книги / Предупреждение и борьба с авариями в бурении

Рнс. 13. Монтажная схема установки по получению и применению глинистого раствора.

Условные обозначения:

1 — поступление глинистого раствора; 2 — выход глинистого раствора; з — паропроводы; 4 — эвакуация газа; 5 — насос для перекачки; 6 — насос для смешения; 7 — дегазифнкатор;

8 — лубрикатор; 9 — манометр для замера давления; 10 — турбина; 11 — буровой насос; 12 — нагнетательная линия; 13 — вентили; 14 — резервуар 79 495 л; 13 — резервуар 79 495 л; 16 — материальный склад; 17 — резервуар для смеси; 18 — приемный резервуар; 19 — желоб; 20 — вибросито; 21 — заполнение устья скважины; 22 — пар для скважины; *3 — пол буровой площадки; 24 — машинный сарай; 25 -— стояк; 26 — истечение жидкости

пз ствола скважины.

41

Из практики бурения скважин в районе Лилиешти-Цинтя из­ вестно, что большинство из них были доведены до проектной глу­ бины при применении для промывки естественного глинистого рас­ твора. Для уменьшения вязкости раствора использовали дубитель (квебрахо) в щелочном растворе, а также гексаметафосфат натрия н пирофосфат натрия в щелочном растворе. Были получены очень хорошие результаты. Были и отрицательные результаты (при­ близительно 5% от общего количества пробуренных скважин), для устранения которых использовали синтетический глинистый рас­ твор, приготовленный на соленой воде с силикатом натрия. Обвалообразование, которое началось при бурении с применением нормального глинистого раствора, было приостановлено.

Была пробурена также скважина (единственная) с промывкой раствором на нефтяной основе. Бурение проходило без осложнений.

После окончания бурения и спуска эксплуатационной колонны (скважина имела одноколонную конструкцию) скважину сравни­ тельно легко освоили и она имела повышенную производительность.

Следует учесть, что какой бы вид глинистого раствора не приме­ нялся, нельзя полностью предотвратить уход циркуляции промы­ вочной жидкости в проходимые пласты. Любая жидкость играет роль смазки в плоскостях трещиноватости или разделов. (Бурение с продувкой забоя воздухом или газом подтвердит или отвергнет эту гипотезу.) Поэтому при монтаже установки необходимо преду­ сматривать возможность перехода без потерь времени с одного рас­ твора на другой. На рис. 13 приведена типовая монтажная схема установки по получению и применению глинистого раствора с различными физическими параметрами.

Техника бурения в обваливающихся и осыпающихся породах

Выше упоминалось, что проявления обвалообразования и осы­ пей отдельных формаций зависят от времени. Поэтому применение глинистого раствора высокого качества еще не является достаточ­ ным для предотвращения обвалов. Отсюда, во избежание, простоев и обеспечения оптимального режима бурения, необходимо создать наилучшие условия для работы.

В монтажной схеме буровой установки нужно предусмотреть резервы для устранения разного рода простоев, а именно:

1) паровую машину для независимого привода ротора; она в то же время является резервным двигателем и при необходимости может заменить паровую машину буровой лебедки;

2)три буровых насоса, из которых два должны работать парал­ лельно;

3)компенсаторы, которые должны быть установлены так, чтобы

вслучае поломки можно было отключить один из них без необхо­ димости остановки насосов;

4)пять паровых котлов мощностью 150 л. с. (при работе под давлением 25 от обеспечат потребность в паре, имея некоторый резерв на случай выхода из строя одного из котлов);

42

5) паровые котлы должны быть оборудованы форсунками для работы с двумя видами топлива (газа и нефти);

6) для питания паровых котлов водой необходимо поставить на каждый из них по два насоса и по две динамомашины для осве­ щения;

7) вода для питания котлов должна быть химически обрабо­ тана, чтобы устранить накипь и подогреть ее приблизительно до SO—85° G, используя отработанный пар паровых машин или насосов;

8)два вибросита для непрерывной очистки глинистого раствора;

9)превентер, который должен быть двойным (помимо полного закрытия), также необходимо иметь отвод от нагнетательной линии насосов для обеспечения обратной циркуляции раствора;

10) на буровой рекомендуется монтировать два обогревателя

сдвумя шлангами;

11)специальную установку для индивидуального приготовле­ ния глинистого раствора при бурении разведочных скважин или центральную установку при бурении группы эксплуатационных скважин.

Специфика этой установки зависит от типа применяемого глини­ стого раствора. Однако необходимо учесть также несколько реко­ мендаций общего характера.

1. Для проведения аварийных работ должен существовать резерв

качественного глинистого раствора, объем которого равен объему ствола скважины, хранящийся в металлических резервуарах или амбарах. Не рекомендуется использование земляных амбаров, так как вследствие фильтрации в почву и испарения происходит потеря воды из глинистого раствора. Исключение составляет глини­

2.На случай вскрытия пластов с высоким давлением необхо­ димо иметь соответствующее количество утяжеленного раствора, хранимого в отдельных резервуарах.

3.Необходимо иметь отдельный насос, который связан с глино­ мешалкой для перекачки, перемешивания и обработки глинистого раствора.

сарае. Во избежание потерь необходимо иметь мостки, примыкаю­ щие к сараю, на которых монтируется гидравлический смеситель.

5. Лаборатория глинистых растворов должна быть оборудована необходимыми приборами для измерения параметров промывочной жидкости непосредственно на рабочем месте, а также приборами для исследования влияния добавок различных реагентов к раствору.

Конструкция скважины должна предусматривать перекрытие колонной обваливающихся пород немедленно после их проходки. При бурении этих пород с применением утяжеленного глинистого

43

раствора необходимо спускать дополнительную колонну, которая должна предотвратить уходы глинистого раствора в пористые верх­ ние пласты.

Перед вскрытием обваливающихся сланцев необходимо прове­ дение подготовительных работ:

а) приготовление запаса качественного глинистого раствора согласно требованиям геолого-технического наряда и проведение специальных работ, отмеченных в геолого-техническом наряде скважины (замер кривизны, электрический каротаж и т. д.);

б) тщательная проверка всей буровой установки, которая должна обеспечить проходку интервала обваливающихся пород без всяких осложнений;

в) подготовка необходимых материалов во избежание простоев; долота должны быть армированы твердым сплавом по специальной технологии, обеспечивающей максимальную проходку на долото. На отдельных скважинах в районе Цпнтя одним долотом проходили понтические слои на 2 з их мощности.

Бурение зоны обвалов следует осуществлять за возможно более короткое время путем использования всех требований форсирован­

г) сокращение времени на спуско-подъемные операции; д) уменьшение до возможного минимума специальных операций.

При применении любого глинистого раствора следует строго контролировать количество добавляемой воды.

Воду к раствору добавляют только в желобах и через приспо­ собление, позволяющее замерять расход воды в единицу времени. Во избежание бесконтрольного попадания воды в глинистый раствор

Применение обычных расходомеров для учета потребляемой воды не дало положительных результатов вследствие трудности регулировки расхода воды. Более эффективными оказались калиб­ рованные диафрагмы (рис. 14). Они очень удобны в обращении, не ломаются и дают достаточно точные показания.

Диафрагмы изготовляют из стальной пластины толщиной 6 мм, окно заострено внутрь. Градация указывает приблизительный расход (в л!мил), а угол раскрытия выбирают в зависимости от величины желаемого дебита.

Тарировка диафрагмы производится математическим путем по формуле

где Q — расход в л!мин; h — уровень воды в см (рис. 14); 6 — угол окна водосброса.

44

Для различных значений угла 0 формула имеет вид:

45

пересчете этой величины на объем ствола скважины и производи­ тельность насосов получаются огромные количества соли. Эта соль кристаллизуется на стенках скважины, вызывая ее закупоривание, и отлагается на бурильных трубах в виде сальника.

В 1941—1942 гг. в Германии (Стассфурт) бурили скважину с целью эксплуатации месторождения соли. Соль встретили на глубине 475 м, и бурение продолжали до 3818 м (колонна S5/s" была спущена на 2700 м). Несколько ниже башмака Ъъ/%" колонны колонна бурильных труб была прихвачена вследствие кристаллизации соли. Изменение температуры в скважине наблюдалось: в пластах — 120—130° С, на забое — 100° С, на поверхности — 30° С, в прием­ ных емкостях насосов — 25° С.

Подсчитано, что при местных условиях бурения выход соли вследствие рекристаллизации достигал 53 т/сутки. Возможно, часть из этого количества соли оставалась во взвешенном состоянии в глинистом растворе.

Для преодоления этого эффекта и использования насыщенногоглинистого раствора с солыо во взвешенном состоянии был разра­ ботан метод применения раствора, насыщенного MgCb и имеющего низкую способность растворения при определенных соотношениях

ждается не в виде крупных кристаллов, а в виде тонкой взвеси.

Меры предосторожности, необходимые при бурении в соляных отложениях

Если вскрытие соляных отложений предусматривается буре­ нием, то перед‘этим следует провести необходимые приготовления (установки для обработки глинистого раствора, обеспечение мате­ риалами и т. д.).

Повышают соленость глинистого раствора до минимальной кон­ центрации 300 кг/м'3. Это применяют и в последующих соляных растворах, которые добавляют в глинистый раствор в процессе обработки. Если глубина залегания и мощность соляных отложе­ ний велики, то для предотвращения текучести соли или других горных пород, включенных в последнюю, удельный вес гли ни сто го раствора необходимо утяжелить па величину, компенсирующую геостатическое давление. С прихватами бурильного инструмента во время бурения, вызванными текучестью соли, можно бороться относительно легко путем применения ванн с пресной водой. Следует заметить, что возникшее однажды явление текучести соли невоз­ можно остановить в дальнейшем. Оно продолжается даже после спуска обсадной колонны, вызывая ее смятие.

Свойства глинистого раствора для оптимальных условий буре­ ния в соли обеспечиваются следующими методами:

М

1)обработкой крахмалом при показателе рИ — 10 -f- 12 для предотвращения брожения;

2)обработкой крахмалом совместно с бурым углем при показа­ теле pH раствора, сниженного до 7—8; гуминовые кислоты, содер­

жащиеся в буроугольном реагенте, предотвращают брожение; 3) обработкой КМЦ (карбоксиметилцеллюлоза — устойчивый

•продукт против действия бактерий и температуры) получают наилучапие результаты;

4) обработкой комбинированным реагентом (бурый уголь и канифоль); при смешивании с дизельным топливом получают также положительные результаты.

В исключительных случаях для разбуривания соли применяют -насыщенный раствор, если соляной пласт залегает на небольшой тлубине; соляной пласт залегает на относительно большой глубине и выдержал релаксацию тектонических давлений, а колонна спу­ щена до его кровли; при тектоническом равновесии (в случае соля­ ных массивов, поднятых до поверхности).

В таких случаях параметры бурового раствора (после спуска колонны до кровли отложений соли) устанавливаются в зависи­ мости от применяемого режима бурения: нагрузка на долото и ско­ рость циркулирующей жидкости должны соответствовать возмож­ ности выноса соляного шлама на поверхность; перед извлечением колонны бурильных труб или наращиванием свечей при бурении следует интенсивно промыть забой для очистки скважины от матеpnanat который впоследствии мог бы осадиться в стволе.

Необходимо обеспечить и другие технические мероприятия: предохранять циркулирующий раствор от разбавления пресной водой; не допускать ударов бурильных труб о стенки ствола, что может вызвать образование каверн.

Измерения каверномером показали, что даже при соблюдении этих условий средний диаметр скважины в соляных отложениях значительно больше диаметра долота. Так как средний диаметр ствола по длине профиля увеличенный, предполагают, что в отдель­ ных местах имеются большие каверны несмотря на то, что в скважине циркулирует раствор, насыщенный солью.

Практика бурения в соляных отложениях показала, что только в скважинах с более или менее постоянным диаметром не встре­ чается затруднений в процессе бурения и не происходит аварий после спуска колонны.

Необходимо отметить, что, какова бы ни была промывочная жидкость, следует направить все меры предосторожности к буре­ нию ствола скважины без образования каверн.

Появление первых же каверн нарушает циркуляцию промывоч­ ной жидкости и не дает возможности обеспечить одинаковую ско­ рость восходящего потока по всему стволу. Вследствие этого на от­ дельных участках пробуренного интервала шлам «болтается» на месте, пока накопления его не вызовут прихват бурильного инстру­ мента или долота.

&S

По сравнению со шламом других пород вынос соляного шлама осуществить трудно вследствие отсутствия сцепления между части­ цами соли и транспортирующей средой, так как поверхность частиц соли гладкая.

Ликвидация таких технических аварий при помощи ванн из прес­ ной воды решает проблему дальнейшего бурения, но при этом при­ хваты инструмента происходят чаще.

Пресная вода, добавляемая в ствол скважины, растворяет не только выбуренную и осевшую соль, но и породу из стенок, способ­ ствуя образованию новых каверн.

Имеется лишь небольшое количество скважин, пробуренных без аварий в соляных пластах или массивах на большую глубину; при эксплуатации их также не происходило аварий.

Проведенные исследования процесса бурения соляных отложе­ ний на большую глубину (4000 м) подтверждают выводы, получен­ ные согласно механике горных пород, и могут быть объяснены следующим образом.

1. Все скважины, вскрывшие соляные пласты большой мощ­ ности, работают эффективнее с ростом глубины залегания соли и ее мощности.

Согласно .замерам дебиты таких скважип колеблются от 20 до 1000 л/сутки. Пока в стволе скважины сохраняется глинистый раствор и л и вода с соленостью ниже предела насыщения, скважины не работают или работают очень слабо. Это объясняется явлением уменьшения объема жидкости во время возрастания солености. После достижения максимальной солености скважины переходят на нормальный режим работы.

Если скважину периодически закрывать, давление в ней воз­ растет очень быстро, иногда до 100 am. Когда из скважины выте­ кает некоторый объем глинистого раствора или удаляется вода вследствие сжатия ствола, давление падает.

2. Замечено, что в скважинах, бурившихся с соляным глини­ стым раствором, прихваты долота и колонны бурильных труб в пере­ рыве между двумя спусками долота бывают более тяжелыми в случаях:

1) высокой солености глинистого раствора;

2)меньшей вязкости и способности к гелеобразованию;

3)высокой грануляции шлама (при большой механической скорости проходки долото не успевает измельчать в достаточной степени выбуренную соль);

4)меньшей скорости циркуляции промывочной жидкости;

5)продолжительной остановки циркуляции раствора;

6)меньшего удельного веса глинистого раствора. Выдавливание соли в ствол скважины, вызываемое пластич­

ностью пород глубоких пластов, не связанных с явлением диапиризма, в сочетании с агломерацией шлама способствует осложне­ ниям рассмотренных технических аварий.

Опишем некоторые случаи прихватов эксплуатационных колонн в процессе разбуривания соли.

Технические данные скважины: конечная глубина забоя 4015 м, 85 а " колонна спущена на 3100 Л1, интервал залегания соляного пласта 3810—3910 м.

При спуске в скважину 53 Y' хвостовика длиной 190 м спустя 61 час^ после подъема долота произошел прихват на глубине 3818 м. Если допустить, что кольцевое пространство шириной 45 мм со­ мкнулось до наружной стенки хвостовика за 61 час. за счет горизон­ тального продвижения соли, тогда скорость продвижения соли, связанная с пластичным течением,

v — - у - 61 = 0.35 мм/час.

В этой же скважине через 53 *" хвостовик спустили другой хво­ стовик диаметром 3VY', который тут же был прихвачен под башма­ ком предыдущего хвостовика спустя всего лишь 18 час. после подъ­ ема долота. В последнем случае скорость горизонтального течения соли получается значительно больше, а именно:

v — 15 18 = 0,8 мм/час.

На двух других скважинах колонны были смяты после цемен­ тирования.

* В скобках указан диаметр колонны.

/

Неудачное цементирование колонн в соляном пласте объясняется многими причинами, из которых выделяются следующие:

1)отсутствие сцепления между цементом и солью;

2)большая фильтрация из цементной пасты, затворенной на прес­

ной воде; вода, фильтруясь из цементного раствора, растворяет соль на стенках скважины до полного насыщения, создавая про­ странство, заполненное раствором соли между цементом и стенками ствола;

3)сжатие цементной пасты во время твердения;

4)невозможность заполнения каверн цементом для создания единого твердого тела, связывающего пласт с колонной.

50