книги / Предупреждение и борьба с авариями в бурении

6. Т уш ение пож ара па фонтаппрую щ их скважинах

Ликвидация пожара связана с удалением горючих материалов, находящихся вблизи скважины, и преимущественным охлажде­ нием окружающей почвы обильным поливанием водой. Какой бы метод тушения ни применялся, перегретая почва вызывает часто пов­ торное загорание скважины.

Наиболее простой метод тушения заключается в заводнении ствола фонтанирующей скважины. При этом происходят охлажде­ ние газа и выбрасывание воды в виде тумана, препятствующего горению.

Потребный напор воды, способный вызвать ликвидацию огня, зависит от давления фонтанирующей скважины и трудно осуще­ ствим, за исключением случаев, возникающих при благоприятных топографических условиях.

Горящую скважину можно погасить также при помощи пара. Вокруг скважины на расстоянии, как можно ближе к обсадной ко­ лонне, монтируется кольцевой паропровод, снабженный отверсти­ ями, расположенными так,, чтобы струи пара обволакивали со всех сторон пламя.

Пожары скважин с большим дебитом и давлением, когда изло­ женные выше методы не применимы (если даже и будут скомбини­ рованы), иногда тушат при помощи взрывов. При этом методе пред­ полагается размещать заряды (от пяти до шести) взрывчатого вещества вокруг ствола по возможности ближе к нему и к основанию факела огня. Взрыв всех зарядов должен производиться одновременно.

Количество взрывчатого материала определяется опытным пу­ тем. В одном из известных случаев тушения горящего фонтана последовательно использовались заряды из 70 и 150 л нитроглице­ рина. Последняя цифра является рекордной.

Взрывчатка, состоящая из динамита или нитроглицерина, заря­ жается в металлические бочки Ь, обшитые внутри пластинками ас­ беста толщиной 75 мм (с, с). Вместе со взрывчаткой в бочку поме­ щается и электрический взрыватель.

Для правильного размещения бочек со взрывчаткой исполь­ зуются металлические тележки обычной формы на двух колесах (/, /). На каждой тележке помещают 2—3 бочонка, лежащие на дуге окружности (рис. 42).

Тележки перемещаются при помощи канатов (а, а), привязанных к ручкам и помогающих центрировать заряды по отношению к ко­ лонной головке.

Применение взрывов необходимо также и для удаления от устья скважины отдельных деталей оборудования или разрушенных фон­ танированием устьевых установок (например, протпвовыбросной установки). Для этого заряд, вес которого меньше, чем в предыдущих случаях, подтягивается как можно ближе к объекту, после чего оц взрывается. Эффект взрыва влияет быстрее на болтовые соединения, чем на собственно объект.

Пример. Конструкция скважины: 123/4" колонна спущена и зацементирована на глубине 150 л; b3/ i ' колонна спущена и заце­ ментирована на глубине 1300 м.

При первом опробовании скважина дала газ; при закрытой сква­ жине зарегистрировано максимальное давление 100 am.

Позднее были опробованы вышележащие горизонты. Для этого задавили скважину водой, а затем в ствол скважины закачали гли­ нистый раствор. Начали поднимать фонтанные 21 а,/ трубки, но пер­ вая же муфта зацепилась в приспособле­

жины. Провели вокруг скважины водопровод с большим числом пожарных кранов и шлангов, пригнали 11 тракторов и одну лебедку, доставили асбестовые костюмы и приступили к разбору нагромождения железа, начав с буровой вышки, которая была более доступна.

Привязали спаренные 28-лш канаты к ногам вышки и потащили ее одновременно восемью тракторами, но канаты не выдержали та­ кой нагрузки. Разрывы канатов происходили в узлах вследствие пе­ ретирания их о грани уголков вышки. После нескольких неудачных попыток вставили между канатом и уголками кусок бревна (рис. 43) для более лучшего распределения усилий. Одиннадцатью тракторами удалось сломать вышку. Затем остатки вышки удалили, выдернув ноги ее из фундамента.

Таким же образом вытащили буровую лебедку, платформу под двигатели и редуктор совместно с бетонными опорами. Осталось вытащить основание вышки, на котором находились ротор, талевый блок, фонтанные трубки и т. д., а на устье скважины перемятые

132

изогнутые фонтанные трубки. Работали в тяжелых условиях по при­ чине близости огня. Человек, одетый в асбестовый костюм и охлаждае­ мый несколькими пожарными шлангами, приближался к огню для прикрепления канатов, в то время как вода, выбрасываемая де­ сятью другими шлангами, обеспечивала свободное пространство, отдаляя пламя назад.

После удаления основания вышки, ротора и талевого блока условия работы немного улучшились, так как пламя раньше было направлено на препятствия, от которых оно рас­ сеивалось. Вытащили железные корпуса приемных

этих двух колони при помощи сварки.

Для опускания арматуры на устье скважины было применено приспособление «Газ-метан-медиаш» (рис. 45). Оно состоит из сле­ дующих частей: 1) подъемной гидравлической колонны, жестко связанной, посредством опоры постамента с передвижными санями (это массивные, металлические конструкции); 2) передней горизон­ тальной стрелы, укрепленной на подъемной колонне, несущей на шарнирном звене арматуру для установки на устье скважины; 3) задней стрелы, имеющей вдвое большую длину. Эта стрела пред­ назначена для уравновешивания передней стрелы и для управления посадкой арматуры.

Вертикальное перемещение приспособления составляет 2 .w и регулируется путем маневрирования водяными вентилями да­ вления.

133

Вентиль на верхней части подъемной колонны остается частично открытым для охлаждения системы.

Всю установку вместе с приспособлением для закрытия скважины (рис. 44) монтировали вблизи скважины, а затем подтягивали и центрировали по устью при помощи двух тракторов и нескольких

Рис. 45. Гидравлическое приспособление для опускания арматуры для каптажа фонтанирующей; скважины типа газ-метан — медиаш.

центрирования и произвели сварку кислородно-ацетиленовым пла­ менем. Закрыли 8 5/в" задвижку, а, следовательно, закрыли и сква­ жину. После этого начали закачивать воду в скважину тремя цемен­ тировочными агрегатами. Максимальное давление достигало 60 am. Когда давление закачки упало до 10 am, закачали 30 м 3 глинистого раствора удельного веса 1,3 г!см3, после чего заглушили скважину.

Пример. Одна из скважин была закончена бурением на глубине 2040 ль и обсажена 53/V' колонной. Скважину бурили с целью до­ бычи газа. После цементирования b3U 'r колонна была немного растянута и приварена к 1 0 3/ 4" фланцу технической колонны, после этого произвели перфорацию непосредственно против продуктив-

134

лого горизонта. Фонтанная арматура была снабжена коренной 4" задвижкой (диаметр внутреннего проходного сечения равнялся 313/ IG", подвешенными 2" насосно-компрессорными трубами, имев­ шими наружные утолщения. Длина насосно-компрессорных труб равнялась 2 0 0 0 м.

Скважина была освоена путем замены глинистого раствора на воду. Спустя несколько часов после этого, услышали мощный шум в месте герметизирующего фланца, напоминающий стравливание газа.

Спустя некоторое время возник фонтан газа, образовавший не­ большой грифон иа расстоянии около 140. м от скважины. Прибли­ зительно в то же время скважина, откуда брали воду для питания паровых котлов, начала также фонтанировать газом. Глубина сква­ жины была 85 м, и она была расположена на половине расстояния между газовой скважиной и возникшим грифоном.

В газовую скважину была спущена (помимо 5°/1" колонны) и зацементирована 103/<Г' колонна иа глубине около 300 м.

до 35 am.

Все эти факты привели логически к гипотезе обрыва 5 3/Y' ко­ лонны, в месте сварки к герметизационному фланцу, давая возмож­ ность газу уходить под башмак lCP/Y' колонны.

Попытка задавить скважину путем закачки глинистого раствора по фонтанным трубкам была безуспешной, так как скорость выноса глинистого раствора газом была так велика, что в верхней части экс­ плуатационных трубок создавался вакуум.

Попробовали закачивать цементный раствор в эксплуатационные •трубки (50 000 кг) с максимальной скоростью. Спустя несколько ми­ нут после цементирования, цемент был выброшен наружу через грифон.

Попробовали перекрыть поток газа пакером, воспользовавшись чем, что скважина не несет песок, но состояние скважины не изме­ нялось.

Смонтировали установку для извлечения 2 " эксплуатацпоппых трубок под давлением. После подъема приблизительно половины

.эксплуатационных труб из ствола скважины заметили, что воздей­ ствие газа было столь сильным, что вес неизвлечешшх труб (около 1100 м) начал уменьшаться. Произведенный расчет с учетом вели­ чины горного давления 0,23 ат/м позволил оценить существующее в скважине давление в 252 am. Это обстоятельство увеличило риск проводимой операции, которая и так была достаточно сложной. Позднее отказались от подъема остальных эксплуатационных труб л продолжали изыскивать другие средства задавливания скважины.

Оставалось единственное решение: осуществить герметизацию между эксплуатационными трубами и эксплуатационной 53/.Г' колонной ниже места сообщения с 103/Y' колонной. Несколько раз пытались спустить сжимаемый пакер через фонтанные трубки, но ■он застревал в колонной головке.

135

Тогда спроектировали пакер особой конструкции (рис. 46), состоявший из некоторого числа цепей, верхние концы которых были приварены к муфте, которая в свою очередь была приварена с внеш­ ней стороны к фонтанным трубкам. Нижние концы цепей были за­

и большим скоростям, с которыми они поднимались вверх, мячи смогли пройти без особых трудностей по межтрубному пространству.

Закачали воду в скважину. Давление возросло до 245 am, после чего пласт начал принимать воду. Тогда стали вновь закачивать тяжелый глинистый раствор, заглушив окончательно скважину.

136

Пример. Скважину бурили для эксплуатации III горизонта миоцена. По отношению к структуре она была расположена вблизи оси антиклинали.

Состояние скважины на день фонтанного проявления было сле­

С глубипы 1768 м перед вскрытием миоцена бурение продолжали 180-лш долотом, 472" бурильными трубами и глинистым раствором удельного веса 1,23 г/см5.

К 8 час. утра проходка па долото резко возросла. Менее чем за 2 часа было пробурено 1 2 м. Только тогда заметили фонтанное про­ явление на устье скважины. Очевидно, долото, вскрыв миоцен, вошло в газоносные пласты. На облегчение столба глинистого рас­ твора повлияли следующие факторы: высокое пластовое давление вскрытых продуктивных пластов; местоположение скважины в своде структуры; высокая скорость разбуривания газоносного пласта при удельном весе глинистого раствора, не обеспечивающем условии превышения гидростатического давления столба жидкости в сква­ жине над пластовым давлением.

Заметив проявление, тут же прекратили бурение, но циркуля­ цию не останавливали, и немедленно стали закрывать превентер (накидной конус-пробку).

Между тем проявление очень быстро развивалось и переросло в фонтан. Это сделало почти невозможным работу с задвижками манифольда превентера для контроля над скважпной. Однако рези­ новые кольца Беттиса, смонтированные на колонне бурильпых труб, были разорваны и вынесены фонтаном, вследствие чего забились задвижки. В таком виде фонтанирование до некоторой степени приглушенное продолжалось. Затем обратили внимание на эрозию, производимую глинистым раствором у устья скважины, и выключили насосы, дав возможность скважине перейти на фонтанирование газом.

Спустя некоторое время в кольцевом пространстве 8 V2" колонны также от разрушения колец Беттиса образовалась пробка. По этой причине фонтанирование прекратилось постепенно в течение 16 час. Однако стало расти давление в бурильных трубах. Все попытки за­ крыть предохранительный кран, смонтированный под вертлюгом,

и в буровом шланге. В то же самое время была восстановлена вся превентерная система на скважине. Приступили также к монтажу лубрикатора. Между тем давление в буровом шланге возросло до175 am, вследствие чего произошел обрыв патрубка горловины вертлюга. После этого скважина перешла на открытое фонтанирова­ ние газом через бурильные трубы, а крап продолжал оставаться открытым.

Пробовали закачать глинистый раствор в обсадную колопну. Но уже в самом начале заметили, что предохранительная 8 " задвижка

13Т

не может обеспечить надежной герметизации устья, так как вслед­ ствие удара, вызванного фонтанированием, болты на фланцах и крыш­ ках удлинились.

Затем попытались закрыть предохранительный кран, используя паровую машину и быстро смонтированную лебедку (фрикцион). После

.56 час. свободного фонтанирования смогли, наконец, закрыть пре­ дохранительный кран. Как установили позднее, конус крана прово­ рачивался вместе с бронзовой буксой, способствуя еще большим про­ пускам газа.

Когда скважина оказалась под контролем, стали готовиться к закачке через бурильные трубы вначале воды, а затем глинистого раствора. В это время обнаружили, что бурильные трубы не при­ нимают жидкости. При попытке прокачать жидкость давление под­ нялось до 200 am и бурильные трубы порвались вблизи устья сква­ жины (20 м). Отметим, что бурильные трубы были забиты кристал­ логидратами, вследствие чего пропускалось лишь незначительное количество газа. Это явление произошло также и в обсадной нолонне.

Отремонтировали и восстановили колонну бурильных труб, за­ менили вертлюг фонтанной головкой и смонтировали лубрикатор, изготовленный из 8 W ' обсадных труб и опробованный на 250 am.

Учитывая, что в бурильных трубах образовалась гидратная пробка, и опасаясь, что она растет, работы вели в спешном порядке и даже не сменили дефектного предохранительного крана. Опасение было обоснованно потому, что пробка растаяла почти мгновенно и за счет неожиданности поверхностное оборудование устья подверг­ лось новому удару. Попытка использовать лубрикатор для закачки соленой воды во избежание вторичного обмерзания не дала результа­ тов, так как она вытекала из негерметичной головки крана. Тогда просверлили корпус крана и ввели под давлением в пространство между крышкой и корпусом крана суриковую пасту, смешанную с толченой коноплей, достигнув герметизации. С помощью лубрика­ тора закачали за сутки в бурильные трубы 12 000 л воды. Давление упало от 175 до 70 am.

После того как закачали в трубы еще 2000 л воды, давление упало до пуля.

Работы по ликвидации открытого фонтана продолжались 45 дней.

Очень похожий случай произошел на другой скважине.

Забой скважины находился в миоцене на глубине около 2700 и, когда произошел мгновенный выброс. Бурильщик приподнял рабо­ чую трубу над столом ротора, надел на нее накидной конус-пробку и приготовился к возобновлению циркуляции раствора через шту­ цер. Для этого не хватило времени, так как давление в бурильных трубах очень быстро увеличилось, вследствие чего порвался буровой шланг в непосредственной близости к вентилю на вертлюге, не да­ вая возможности его закрыть, поэтому произошло открытое фонта­ нирование с оглушительным шумом.

438

Для ликвидации фонтанирования производили следующее: отвинчивали рабочую трубу; добавляли к нижней части рабочей трубы фонтанную головку

<с двумя коренными и двумя боковыми задвижками; навинчивали рабочую трубу вместе с фонтанной арматурой на

бурильные трубы; закрывали скважину.

После закрытия скважины манометр показал давление 185 am; работы по ликвидации аварии длились 36 час.

Г л а в а IV

БОРЬБА С ПОГЛОЩЕНИЯМИ И УХОДАМИ ЦИРКУЛИРУЮЩЕГО РАСТВОРА

1.КЛАССИФИКАЦИЯ УХОДОВ ПРОМЫВОЧНОЙ жидкости

ВПЛАСТ (ПО А. А. ГАЙВОРОНСКОМУ)

Благодаря перепаду давления между гидростатическим столбом жидкости в скважине и вскрываемым пластом циркулирующая промывочная жидкость при бурении скважин может поглотиться. Характер поглощающей зоны определяется из положения статиче­ ского и динамического уровней в стволе скважины в функции про­ изводительности насосов.

Объем поглощаемой жидкости в зависимости от давления может быть определен по формуле Дарси, выразив скорость течения жид­ кости через дебит и заменив трещины и каверны каналами малого диаметра.

Классификация поглощающих зон по А. А. Гайворонскому ба­ зируется на приемистости вскрытых интервалов трещиноватых и кавернозных пород, когда для бурения в качестве промывочной жид­ кости применяют воду.

На основании изучения работ, проводившихся в Татарии в 1952— 1955 гг. по борьбе с поглощениями буровых растворов для предот­ вращения осложнений, были предложены классификация зон, по­ глощающих жидкость, и мероприятия по борьбе с осложнениями.

Класс ификация зон

Здесь К — коэффициент поглощения промывочной жидкости пластом.

139

Если К < 1, потеря промывочной жидкости устраняется пе­ реходом с бурения водой к бурению на глинистом растворе.

Если К — 1,3, поглощение ликвидируется путем цементиро­ вания.забоя быстро схватывающейся цементной смесыо в количестве 5—10 т с большой вязкостью.

15, цементирование производится в соответствии с описанным выше пунктом).

Если К > 25, переходят к бурению без восстановления цирку­ ляции на поверхности и спускают промежуточную колонну. Расход поглощаемой жидкости определяют, измеряя падение уровня в при­ емных емкостях.

Формула, на основании которой вычислялся коэффициент по­

и статическим при количестве прокачиваемой жидкости, равному 0; h — дополнительное давление восходящего потока жидкости, те­ ряющееся на преодоление гидравлических сЬпротивлений в коль­ цевом пространстве при наличии частичной циркуляции в погло­ щающем пласте, в м вод. ст.

Формула была проверена и подтверждена замерами, проведен­ ными на многих скважинах в СССР.

Динамический уровень является единственным показателем, который трудно определить. Динамический уровень определяется таким образом: в скважину спускают бурильные трубы приблизи­ тельно на 5—10 м ниже статического уровня.

Из ротора вынимают клинья, а элеватор с подвешенными буриль­ ными трубами подтаскивают к направлению и опускают на стол ротора.

На рабочую трубу навинчивают переводник с бурильным зам­ ком из 2" трубы длиной 1,5—2 м.

После этого ниппель опускается между направлением и буриль­ ной трубой.

140