книги / Предупреждение и ликвидация аварий в бурении

Наибольшее число прихватов происходит в начальный период вскрытия продуктивных пластов, где даже малейшее оставление бурильной колонны без движения (на 5—10 мин) приводит к при­ хвату. Это возможно связано с интенсивной фильтрацией буро­ вого раствора во вновь вскрытые коллекторы. С течением времени число прихватов при непродолжительных простоях становится меньше. Характерно также и то, что с увеличением мощности про­ дуктивных пластов число прихватов растет. Это можно объяснить увеличивающейся площадью контакта колонны с проницаемыми участками ствола скважины и трудностями поддержания его в состоянии, исключающем прихват (исключить набор кривизны, изменения азимута и т. д.).

Анализ распределения прихватов в зависимости от дебитов скважин показывает, что в скважинах, где в последующем были большие дебиты в процессе бурения было и много прихватов. Сле­ довательно, на месторождениях, где имеются аномальные давле­ ния, возможность возникновения прихватов увеличивается. Число аварий было больше также в случаях, когда в продуктивном гори­ зонте бурили без вращения колонны. Там, где бурение велось ро­ торным способом или турбинным, но с медленным непрерывным вращением колонны с турбобуром, прихватов в продуктивном го­ ризонте при бурении не было. Кроме того, число прихватов во всех случаях растет с увеличением водоотдачи буровых растворов.

Значительное число прихватов происходит из-за осыпей, об­ валов и выпучивания вскрытых пород. До настоящего времени не созданы буровые растворы, исключающие полностью, образование осыпей, выпучивание пород и т. д. Часто от воздействия растворов и других факторов нарушается устойчивость стенок скважины, образуются каверны, места сужения. Осыпающаяся порода скап­ ливается в стволе, образуя висячие пробки над забоем. Прекраще­ ние циркуляции, или небольшая скорость циркуляции приводят к осаждению породы и закупорке кольцевого пространства.

Имеется много видов относительно хороших буровых раство­ ров, но разнообразие условий в скважине, их сложность не по­ зволяют создать идеально совершенный раствор. В одних случаях отмеченные осложнения предупреждаются повышением плотности и строгим регулированием параметров раствора для получения определенных структурно-механических и фильтрационных свойств. Однако во многих случаях это не помогает.

Характерно, что бурение в осложненных условиях сопровож­ дается повышением давления циркулирующего бурового раствора. Это часто приводит к разрыву диафрагм, следствием чего явля­ ется вынужденное прекращение циркуляции. После замены пре­ дохранителя циркуляция, как правило, не восстанавливается. Если в процессе смены диафрагмы непрерывно не расхаживали бурильную колонну, то прихват почти неминуем.

Одной из причин осложнений подобного вида в скважинах является неправильный выбор конструкции скважины, т. е. ствол

41

скважины не успевают обсадить колонной до начала интенсивного проявления зон осложнений. Во многих случаях желание сэконо­ мить металл приводит к возникновению осложнений и прихватов. В других случаях обвалы стенок скважины происходят вследствие снижения давления бурового раствора на стенки скважины ввиду поглощений, а иногда и из-за несвоевременного долива скважины.

Единичными случаями прихватов бурильной колонны являются обвалы породы при работе испытателем пластов. Большой перепад давления приводит к значительным перетокам жидкости из затрубного пространства в трубы и увлечению потоком неустойчи­ вых пород. Снижение давления под пакером приводит к движению неустойчивых пород.

Еще часто встречаются прихваты колонн вследствие образова­ ния сальников. Они происходят как при роторном бурении, так

ипри турбинном. Как правило, механизм их образования сводится

кследующему. На каком-то участке ствола скважины (в зоне каверны, в местах резких изменений в сторону увеличения сече­ ния ствола и т. д.) резко падает скорость движения бурового раствора и находящейся в нем породы. Последняя, скапливаясь, слипается в крупные комки все большего и большего размера, которые затем прилипают к элементам бурильной колонны, к до­ лоту или к турбобуру. При этом уменьшается площадь сечения кольцевого пространства и с течением времени оно закупорива­ ется все новыми и новыми скоплениями породы.

Быстрому образованию сальников способствуют:

1)небольшая скорость восходящего потока бурового раствора при малой производительности насосов (работа одним насосом,

работа с промытой задвижкой на выкиде в приемные амбары), ввиду наличия больших каверн; в связи с применением бурильных труб с размытыми замковыми и трубными резьбами, а также при наличии в скважине ступенчатого ствола;

2)наличие в стволе рыхлой и толстой глинистой корки, а так­ же большого количества шлама;

3)плохая очистка бурового раствора, выходящего из сква­

жины;

4)продолжительная промывка скважины при низкой произво­ дительности насосов;

5)применение бурового раствора большой плотности, высо­ кой вязкости и липкости, а также с высоким статическим напря­ жением сдвига и большим содержанием песка.

Влияние указанных факторов и их взаимодействие приводят к образованию сальников, признаками которых являются рост давления циркулирующего бурового раствора, увеличение враща­ ющего момента бурильной колонны, появление затяжек при подъеме колонны, наличие кусков породы у торцов ниппелей и муфт и снижение проходки.

На буровых предприятиях сравнительно много прихватов про­ исходит вследствие заклинивания бурильной колонны предметами,

42

упавшими с поверхности или находящимися в стволе скважины, в результате предыдущих аварий. Причинами таких аварий прежде всего является неосторожность работы с различными инструмен­ тами, их плохое техническое состояние, отсутствие задерживаю­ щих приспособлений и главным образом отсутствие устройств в виде резиновых кругов и полуавтоматических приспособлений, исключающих попадание посторонних предметов в кольцевое про­ странство. Другой причиной является работа над устьем незакры­ той скважины. Неполное удаление оставленных предметов в сква­ жине, а также выпадение крупных кусков, особенно из зоны каверн, также часто приводят к заклиниванию бурильных колонн.

Отмечено много случаев заклинивания бурильных колонн в же­ лобах. Последние образуются в породах различной твердости. Факторами способствующими образованию желобов являются:

—продолжительность работы в скважине;

—твердость разбуриваемых пород;

—кривизна скважины и частота изменения азимута ствола

скважины;

—диаметр бурильной колонны;

—количество произведенных спуско-подъемов и их длитель­

ность;

—вес 1 м бурильной колонны и площадь контакта бурильной

колонны со стенками скважины.

Наиболее часто желоба образуются при проходке наклонных и сильно искривленных скважин с большим выходом из-под баш­ мака обсадной колонны и при бурении в мягких породах. Желоба могут образоваться на нижней и на верхней стороне и боковых стенках ствола скважины. Признаками образования желоба явля­ ются частое заклинивание труб с небольшими паузами, посадка колонны при спуске, случаи легко ликвидируемых прихватов бу­ рильных колонн, вынужденные частые проработки ствола сква­ жины в местах затяжек. При возникновении указанных признаков показания профилемера, как правило, подтверждают наличие желоба.

Желоба затрудняют циркуляцию бурового раствора, способ­ ствуют накоплению в зоне их нахождения частиц шлама из-за снижения скорости движения раствора и приводят к прихватам бурильных колонн.

у	§ 3. АВАРИИ С ДОЛОТАМИ
	В результате аварий с долотами в скважине остаются или це­
лые долота, или их узлы (шарошки,		лапы	с шарошками	и др.).
В	количественном отношении целых	долот	остается мало,	но на

их извлечение из скважины задалживается в 12—20 раз больше времени, чем на извлечение шарошек или лап с шарошками.

4а

Оставление долот в скважине

Оставление долот в скважине происходит главным образом из-за нарушения правил крепления долот. Плохо закрепленные долота часто отвинчиваются при их спуске, не достигая забоя. Известны случаи, когда плохо закрепленные долота отвинчива­ лись почти у самого устья. Часто-отвинчиваются долота при про­ работках, особенно в зонах сужения, на искривленных участках и в желобах.

При бурении электробурами долота отвинчиваются вследствие неправильного присоединения токопровода. Крепление долот только цепными ключами непременно приведет к аварии. Встреча­ ются еще случаи крепления долот кувалдами, что ведет не только к плохому их закреплению, но и к раскалыванию долот по свар­ ным швам.

Известно много случаев оставления долот из-за плохого со­ стояния резьб у переводников, к которым их крепят. Отсутствие систематической проверки качества замковых резьб у переводника приводит к тому, что подъем бурильной колонны при незначи­ тельных заклинивании или посадке ведет к вырыву долота из переводника.

Часто встречаются случаи оставления долот в скважине при расхаживании заклиненных долот из-за чрезмерно частых отби­ вок их путем вращения с большим числом оборотов вперед и по­ следующей резкой отдачей назад. Бурильная колонна за счет инерционных усилий поворачивается в обратную сторону на зна­ чительно большее число оборотов, что ведет к отвинчиванию до­ лота. Встречаются также случаи отвинчивания долот при крепле­ нии труб обратным вращением ротора с подвешенной на нем бу­ рильной колонной.

Нередко происходят сломы долот по резьбе в ниппеле. Авариям этого вида предшествуют удары об уступ, а также длительное бурение долотом.

В последние годы участились случаи оставления трехшаро­ шечных долот в скважинах в результате их раскалывания на три части. Во многих случаях из скважин поднимали расколотые до­ лота, удерживаемые в переводнике резьбой. Было много случаев, когда поднятые долота раскалывались на три части при их отвин­ чивании. Это свидетельствует о том, что лапы долот были плохо сварены, так как они раскалывались после работы на забое свыше 4 ч. Очевидно, большая продолжительность работы на забое влия­ ла на состояние сварных швов.

Ниже приведены характерные примеры отвинчивания долот.

1. В скважину глубиной 1995 м было спущено трехшарошечное долото № 10 с изношенным двухмуфтовым переводником. Доло­ том пробурили за 1 ч 1,15 м. В последующем было пройдено 15 см за 3 ч. Низкая проходка объяснялась наличием на забое половины шарошки колонкового долота, которую не извлекли при

44

предыдущей аварии. После подъема бурильной колонны вы­ яснилось, что в скважине осталось трехшарошечное долото

№10.

Попытки поднять оставшееся долото сначала при помощи зам­

ковой муфты, а затем обрезанного колокола с направляющей во­ ронкой не увенчалисьуспехом. Спуском свинцовой печати было установлено, что долото свалено на бок. Последующие попытки поставить долото в вертикальное положение (вниз шарошками) при помощи отводного крюка, а также магнитного фрезера, ока­ зались безрезультатными.

Ввиду того, что интервал, в котором оказалось долото, был сложен мягкими породами, решили спустить трехшарошечное до­ лото № 8 для разбуривания второго ствола, с тем чтобы столк­ нуть в этот ствол оставшееся долото (без установки цементного моста). Как и следовало ожидать, спуск долота на долото не дал возможности забурить новый ствол и привел к усложнению аварии — оставление еще трех шарошек долота № 8. Последующие неоднократные спуски магнитного фрезера, башмачных фрезеров с торцовыми зубцами также оказались безрезультатными.

После забуривания второго ствола с помощью уипстока, со­ стоящего из трех отрезков УБТ, соединенных последовательно, при очередном спуске бурильной колонны на забое был обнаружен металл. В результате проведения ловильных работ при помощи паука, башмачного фрезера с торцовыми зубьями, изготовленными из колокола, магнитного фрезера и специальной ловушки, были подняты отдельные части долота диаметром 243 мм и куски же­ леза. Не удалось извлечь три шарошки долота диаметром 190 мм и ниппель 243-мм долота. Затем скважину углубили до 2069 м. При очередном спуске бурильная колонна встала на уипсток, который извлекали с помощью колокола. Нижняя часть уипстока оказа­ лась наверху, за нее и зацепился колокол. Одну шарошку долота

№8 обнаружили в колоколе, другую — в нижней части клина. Изучением причин аварии было выявлено, что в скважину спу­

стили переводник с непригодной (даже по внешним признакам) для работы резьбой.

Неправильные и ничем не обоснованные меры по ликвидации аварии, принятые в начале ее возникновения, еще более усложнили аварию. Не следовало спускать замковую муфту для извлечения долота, так как его резьбовое соединение было разрушено в ре­ зультате вращения по нему в течение 2 ч бурильной колонны. Без всякого основания было спущено и 190-мм долото, так как хорошо известно, что спуск долота на долото может привести только к ос­ тавлению или шарошек, или долота на забое, что и случилось. После такого усложнения аварии вследствие неправильно приня­ тых мер был забурен второй ствол.

2. При забое скважины 1911 м спускали бурильную колонну с 295-мм долотом. Колонна остановилась на глубине 1571 м. После подъема ее выяснилось, что во время спуска отвинтилось долото

45

и осталось в скважине. Резьба поднятого переводника в начале захода оказалась слегка завальцованной.

Исследованием обстоятельств спуска долота установлено, что его крепили круговым ключом Залкина, затем довинчивали вруч­ ную цепным ключом. Ствол скважины в этом интервале имел диа­ метр 346 мм, поэтому долото встало наклонно, что было под­ тверждено печатью. Чтобы сбить долото на забой, был спущен колокол с зубьями, армированными победитом. После 8 ч работы колоколом-фрезером долото упало на забой. Спущенная печать показала, что при падении долото повернулось и находится на забое шарошками вверх. Долото было разбурено фрезерами.

Причина этой аварии — плохое свинчивание долота с перевод­ ником.

3. При расхаживании турборура в скважине глубиной 1844 м в ней осталось 295-мм долото. Муфта переводника, соединяющего вал турбобура с долотом, оказалась сработанной на 80 мм. Рас­ следование установило, что резьбу переводника перед навинчива­ нием долота не проверили, и свинчивали долото при обратном ходе ротора.

Для определения положения долота спустили печать, на кото­ рой была отпечатана '/4 торца ниппеля долота. Спущенный паук, как и следовало ожидать, закрылся над долотом. После этого спустили специальный метчик, которым долото не извлекли, но ловильная резьба его оказалась помятой. Обрезанный колокол остановился на глубине 958 м. Как выяснилось, спуску колокола помешало долото, которое было поднято с этой глубины специаль­ ным метчиком. Кольцевым башмачным фрезером довели долото до забоя и расфрезеровали его забойным фрезером, спущенным на турбобуре. Магнитным фрезером очистили забой скважины.

Причинами аварии явились слабое крепление долота и срабо­ танная резьба переводника. Неправильные методы ликвидации аварии усложнили ее, особенно спуск специального метчика. По­ следний слабо закрепился на сварочных швах внутри ниппеля до­ лота и оно, несколько раз зацепившись за стенки скважины, от­ соединилось от метчика.

Долота часто	отвинчиваются, когда к муфте переводника
с резьбой 3-152	(ЗН 6 5/%") присоединяют долото с резьбой 3-147

(ЗШ 5 9/i6"). Эти резьбы незначительно отличаются друг от друга и неопытные бурильщики их путают.

Поломки шарошечных долот

При бурении скважин очень часты случаи поломки узлов ша­ рошечных долот. В результате аварий с долотами чаще всего в скважине остаются шарошки. Это связано в основном со зна­ чительным износом опор, недостаточным сроком работы их и ре­ жимами работы долот в скважине.

46

Долговечность опоры долота зависит от интенсивности изнаши­ вания и разрушения поверхностей цапфы, шарошки и тел каче­ ния. Исследования показали, что характер изнашивания и разру­ шения этих поверхностей различный. Как отмечают авторы [8], это связано с неравномерным и сложным нагружением различных участков поверхностей опоры, а также с конструкцией, техноло­ гией изготовления и размерами долот. Трущиеся поверхности опо­ рыподвергаются одновременно абразивному износу, осповидному, хрупкому и усталостному выкрашиванию, смятию, окислительному и тепловому износу и высокотемпературным ожогам в микрообъе­ мах металла и в присутствии буровых растворов под высоким давлением. Одновременное развитие этих процессов, а также несовершенная сборка долот, различие механических свойств ме­ талла узлов и шарошек долот и отдельные конструктивные несо­ вершенства приводят к неравномерной сработке опор и вооруже­ ния долот и к большому различию в их износостойкости. Все это создает трудности в определении качества сработки долот, оп­ тимального и предельного времени пребывания долота на забое, особенно при турбинном бурении.

Причинами поломок долот являются: передержка долота на забое; бурение с нагрузками, превышающими допустимые; удар долотом о забой или уступ; разбуривание пород долотами, несо­ ответствующими крепости пород; малая прочность опор и свар­ ных швов; заклинивание долот; дефекты нарезки резьбы; неплот­ ное прилегание заплечиков лап долота к торцу переводника, ра­ бота долотами по металлу, длительная промывка скважины перед подъемом сработанного долота.

Передержка долота на забое. В результате длительной работы долота на забое наружная поверхность лапы истирается, подшип­ ники оголяются и выпадают, а шарошки остаются на забое. При­ чиной передержки долот является главным образом недостаточный опыт бурильщиков и мастеров, их неумение использовать резуль­ таты работы предыдущего долота и данные геолого-технического наряда при эксплуатации вновь спускаемого долота. Есть случаи, когда продолжают бурить сработанным долотом, хотя проходка значительно снизилась. В лучшем случае при передержке долота на забое остаются элементы опор, ролики и шарошки подшип­

ников.

Неправильный выбор параметров режима бурения также при­ водит к быстрому износу опор, непроизводительной работе долота и, как следствие, к частым случаям оставления шарошек на забое, особенно при турбинном бурении в твердых породах. При работе турбобура с использованием долот диаметрами 269 и 295 мм, при подаче бурового раствора 35—40 л/с и осевых нагрузках 13—15 тс механическая скорость бурения и проходка на долото резко отли­ чаются от показателей работы тех же турбобуров с этими же до­ лотами, но при подаче бурового раствора не менее 55—65 л/с и осевых нагрузках до 35 тс.

47