2. Газонефтеводопроявления

Газонефтеводопроявление (ГНВП) – это поступление пластового флюида в ствол скважины, не предусмотренное технологией работ при ее строительстве.

Излив бурового раствора или пластового флюида различной интенсивности (переливы, выбросы, фонтаны) происходит через устье скважины, по кольцевому пространству, колонне бурильных труб, межколонному пространству и за пределами устья скважины (грифоны).

Переливы – излив жидкости через устье скважины.

Выбросы – апериодическое выбрасывание жидкости или газожидкостной смеси на значительную высоту за счет энергии расширяющегося газа.

Грифон – истечение газа, нефти, воды или их сочетания в результате миграции по трещинам и каналам из продуктивных горизонтов на поверхность земли, на некотором расстоянии от устья скважины.

Грифоны образуются вследствие движения вверх газа, нефти или воды из пластов с относительно высоким давлением по естественным трещинам в зоне тектонических нарушений, пересекаемых скважиной в процессе бурения или расположенных вблизи от ствола. Межколонные проявления и иногда грифоны образуются и при поступлении флюида из нижних высоконапорных пластов в верхние по заколонному пространству, неизолированному цементным раствором. Такие осложнения нередки при проводке и креплении скважин в многолетнемерзлых породах, так как БР с положительной температурой и выделяющееся при гидратации, схватывании и твердении цементного раствора тепло способствуют таянию льда, поэтому за обсадной колонной в горных породах образуются каналы, заполненные водой.

Другими причинами заколонных и межколонных проявлений могут быть: проникновение за колонну газа через неплотности в резьбовых соединениях обсадных труб; поступление флюидов из одних горизонтов в другие в процессе проводки скважины, особенно при перерывах в бурении, резких колебаниях давления при промывке, спуске и подъеме инструмента. Такие проявления могут возникнуть или усилиться при очень больших противодавлениях в скважине, избыточном утяжелении раствора, восстановлении циркуляции при обвалообразованиях, опрессовках, вызывающих разрыв, расслоении пластов в зонах трещинообразований и залегания непрочных, неустойчивых горных пород. По причинам возникновения все случаи грифонообразования, а также межколонных проявлений связаны с некачественной изоляцией высоконапорных пластов, необоснованно выбранной глубиной спуска кондуктора и низким качеством его цементирования.

Грифоны и межколонные проявления более опасны, и их ликвидация более трудоемка, чем проявления той же интенсивности через устье, так как воздействовать на них можно лишь косвенно, через бурящиеся или ранее пробуренные скважины. Кроме того, грифоны могут возникнуть вокруг других промышленных объектов и жилья.

Открытый фонтан – неуправляемое истечение пластового флюида через устье скважины, являющееся следствием нарушения нормального технологического процесса, вызванного прорывом пластовых флюидов на поверхность по стволу скважины или по заколонному пространству, когда обслуживающему персоналу невозможно регулировать поток.

Последствия открытых фонтанов таковы:

– потеря бурового и другого оборудования;

– непроизводственные материалы и трудовые затраты;

– загрязнение окружающей среды (разливы нефти или минерализованной воды, загазованность и др.);

– перетоки флюидов в пласте внутри скважины, вызывающие истощение месторождения и загрязнение вышележащих горизонтов.

Открытые фонтаны, в зависимости от степени сложности работ по их ликвидации и тяжести последствий для производства, можно условно подразделять на сложные и простые.

К сложным следует отнести фонтаны с дебитом нефти свыше 200 т/сут или газа – более 1млн м³/сут при полностью разрушенном устье, что в ряде случаев вызывает необходимость бурения одной или целого ряда наклонно направленных аварийных скважин. К такому типу фонтанов относятся и те, которые выделяют сероводород или окись углерода, горящие фонтаны, а также фонтаны, сопровождающиеся грифоно- или кавернообразованием вокруг устья скважины.

К простым следует отнести открытые фонтаны, вызванные выходом из строя устьевого или противовыбросового оборудования. Для ликвидации простых фонтанов необходима лишь замена или дополнительная надстройка запорного оборудования, так как сохранена база (неповрежденная обсадная колонна, колонный фланец, спущенные в скважину бурильные или насосно-компрессорные трубы и т. д.). В практике есть случаи перехода простого фонтана в сложный.

Открытые фонтаны по характеристике выбрасываемого пластового флюида подразделяются на нефтяные, газовые и водяные. Часто и процессе открытого фонтанирования скважины выбрасывается смесь этих флюидов. В таких случаях фонтаны именуют по компонентам выбрасываемых смесей: водонефтяные, газоводяные и т. п.

В практике известны случаи, когда в процессе открытого фонтанирования скважины меняется состав выбрасываемых флюидов, например, газо-водяной фонтан переходит в чисто газовый, нефтяной – в водяной или газовый и т. д. Однако в условиях пожара не всегда представляется возможным определить процентное содержание газа и нефти, поэтому удобнее разделить фонтаны по характеру горения и специфическим условиям их тушения.

К нефтяным относятся фонтаны, в которых нефть выбрасывается в таких количествах, что она не успевает сгорать в факеле и разливается вокруг устья скважины. Эти фонтаны отличаются от газовых темно-красным пламенем и выделением большого количества дыма.

К газовым относятся фонтаны, содержащие чистый газ с небольшими добавками конденсата. Горение их характеризуется отсутствием дыма или его выделением в небольших количествах.

Открытые фонтаны подразделяются на компактные и распыленные, пульсирующие и непрерывные, с содержанием опасных (вредных) примесей или без них.

Под ГНВП, как физическим явлением, понимается перенос пластовых флюидов из пород, слагающих разрез, в БР, заполняющий пространство скважины. Открытый фонтан – это последняя стадия развития ГНВП, когда пластовый флюид, поступающий из проявляющего пласта, полностью вытесняет БР из скважины и беспрепятственно изливается на дневную поверхность. Пластовые жидкости и газы могут поступать в скважину только из проницаемых пород, насыщенных соответствующим флюидом.

Основная причина ГНВП – превышение пластового давления над давлением в скважине. Правилами безопасности предусмотрено превышение гидростатического давления в скважине, ΔP, над пластовым давлением, P_пл , в следующих пределах:

– для скважин глубиной до 1200 м ΔP=(10–15 %) P_пл, но не более 1,5 МПа;

– для скважин глубиной более 1200 м ΔP=(4–7 %) P_пл, но не более 3,5 МПа.

Давление в скважине может оказаться меньше пластового по следующим причинам:

1. ошибки в определении пластового давления и глубины залегания продуктивного горизонта на стадии проектирования;

2. снижение плотности бурового раствора из-за поступления флюида в скважину и при длительных остановках;

3. недолив скважины при подъеме инструмента;

4. эффект «поршневания» при подъеме инструмента;

5. поглощение бурового раствора, в том числе при высоких скоростях спуска инструмента;

6. неправильный расчет и установка жидкостных ванн.

Вместе с тем ГНВП могут возникнуть и в случае, если давление в скважине больше пластового. Это возможно в результате:

– выделения флюида из выбуренной и осыпавшейся породы;

– гравитационного замещения;

– капиллярных сил;

– диффузии и осмоса;

– контракции, фильтрации.

Эти процессы, без сомнения, происходят и в случае, если давление в скважине ниже пластового, но они имеют подчиненное значение и опасны только при длительных остановках в процессе бурения при загерметизированном устье скважины.

Как показывает статистика, количество фонтанов в зависимости от причин их возникновения распределяется следующим образом:

• недостаточная изученность геологии – 10 %;

• неправильная конструкция скважины, некачественное цементирование – 20 %;

• внезапное поглощение – 10 %;

• отсутствие или неисправность (ПВО) – 20 %;

• нарушение технологии вскрытия продуктивного пласта и освоения скважины – 40 %.

Особую опасность с точки зрения возникновения ГНВП представляют пласты с аномально высоким пластовым давлением. Нормальное пластовое давление равно гидростатическому давлению воды на данной глубине. Возникновение пластов с АВПД объясняется геологическими процессами, происходящими после формирования залежей углеводородов (денудация, подвижки в земной коре).