ОСЛОЖНЕНИЯ И АВАРИИ В БУРЕНИИ КУРС ЛЕКЦИЙ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: ВВЕДЕНИЕ • Осложнение – нарушение технологического процесса бурения скважин, происшедшее при соблюдении требований технического проекта и правил ведения буровых работ, вызванное явлениями горно геологического характера. • При осложнениях бурение скважины возможно, но необходимо проведение специальных мероприятий. 2
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: ВВЕДЕНИЕ К числу осложнений относятся: • Поглощение бурового раствора; • Газонефтеводопроявления (ГНВП); • Нарушение устойчивости стенок скважины; • Прихваты; • Осложнения при разбуривании многолетнемерзлых пород (ММП). 2
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: ВВЕДЕНИЕ Поглощение бурового раствора • Под поглощением понимаются безвозвратные потери бурового раствора в окружающих породах. • По интенсивности поглощения подразделяются на: • частичные, когда часть раствора выходит на поверхность, а часть уходит в окружающие породы; • полные, когда уровень раствора в процессе бурения близок к устью; • катастрофические, когда уровень раствора близок к 2 забою.
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: ВВЕДЕНИЕ Причины поглощений • Основная причина поглощений – превышение давления в скважине над пластовым давлением и наличие каналов ухода бурового раствора Поглощениям способствуют: • несоответствие свойств раствора (плотность, вязкость, СНС) конкретным условиям; • высокие скорости спуско‑подъемных операций; • большая скорость восходящего потока раствора; • образование сальников; • несоответствие КНБК и конструкции скважины проходимым породам. 2
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: ВВЕДЕНИЕ Признаки поглощений Признаки поглощения следующие: • понижение уровня раствора в приемных емкостях в процессе бурения; • понижение уровня раствора в скважине при остановках. 2
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: ВВЕДЕНИЕ Предупреждение поглощений Все методы предупреждения сводятся к обеспечению минимального избыточного давления на поглощающий пласт и предотвращению резких колебаний давления в скважине Это достигается за счет: • снижения плотности раствора; • использования аэрированных растворов; • уменьшения расхода (скорости восходящего потока) раствора; • ограничения скорости спуско‑подъемных операций; • расхаживания инструмента перед пуском насосов и плавного восстановления циркуляции; • подбора соответствующих КНБК; • предотвращения образование сальников. 2
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: ВВЕДЕНИЕ Ликвидация поглощений В настоящее время на практике применяется три способа ликвидации поглощений: с использованием наполнителей: (опилки различных материалов, стружка, торф, изрезанная солома, резиновая крошка, отходы переработки хлопка, дробленая скорлупа орехов, слюда, асбест, отруби, изрезанные куриные перья, кожа – горох, рыбья чешуя и т. д); с помощью тампонажных смесей: • смеси на основе неорганических вяжущих материалов (цемент, гипс, алебастр); • смеси на основе макромолекулярных соединений (фенолформальдегидные, мочевинформальдегидные, эпоксидные смолы, гипан, ПАА); • смеси на основе латексов, битумные смеси; • отверждаемые глинистые растворы. Взрывом: Взрывные работы в скважинах с целью ликвидации поглощений применяется как крайняя мера и только при катастрофических поглощениях. Как показывают исследования, после взрыва трещины заполняются кусками породы, причем эффект максимален, когда заряд прилегает к породе, а его диаметр существенно больше ширины трещины. После взрыва глинистый раствор превращается в нерастекающуюся пену, устойчивую в течение нескольких суток 2
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: ВВЕДЕНИЕ Осложнения при разбуривании многолетнемерзлых пород (ММП). Мерзлыми называются породы, имеющие отрицательную или нулевую температуру, в которых хотя бы часть воды представлена льдом. Зона многолетнемерзлых пород (ММП) занимает более половины территории России (10 млн. км 2), и в этой же зоне находится более половины прогнозных запасов нефти и газа. 2
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: ВВЕДЕНИЕ Возможные осложнения Кроме нарушения устойчивости стенок скважины в ММП возможны осложнения: • Низкое качество цементирования (связано с тем, что в скважине образуются каверны большого размера. Цементный раствор при тампонировании не вытесняет полностью буровой раствор, а движется в виде «языка» . В результате часть кольцевого пространства оказывается незацементированным, что в дальнейшем при бурении и эксплуатации скважины может привести к тяжелым последствиям (проседание колонн обсадных труб, заколонные проявления, провалы приустьевых площадок). • провалы приустьевых площадок(происходит в результате значительных нагрузок на грунт. Это приводит к растрескиванию ММП, по образовавшимся трещинам начинает циркулировать вода, происходит протаивание грунта, а затем проседание основания. Для предотвращения этого явления необходимо уменьшить удельную нагрузку на грунт путем увеличения площади основания); • разрыв и смятие колонн обсадных труб(Разрыв и смятие колонн обсадных труб происходит при обратном промерзании пород. Как показывает практика, при температуре ММП до‑ 2 о С и наличии двух колонн обсадных труб (кондуктор, эксплуатационная колонна), эти осложнения маловероятны. При более низких температурах необходимо использовать трубы с большей толщиной стенки и более высокой группой прочности материала) 2
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: ВВЕДЕНИЕ Буровые растворы используемые при бурении ММП. Бурение в ММП возможно с использованием в качестве очистного агента: • бурового раствора с отрицательной температурой(В первом случае могут быть использованы растворы как на углеводородной, так и водной основе. В качестве противоморозных добавок в водные растворы вводятся Na. Cl, KCl, Ca. Cl 2, Na 2 Br 4 O 7, Na 2 CO 3, Na 2 NO 3. С повышением их концентрации температура замерзания раствора, естественно, снижается и может быть доведена до – 16 о С, Однако при этом возрастает скорость растворения льда. Для получения требуемых свойств в раствор вводятся глинопорошок, гипан, КМЦ, ПДА. Однако введение противоморозных добавок существенно снижает стабильность растворов, в результате происходит их разделение на твердую и жидкую фазы. Кроме того, в летнее время охлаждение раствора до отрицательных температур затруднено); • охлажденного воздуха, аэрированных жидкостей (Лучший вариант, с точки зрения минимального воздействия на ММП. Это связано с тем, что воздух обладает низкой теплоемкостью, теплосодержание (энтальпия) его в десятки раз меньше, чем жидкостей. Воздух не замерзает. При продувке температура воздуха в скважине очень быстро становится равной температуре ММП, поэтому протаивание пород практически не происходит) 2
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: ВВЕДЕНИЕ Аварии 2
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: ВВЕДЕНИЕ Аварией считается нарушение непрерывности технологического процесса строительства (бурения и испытания) скважины, требующее для его ликвидации проведения специальных работ, не предусмотренных проектом. Аварии происходят из-за поломки, оставления или падения в скважину элементов обсадных или бурильных колонн, из-за неудачного цементирования обсадных колонн, прихвата, открытого фонтанирования и падения в скважину различных предметов. 2
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: СИСТЕМНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ АВАРИЙ В БУРЕНИИ Классификацию используют для повышения эффективности, а также наиболее приемлемых способов и технических средств ликвидации аварий. Выделим основные характеристики аварий в бурении: 1. Источник аварий. 2. Объект аварии. 3. Масштабы и последствия аварии. 4. Факторы, влияющие на аварии 3
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: СИСТЕМНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ АВАРИЙ В БУРЕНИИ 4
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: РЕГЛАМЕНТИРУЮЩИЕ ДОКУМЕНТЫ (РД) Регламентирующие документы «Инструкция по классификации, расследованию и учету аварий при бурении скважин на нефть и газ» . «Инструкция по расследованию аварий, не повлекших за собой несчастных случаев на подконтрольных Госгортехнадзору предприятиях и объектах» 5
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: СИСТЕМНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ АВАРИЙ В БУРЕНИИ Масштабы последствий: По порядку отражения в документах • Регистрируемые (все) • Учитываемые (те аварии, на устранение которых затрачено более 8 часов) По степени тяжести последствий: • Простые • Сложные (ликвидация которых длится более 3– 5 суток) По категории • Аварии категории II 6
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: СИСТЕМНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ АВАРИЙ В БУРЕНИИ Аварии категории I: открытые нефтяные и газовые фонтаны; взрывы и Аварии категории I пожары резервуарных парков, компрессорных и насосных станций, подземных хранилищ газа, приведшие к разрушению или уничтожению объекта; взрывы и пожары на нефтегазоперерабатывающих заводах, вызвавшие остановку предприятия, цеха, или восстановительные работы. Аварии категории II: падение или разрушение вышек, морских оснований Аварии категории II в процессе эксплуатации, строительства или перетаскивания; падение элементов талевой системы (кронблок, талевый блок, крюк); взрывы и пожары на буровых объектах, групповых нефтегазосборных пунктах, компрессорных и насосных станциях, приведшие к выходу из строя оборудования, необходимости капитального ремонта его и остановки объекта; взрывы, пожары и загорания на нефтеперерабатывающих заводах, вызвавшие прекращение работы установки (участка) и требующие замены или капитального ремонта отдельных сооружений, машин, агрегатов, аппаратов, сосудов, трубопроводов и товарных резервуаров. 7
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: СИСТЕМНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ АВАРИЙ В БУРЕНИИ Факторы, вызывающие аварии: Технические причины аварий: низкое качество исходного материала, усталость Технические причины аварий металла, применение недопустимо изношенных технических средств использование технических средств, разрешающие способности которых не обеспечивают их индивидуальное или комплексное назначение. Геологические причины аварий: нарушение целостности стенок скважин; Геологические причины аварий: обстоятельства, не зависящие от исполнителей трудового процесса. Организационные причины аварий: низкая трудовая дисциплина и квалификация Организационные причины аварий: бригады буровых установок и буровых мастеров, выражающиеся в невыполнении или ненадлежащем выполнении своих обязанностей; нерегулярное проведение плановопредупредительного ремонта; невыполнение профилактических мероприятий по предупреждению аварий, простоев и длительных остановок буровых агрегатов; несовершенство диспетчерской службы, отсутствие радиотелефонной связи; неудовлетворительное материально-техническое обеспечение; несоответствие режима сменности вахт естественному биологическому ритму жизнедеятельности человека и др. 8
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: СИСТЕМНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ АВАРИЙ В БУРЕНИИ 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 выполнения 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 гидрогеологическим и геофизическим исследованиям; 8) необеспечение однородности раствора по всему стволу скважины и др. 9
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: СИСТЕМНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ АВАРИЙ В БУРЕНИИ В зависимости от объекта аварий выделяют следующие группы: 1) аварии с элементами бурильной колонны; 2) обрыв бурильных труб; 3) аварии с долотами; 4) прихваты бурильных и обсадных колонн; 5) аварии с обсадной колонной и элементами ее оснастки; 6) аварии из-за неудачного цементирования; 7) аварии с забойными двигателями; 8) падение в скважину посторонних предметов; 9) прочие аварии. 9
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: СИСТЕМНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ АВАРИЙ В БУРЕНИИ Источником аварий может являться : 1)буровое оборудование; 2)природные воздействия; 3) субъективные факторы. Прежде всего, это аварии, произошедшие по вине исполнителя трудового процесса, т. е. возникшие по субъективным причинам. К ним относятся аварии, которые произошли по вине исполнителя (самонадеянность или небрежность). Самонадеянность характеризуется тем, что обязанное лицо предвидит возможность возникновения аварии в скважине, но легкомысленно, безосновательно надеется ее предотвратить. Вина в форме небрежности означает, что обязанное лицо не знало о возможности неблагоприятных последствий своих действий, но по обстоятельствам дела могло и должно сознавать характер своей деятельности, предвидеть возможность аварии в скважине. 9
Аварии с элементами колонны бурильных труб • • Поломки элементов бурильной колонны по телу, сварному шву, в резьбе. Падение элементов колонны в результате развинчивания в резьбе, поломки спуско – подъемного оборудования или инструмента, обрыва талевого каната.
Аварии с породоразрушающим инструментом § § § Оставление в скважине долота, бурильной головки, расширителя. Поломка породоразрушающего инструмента и оставление его элементов в скважине. Падение долота в скважину.
Аварии с забойными двигателями § Оставление турбобура, винтового двигателя или электробура в скважине вследствие поломок или разъединения в резьбах.
Аварии с обсадными колоннами § § § Падение колонны в скважину. Обрыв колонны по телу или резьбовому соединению. Разрыв по телу трубы. Смятие колонны. Повреждении труб при разбуривании цементного стакана, стоп-кольца, обратного клапана.
Аварии при цементировании обсадных колонн § § § Недоподъем цементного раствора в затрубном пространстве до проектной величины. Оставление цементного раствора внутри колонны обсадных труб. Негерметичность колонны.
Аварии с забойными двигателями § Оставление турбобура, винтового двигателя или электробура в скважине вследствие поломок или разъединения в резьбах.
Аварии при геофизических исследованиях § § § Обрыв приборов. Обрыв грузов. Обрыв кабеля (каната). Прихват приборов. Прихват кабеля. Перехлест кабеля при спуске.
Прочие аварии § § § Перекос оснований. Падение вышек (мачт). Падение талевой системы. Пожары. Взрывы.
Скачать презентацию ОСЛОЖНЕНИЯ И АВАРИИ В БУРЕНИИ КУРС ЛЕКЦИЙ
аварии и осложнения в бурении 2016.ppt