Аварии и осложнения при направленном бурении скважин

Спецвопрос  

Аварии и осложнения при направленном бурении скважин 

Аварией называется непредвиденное прекращение углубления скважины, вызванное нарушением состояния  буровой скважины или находящегося в ней бурового инструмента. При  этом отличительным признаком аварии обычно является наличие оставленных  в скважине деталей бурового снаряда  или инструмента, для извлечения которых необходимы специальные  работы. 

Осложнением называется затруднение углубления скважины, вызванное  нарушением состояния буровой скважины. 

При направленном бурении  скважин, отличающихся от обычных наличием интервалов с различной интенсивностью искривления, расположенных на разных участках трассы, возникают аварии и осложнения, которые связаны  с процессом искусственного искривления  и его последствиями, что требует  специальных методов по их устранению. 

Аварии и осложнения при направленном бурении можно  разделить на два вида: 

а) аварии и осложнения при искусственном искривлении; 

б) аварии и осложнения после искривления. 

Учитывая явно выраженную связь аварийности бурильных  труб с характеристикой кривизны скважин, полученной в результате применения отклоняющей техники, представляется целесообразным совместно рассмотреть  эти вопросы. 

Аварии 

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. 36): 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. 

Осложнения 

Обвалы пород возникают  вследствие их неустойчивости (трещиноватости, склонности разбухать под влиянием воды). Характерными признаками обвалов являются: 

1.  значительное  повышение давления на выкиде буровых насосов; 

2.  резкое повышение  вязкости промывочной жидкости; 

3.  вынос ею  большого количества обломков  обвалившихся пород и т.п. 

Поглощение промывочной  жидкости – явление, при котором  жидкость, закачиваемая в скважину, частично или полностью поглощается  пластом. Обычно это происходит при  прохождении пластов с большой  пористостью и проницаемостью, когда  пластовое давление оказывается  меньше давления столба промывочной  жидкости в скважине. 

Интенсивность поглощения может быть от слабой до катастрофической, когда выход жидкости на поверхность  полностью прекращается. 

Для предупреждения поглощения применяют следующие  методы: 

1.  промывка облегченными  жидкостями; 

2.  ликвидация  поглощения закупоркой каналов,  поглощающих жидкость (за счет  добавок в нее инертных наполнителей - асбеста, слюды, рисовой шелухи, молотого торфа, древесных опилок, целлофана; заливки быстросхватывающихся  смесей и т.д.); 

3.  повышение структурно-механических  свойств промывочной жидкости (добавкой жидкого стекла, поваренной соли, извести и т.п.). 

Газо-, нефте- и водопроявления имеют место при проводке скважин через пласты с относительно высоким давлением, превышающим давление промывочной жидкости. Под действием напора воды происходит ее перелив или фонтанирование, а под действием напора нефти или газа - непрерывное фонтанирование или периодические выбросы. 

К мероприятиям, позволяющим  избежать газо-, нефте- и водопроявлений, относятся: 

1.  правильный  выбор плотности промывочной  жидкости;  

2.  предотвращение  понижения ее уровня при подъеме  колонны бурильных труб и при  поглощении жидкости.  

Прихваты бурильного инструмента возникают по следующим  причинам: 

1.  образование  на стенках скважины толстой  и липкой корки, к которой  прилипает бурильный инструмент, находящийся без движения;  

2.  заклинивание  бурильного инструмента в суженных  частях ствола или при резких  искривлениях скважины, при обвалах  неустойчивых пород, при осаждении  разбуренной породы в случае  прекращения циркуляции.  

Ликвидация прихватов  – сложная и трудоемкая операция. Поэтому необходимо принимать все  возможные меры, чтобы их избежать. 

Причины аварий 

Технические причины  аварий 

1.  Неудовлетворительное  качество исходного материала  (механическая прочность, упругость,  твердость, морозостойкость, коррозиестойкость и т. д.), из которого изготовлены буровые установки, технологический, вспомогательный и специальный инструмент, контрольно-измерительные и регистрирующие приборы, технические средства для гидрогеологических и геофизических исследований в скважинах. 

2.  Применение  изношенных технических средств  со скрытыми конструктивными  недостатками или изготовленных  (отремонтированных) с нарушением. 

3.  Усталость металла,  возникающая в процессе эксплуатации  под действием различных нагрузок, меняющихся по величине и направлению.  

4.  Использование  технических средств, которые  не соответствуют в полной  мере своему назначению. 

5.  Низкие эргономические  показатели применяемых технических  средств, особенно в отношении  оптимального распределения функций  между человеком и машиной,  соответствия системы управления  и контроля психофизическим возможностям  человека, рационального конструктивного  решения рабочего места. 

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, нагрузку  при подъеме инструмента, давление  промывочной жидкости. 

2.  Необоснованный  выбор вида промывочной жидкости, применение которой не обеспечивает  выполнение гидродинамических (вынос  продуктов разрушения из скважины  на поверхность, размыв породы  на забое скважины) и гидростатических (предотвращение проникновения в  ствол воды из пластов, образующих  стенки скважины; сохранение стенок  скважины, сложенных неустойчивыми  породами, и т. п.) функций, функций  коркообразования и некоторых других. 

3.  Несоответствие  параметров глинистого или, другого  раствора условиям бурения скважины, вызванное некачественным приготовлением, несвоевременной заменой и несовершенной  системой его очистки от шлама.  

4.  Использование  тампонажных смесей и цементных растворов низкого качества, особенно в условиях нарушения целостности стенок скважины.  

5.  Неправильный  выбор области применения антивибрационных  средств, недостаточный учет геологических  и гидрогеологических условий,  включая геолого-структурные и  механические свойства горных  пород, степень минерализации  подземных вод, характер излива жидкости из скважин, диаметр бурения и др. 

6.  Плохая подготовка  скважины к геофизическим и  гидрогеологическим исследованиям  – некачественная проработка  ствола долотом или коронкой  номинального диаметра на всем  неукрепленном интервале с целью  ликвидации уступов, резких переходов  от одного диаметра к другому,  мест сужения и пробок; не обеспечение  однородности раствора по всему  стволу скважины и др. 

Организационные причины  аварий 

1.  Несвоевременное  проведение профилактических мероприятий  по предупреждению аварий и  простоев, которые могут привести  к созданию аварийной ситуации  на скважине, нечеткое выполнение  членами буровой бригады своих  обязанностей. 

2.  Нечеткая разработка  и осуществление мероприятий  по предупреждению и преодолению  геологических осложнений, вызывающих  прекращение углубки скважины. 

3.  Отсутствие  на буровой необходимых запасов  технологического, вспомогательного, аварийного и специального бурового  инструмента, материалов, ПЖ, запасных  частей для срочного ремонта  оборудования, особенно в ночных  сменах в соответствии с установленными  нормами. 

4.  Нерегулярное  проведение планово-предупредительного  ремонта, включая ежесменные осмотры  и плановые ремонты, проводимые  буровой бригадой. 

5.  Нарушения в  оформлении технической документации (буровом журнале, буровом рапорте,  журнале по технике безопасности, журнале профилактических ремонтов  и осмотров оборудования и  др.), искажающие объективное освещение  геолого-технической и организационной  обстановки на буровой вышке. 

6.  Внезапное прекращение  подачи электрической энергии  без предупреждения буровой смены,  диспетчерской службы или руководства  партии (экспедиции), не позволившее  своевременно принять меры к  извлечению технологического инструмента  или измерительного прибора из  скважины. 

7.  Отсутствие  радиотелефонной связи с буровой,  необеспечение технического надзора в ночных сменах, особенно на отдаленных объектах и при бурении скважин в сложных условиях. 

8.  Нарушения существующих  норм и правил предупреждения  аварий, особенно при бурении  направленных и глубоких скважин,  а также при пересечении обвалившихся  и пучащихся пород, плывунов, карстовых  пустот, каверн, поглощающих горизонтов  и других неблагоприятных зон,  затрудняющих углубку буровой скважины. 

9.  Недостаточная  теоретическая и практическая  подготовка рабочих, обслуживающих  буровые установки и геофизическую  (гидрогеологическую) аппаратуру.  

10.  Неточное выполнение  производственных инструкций по  комплектации и эксплуатации  бурового инструмента, особенно  по профилактике аварий с породоразрушающим инструментом, колонковыми, шламовыми и бурильными трубами и элементами их соединений, при бурении направленных скважин, а также при пересечении сбросовых и трещиноватых зон, рыхлых, слабосвязанных, слоистых, агрегатированных, перемятых и абразивных горных пород. 

Кроме перечисленных  причин, существует ряд косвенных  факторов, влияющих на возникновение  аварий при бурении скважин. К  ним относятся: глубина и конструкция  скважин; оснащение буровых установок  контрольно-измерительными и регистрирующими  приборами; механизация и автоматизация  спускоподъемных операций; скорость бурения; интенсивность искривления  скважины и др. Эти факторы в  отдельных случаях служат непосредственными  причинами аварий. 

Основные виды аварий и осложнений при направленном бурении  и пути их снижения 

При искусственном  искривлении, как правило, возникают  аварии, связанные с отказами отклоняющей  техники: преждевременное отсоединение клина при спуске в скважину, заклинивание, прихват и обрыв снаряда при  отбурке от клина и расширении ствола, обрыв несущих валов, поломка подшипниковых, стабилизирующих и распорных узлов в отклонителях непрерывного действия, поломка шарнирных узлов в специальных гибких компоновках и т. п. При этом наиболее сложной аварией признана поломка шарнира. Ликвидация таких аварий требует много времени [2]. 

Анализируя аварии при искусственном искривлении, можно выделить следующие причины  их возникновения [2]: 

· недостаточный  уровень надежности применяемой  техники;