Осложнения и аварии при строительстве нефтяных и газовых скважин

бы присоединяют к концу бурильной колонны и опускают в скважину. После закачки в него цементного раствора вращением вправо бурильную колонну отсоединяют и извлекают из скважины. После периода ОЗЦ все части приспособления и цементную пробку разбуривают.

Рис. 14. Перекрывающие устройства:

1 – переводник; 2 – обратный клапан; 3 – корпус; 4 – брезентовая оболочка; 5 – цементный раствор; 6 – штифт; 7 – башмак; 8 – хомут; 9 – перфорированная труба; 10 – нейлоновая оболочка; 11 – резиновое кольцо; 12 – предохранительное кольцо; 13 – внутренняя труба; 14 – центратор; 15 – капроновая сетка; 16 – кожух; 17 – якорь; 18 – пробка; 19 – дюралевая кассета; 20 – шар; 21 – поршень; 22 – ограничитель; 23 – трос; 24 – штанга; 25 – прорезиненный рукав; 26 – замок; 27 – бурильная труба; 28 –

полиэтиленовая или поролоновая оболочка; 29 – шпилька

121

Капроновая сетка и устройство для транспортировки ее до зоны поглощения УГТП-2 (рис. 14, в) предложены ВНИИБТ, диаметр сетки 2–3 м, размер ячейки 5 5 мм.

Капроновую сетку укладывают и укрепляют на дюралевой перфорированной трубе.

УГТП-2 на бурильных трубах опускают до подошвы поглощающего пласта. В бурильные трубы бросают пробку, которую продавливают промывочной жидкостью. Пробка садится на седло в башмаке и перекрывает его отверстие. При дальнейшем прокачивании жидкости вследствие повышения давления срезаются штифты, удерживающие башмак.

Башмак с перфорированной трубой и укрепленной на ней сеткой выходит из защитного кожуха. Затем прокачивают тампонажную смесь с добавкой наполнителя (кожа-«горох»). После периода ОЗЦ перфорированную трубу, башмак и пробку разбуривают вместе с цементным стаканом.

Дюралевая кассета (рис. 14, г). Дюралевый лист длиной 8–10 м при помощи специальной установки свертывают в трубу с навинченным на нее переводником, а снизу укрепляют башмак на штифтах. На переводнике и башмаке имеются специальные цилиндрические выступы, на которых устанавливают свернутую кассету. Затем трубу с кассетой укрепляют в защитном кожухе при помощи штифтов.

Устройство на бурильных трубах спускают в скважину до кровли поглощающего пласта. Предварительно интервал поглощения при помощи специального расширителя увеличивают в диаметре.

В бурильные трубы бросают шар из легкоразбуриваемого материала, который перекрывает отверстие в башмаке. При закачке в бурильные трубы промывочной жидкости создается давление и срезаются штифты, удерживающие внутреннюю трубу. Кассета вместе с внутренней трубой перемещается вниз до упора на кожухе. При дальнейшем повышении давления срезаются штифты, удерживающие башмак, и нижняя часть кассеты освобождается. Чтобы освободить верхнюю часть, бурильные трубы поднимают.

122

За счет упругих сил кассета разворачивается в расширенной части ствола скважины. Затем закачивают цементный раствор.

Прорезиненный рукав и устройство для доставки его до зоны поглощения (рис. 14, д). Устройство спускают в скважину на бурильных трубах и устанавливают в расширенной части ствола скважины. После промывки скважины продавливают пробку до посадки ее на поршень. За счет создаваемого перепада давления срезаются штифты. Поршень, штанги и замок перемещаются вниз, освобождая при этом тросы, удерживающие резиновый элемент, который за счет сил упругости и потока промывочной жидкости, проходящей внутри труб и выходящей через отверстия в них, прижимается к стенкам скважины в расширенной части ее ствола. Далее по тем же каналам осуществляют заливку цементного раствора. При подъеме инструмента прорезиненный рукав полностью освобождается от тросов. Устройство предназначено для применения в скважинах диаметром 190 мм.

Полиэтиленовая или поролоновая оболочка и устройство для доставки их до зоны поглощения (рис. 14, е). Устройство спускают в скважину и устанавливают вверху расширенной части ствола скважины. В бурильные трубы бросают шар, который перекрывает отверстие в башмаке, и за счет создавшегося перепада давления срезаются шпильки. Перфорированная труба с укрепленными на ней при помощи штифтов башмаком и оболочкой перемещается вниз до упора на переводнике. Верхняя часть оболочки освобождается и за счет потока промывочной жидкости, выходящей через отверстия в перфорированной трубе, прижимается к стенкам ствола скважины в расширенной его части. Далее закачивают цементный раствор. При подъеме инструмента срезаются штифты и освобождается перфорированная труба.

Когда существующие способы изоляции зон поглощения не дают положительных результатов, их перекрывают обсадными трубами. Сплошной колонной обсадных труб перекрывают поглощающие пласты, залегающие на небольшой глубине. Башмак колонны при этом цементируют.

123

2.1.23. Применение перекрывающих устройств

Перекрывающие устройства используются для изоляции поглощающих горизонтов с интенсивностью более 20–50 м3/ч и коэффициентом поглощающей способности Kпс более 15–25. Как правило, другие способы изоляции таких горизонтов положительных результатов не дают.

Наиболее эффективны расширяющиеся по диаметру трубы, профильные перекрыватели (рис. 15) и устройства с сеткой (рис. 16), ограничивающие растекание тампонажной смеси по крупным поглощающим каналам и удерживающие смесь возле ствола скважины до ее твердения.

Рис. 15. Профильные перекрыватели

Профильный перекрыватель, разработанный в ТатНИПИнефти, состоит из профильных труб 2, суммарную длину которых выбирают из условия перекрытия зоны поглощения снизу и сверху не менее чем по 1,5 м. На нижней трубе устанавливают чугунный башмак 4, а на верхней – левый переводник 1. Профильные трубы соединяются между собой с помощью конусных упорных резьб. Перед спуском перекрывателя в скважину проводят подготовительные работы, включающие проработку скважины в интервале установки перекрывателя, шаблонировку перекрывателя на проходимость шара 3 по обоим каналам профильных труб, шаблонировку бурильных труб. В случае необходимости готовят герметизирующую пасту из битума марки БП-4 и наносят ее во впадины перекрывателя с интервалом 10 см, предварительно прогрев место нанесения пасты до 50–70 °С. После спуска перекрывателя в бурильные трубы бросают шар, навинчивают ведущую трубу и уста-

124

навливают перекрыватель в необходимом интервале. Нагнетанием бурового раствора доводят шар до отверстия в башмаке и дальнейшим повышением давления расширяют перекрыватель, который плотно прижимается к стенкам скважины. Разгрузкой инструмента на 150–200 кН проверяют надежность закрепления перекрывателя на стенках скважины.

После отсоединения и подъема бурильных труб в скважину спускают развальцеватель, с помощью которого расширяют трубы в резьбовых соединениях, шаблонируют профильную часть перекрывателя и развальцовывают нижний конец трубы.

Внастоящее время выпускаются перекрыватели, имеющие сечения в виде восьмерки и звездочки. Профильные трубы соединяютсяс помощью резьбовых соединений или сваркой.

Работы ТатНИПИнефти показали, что поперечное сечение перекрывателя в виде восьмерки является наиболее рациональным, обеспечивающим весьма полное восстановление первоначально круглой формы трубы. Разработана компоновка, позволяющая за один рейс инструмента провести все операции, включая развальцовку. Возможность аварийной ситуации при установке перекрывателя, конечно, возрастает с увеличением длины секции и числа резьбовых соединений в ней. В отдельных случаях длину перекрывателя доводили до 120 м.

Втабл. 21 приведена техническаяхарактеристикаперекрывателя.

125

мывают. Затем в бурильные трубы бросают шар, с помощью которого срезаются шпильки, удерживающие башмак, и инструмент медленно приподнимается от забоя на длину сетчатой оболочки. Устройство поднимают с одновременной подкачкой в бурильные трубы 1,0–1,5 м3 воды, за которой закачивают чистый цементный раствор, приготовленный из 1,5–2,0 т цемента. После этого закачивают остальное количество тампонажной смеси с добавлением 3–4 % наполнителя. После продавки смеси буровым раствором инструмент поднимают с обязательным доливом скважины.

2.1.24. Изоляция зон поглощения с помощью взрыва

Эффективность изоляции поглощающих горизонтов после взрыва будет зависеть от того, насколько уменьшится сечение поглощающих каналов, по которым происходит фильтрация жидкости.

Взрыв заряда резко снижает растекаемость и плотность бурового раствора. После обработки взрывом раствора плотностью 1,4 г/см3 получается нерастекаемый пенообразный раствор, который остается стабильнымв течениенескольких суток.

При взрыве образуются две зоны разрушения: зона раздавливания породы и зона взрыва, или трещинообразований. Система радиальных и тангенциальных трещин во второй зоне наряду с существующими каналами поглощения приводит к образованию крупных кусков породы, больших, чем в первой зоне. За пределами второй зоны взрыв вызывает лишь упругопластичную деформацию или колебания среды.

Разрушение, вызываемое взрывом, в обеих зонах приводит к снижению первоначальной интенсивности поглощения. Разногабаритные обломки из разрушенных взрывом пород увлекаются вязкопластичной жидкостью и перекрывают поглощающие каналы (рис. 17).

127

тельно ниже плотности горных пород. Присутствие на контакте с горной породой инородной среды (промывочной жидкости) вызывает следующие физико-химические процессы на границе раздела сред:

•поверхностную гидратацию;

•осмотические явления (односторонний переток);

•растворение горной породы;

•набухание горной породы;

•капиллярный переток.

В некоторых видах горных пород эти процессы и явления при определенных условиях могут воздействовать на их агрегатное состояние, силы внутреннего сцепления и в итоге существенно изменяют свойства горных пород в окрестностях ствола скважины по сравнению с первоначальными в естественном залегании. На открытой поверхности стенки скважины проявляется действие бокового распора, которое не компенсируется силами гидростатического давления. Это вызывает деформацию горных пород в окрестностях ствола и может приводить к их разрушению.

Уменьшению прочности горных пород также способствуют усталостные явления, которые развиваются под воздействием гидродинамических ударов и изменения давления в стволе при СПО.

При циркуляции промывочной жидкости по стволу скважины и ее прекращении нарушается температурный режим горных пород, что приводит к появлению дополнительных напряжений.

Имеющийся опыт бурения позволяет выделить основные виды нарушения целостности стенок скважины [10]. К ним относятся:

•раскрытие естественных и образование новых трещин;

•образование каверн;

•образование желобов;

•осыпание стенок скважины;

•обвалообразование;

129

•вытекание пород, склонных к пластическому течению в определенных условиях;

•сужение ствола в результате набухания горных пород или их пластического течения.

Говоря о напряженном состоянии горных пород, мы отметили, что в земных недрах они находятся под действием всестороннего давления и высоких температур, влияние которых с ростом глубины залегания пород возрастает по сложной нелинейной зависимости. Под действием сил гравитации они уплотняются в вертикальном направлении, что вызывает возникновение бокового горного давления, величина которого, как правило, меньше величины вертикального горного давления.

Таким образом, горные породы не нарушенного скважиной горного массива находятся в сложно-напряженном состоянии.

Для определения горизонтальных составляющих горного давления нужно знать величину коэффициента бокового давления λ, которая в основном зависит от структурно-механических свойств горной породы и условий залегания в массиве, а также направления

ивеличины действующих в массиве сил. Для упругих твердых тел

впределах упругих деформаций этот коэффициент колеблется в диапазоне 0,25–0,35, т.е. λ = 0,25…0,35 [10].

Коэффициент бокового распора для малосвязанных горных пород определяется из выражения

tg2 45 ,

2

где φ – угол внутреннего трения малосвязанного материала, определенный лабораторным путем.

В табл. 22 приведены значения коэффициента бокового давления для некоторых разновидностей горных пород [10].

Из таблицы видно, что для некоторых водонасыщенных глин этот коэффициент равен 1.

130