиц, действия которых привели к нарушению утвержденного плана ликвидации аварий и к ее усложнению, налагаются административные взыскания в соответствии с трудовым законодательством.

Лица, умышленно скрывающие аварии и не принимающие требуемых мер по их предупреждению, привлекаются к строгой ответственности.

Ответственность рабочих, инженерно-технических работников и служащих, виновных в возникновении аварий, предусматривается положениями и инструкциями по безопасному ведению работ и трудовым законодательством.

5 Факторы, способствующие возникновению аварий [1]

Все факторы и причины, влияющие на возникновение аварий при бурении скважин, можно разделить на три основные группы: технические, технологические и организационные.

5.1 Технические причины аварий

1) низкое качество исходного  материала (механическая прочность, твердость, морозостойкость, коррозиестойкость, упругость и т.д.), из которого изготовлены буровые установки, технологический, вспомогательный и специальный инструмент, технические средства для гидрогеологических и геофизических исследований в скважинах и другие устройства или их отдельные агрегаты, узлы, детали;

2) применение недопустимо изношенных технических средств со скрытыми конструктивными недостатками или изготовленных (отремонтированных) с нарушением ГОСТа, ОСТа, ТУ;

3) усталость металла, возникающая в процессе эксплуатации под действием различных нагрузок, меняющихся по значению и направлению;

4) использование технических средств, разрешающие способности которых не обеспечивают их индивидуальное или комплексное назначение;

5) низкие эргономические показатели технических средств, особенно при оптимальном распределении функций между человеком и машиной, а также соответствии системы управления и контроля психофизическим возможностям человека, рациональном конструктивном решении рабочего места и т.п.

5.2 Технологические причины аварий

1) неправильный выбор  и нарушение рациональных параметров  режима бурения (осевая нагрузка, частота вращения, расход промывочной  жидкости) и параметров процесса  бурения, включая механическую скорость, крутящий момент, усилие на подъем  инструмента, давление промывочной  жидкости;

2) несоблюдение рациональной последовательности правил крепления скважины (цементирование);

3) неправильный выбор типа промывочного агента, применение которого не обеспечивает выполнение гидродинамических, гидростатических и других функций, включая функции коркообразования;

4) необоснованный выбор рецептур промывочных жидкостей, тампонажных смесей и цементных растворов;

5) использование материалов и реагентов для приготовления промывочной жидкости низкого качества;

6) недоучет геологических и гидрогеологических условий, степени минерализации подземных вод, характера излива жидкости из скважины;

7) неудовлетворительная подготовка скважины к гидрогеологическом и геофизическим исследованиям (некачественная проработка ствола на всем незакрепленном интервале долотом номинального диаметра с целью ликвидации уступов, резких переходов от одного диаметра к другому, мест сужения и пробок);

8) необеспечение однородности раствора по всему стволу скважины и др.

5.3 Организационные причины аварий

1) низкая трудовая дисциплина  и квалификация бригады буровых  установок и буровых мастеров, выражающиеся в невыполнении  или ненадлежащем выполнении  своих обязанностей;

2) нерегулярное проведение планово-предупредительного ремонта;

3) невыполнение профилактических мероприятий по предупреждению аварий, простоев и длительных остановок буровых агрегатов;

4) несовершенство диспетчерской службы, отсутствие радиотелефонной связи с объектами, расположенными на отдаленных участках;

5) неудовлетворительное материально-техническое обеспечение; несоответствие режима сменности вахт естественному биологическому ритму жизнедеятельности человека и др.

 

6 Геологические причины аварий

Нарушение целостности стенок скважин; обстоятельства, не зависящие от исполнителей трудового процесса, - каждая из перечисленных причин может обусловливать возникновение одного или нескольких видов аварий. Сочетание их, встречающееся наиболее часто, вызывает сложные (комбинированные) аварии.

Кроме прямых причин, непосредственно вызывающих возникновение аварий, существуют косвенные факторы, уменьшающие или увеличивающие вероятность их появления. К ним относятся: способ бурения; глубина и конструкция скважин; оснащение буровых установок контрольно-измерительными и регистрирующими приборами; степень автоматизации и механизации спускоподъемных операций; скорость бурения скважин; тип породоразрушающего инструмента, бурильных и обсадных труб и элементов их соединений; компоновка низа бурильной колонны; интенсивность пространственного изменения оси скважины и др. Эти факторы в отдельных случаях превращаются в непосредственные причины аварий и снижают технико-экономические показатели буровых работ.

Несмотря на многообразие факторов, влияющих на возникновение аварий, большая часть аварий происходит по вине исполнителей работ или их недостаточной квалификации. Однако некоторые обстоятельства все-таки повышают вероятность возникновения аварий. К ним могут быть отнесены: недостаточная геологическая изученность района, увеличение глубины скважин, сейсмические особенности района, необходимость осуществления буровых работ при недостаточной материальной оснащенности и др.

6.1 Наиболее часто встречающиеся аварии

Один из наиболее тяжелых видов аварий - прихват колонн труб при бурении скважин.

Аварийным прихватом следует считать непредвиденный при сооружении скважины процесс, характеризующийся потерей подвижности колонны труб или скважинных приборов, которая не восстанавливается даже после приложения к ним максимально допустимых нагрузок (с учетом запаса прочности). Причины их различны.

Прихваты у стенки скважины под действием перепада давления (между гидростатическим и пластовым) возможны при наличии в стволе скважины проницаемых отложений использовании в качестве промывочного агента глинистого раствора.

Прихваты вследствие заклинивания низа колонн труб характерны для зон сужения стволов скважин, вызванных сработкой долот по диаметру в твердых породах; для интервалов кавернообразования и др. Как правило, такие прихваты происходят при спуске инструмента и характеризуются его полной разгрузкой.

Прихват в результате желобообразования сопровождается появлением мгновенных больших затяжек при подъеме инструмента. Попытки освободить инструмент дополнительными натяжками приводит к еще большему затягиванию его в желобную выработку. Обычно циркуляция после возникновения прихвата восстанавливается легко, но она не способствует освобождению инструмента.

Прихваты вследствие сальникообразования возникают в основном при разбуривании глинистых отложений или хорошо проницаемых пород, на которых формируется толстая фильтрационная корка.

Прихваты в результате нарушения устойчивого состояния пород приурочены к интервалам обвалообразования и осыпей, а также пластического течения пород, слагающих стенки скважин.

Прихваты испытателей пластов при опробовании скважин в процессе бурения в большинстве случаев происходят вследствие "заклинивания" фильтра при интенсивном притоке жидкости из пласта с частицами породы, который может сопровождаться обвалом.

6.1.1 Заклинивание долот

Причинами заклинивания алмазных долот являются:

-·резкая посадка в зоне сужения ствола скважины и в призабойной зоне в результате спуска долота без ограничения скорости, особенно в необсаженной части ствола скважины;

-·преждевременное прекращение циркуляции бурового раствора перед подъемом колонны с алмазным долотом, чаще во время процесса наращивания;

-·недостаточная промывка скважины через долото, утечки раствора через негерметичные участки бурильной колонны и ниппель турбобура, а также из-за малой подачи бурового раствора насосами;

-·бурение скважины при несоответствующем соотношении размеров долота, УБТ и забойного двигателя;

Случаи заклинивания алмазного долота часты при первом спуске его в скважину или после работы трехшарошечными долотами, а также после длительной работы алмазного долота на забое без подъема.

При бурении скважин алмазными долотами из-за недостаточного крепления, а также вследствие изнашивания тела долота могут выпадать алмазы. Выпавшие алмазы ломают и крошат другие алмазы в долоте, что может привести его в негодность.

С турбобурами происходят следующие аварии: поломка корпуса турбобура по телу; срыв резьбы по резьбовому соединению верхнего переводника турбобура с корпусом, верхнего секционного корпуса турбобура с переводником на нижний корпус и т.д.; отвинчивание роторной гайки и контргайки турбобура; слом вала турбобура; отвинчивание ниппеля; отсоединение турбобура от бурильной колонны.

При работе с турбодолотами основное число аварий происходит из-за поломок валов. Конструкция турбодолот мало отличается от конструкции турбобуров, но эти изменения - источник возникновения новых разновидностей аварий. К ним относится слом вала турбодолота, причина которого - ослабление прочности вала отверстием под колонковую трубу. Наибольшее число аварий приходится на те валы, которые имеют разную толщину стенок. Однако и при одинаковой толщине стенок вала бывают случаи слома его по телу, преимущественно в верхней части у конца сбега резьбы под гайку или в местах, близких к резьбе. В результате в скважине остаются вал с нижним переводником и долото.

К основным причинам аварий с турбобурами и турбодолотами относятся: нарушение технологии и техники бурения и неправильная эксплуатация; недостатки организации ремонта; наличие большего числа резьбовых соединений и узлов, не удовлетворяющих требованиям предельной прочности и износоустойчивости; заводской брак деталей.

6.1.2 Аварии с крепью скважины

При цементировании обсадных колонн, спускаемых на большие глубины, нередки случаи обрыва колонн из-за резкой разницы температур колонны и закачиваемого раствора. Такие явления характерны для тех случаев, когда низ обсадной колонны опирается на забой или нижнюю секцию колонны (или прихвачен), а верх ее жестко посажен на клинья или элеватор. В подобных случаях необходимо учитывать изменение длины колонны от температуры. Закачка в нагретую колонну холодного бурового или цементного раствора ведет к деформации колонны с последующим взрывом трубы из ее муфты.

Известны случаи оставления цементного раствора в эксплуатационной колонне из-за быстрого схватывания его - образуется цементный стакан различной высоты. Иногда при разбуривании стакана нарушается целостность обсадной колонны. Причины оставления цементного раствора в колонне - ошибки при расчетах количества продавочной жидкости. Другими причинами оставления цементного раствора в обсадных колоннах могут быть: несоответствие качества тампонажного цемента температурным условиям скважин, приводящее к преждевременному схватыванию цементного раствора; применение для затворения цемента воды, загрязненной солями и другими жидкостями и веществами, сокращающими сроки схватывания цементного раствора; отсутствие контроля за качеством приготовления цементного раствора.