Осложнения и аварии при строительстве нефтяных и газовых скважин

При подборе в комплексы следует придерживаться следующих основных положений [1]:

•при профилактике поглощений не рекомендуется вводить в

буровой раствор чешуйчатые наполнители совместно с гранулированными, так как их присутствие может вызвать образование искусственных трещин;

•при использовании гранулированных наполнителей значительно увеличиваются потери давления в затрубном пространстве, что приводит к увеличению забойного давления до давления раскрытия трещин и поглощения бурового раствора;

•хорошей совместимостью и высокой закупоривающей способностью при приготовлении мягких пробок, а также при добавке

втампонажные твердеющие смеси обладают следующие материалы: волокнистые и чешуйчатые, волокнистые и гранулированные, волокнистые и чешуйчатые (с размерами частиц в 2–3 раза меньше частиц наполнителя);

•при ликвидации поглощений высокой интенсивности (60– 100 м3/ч и более) в крупнотрещиноватых породах следует для образования более плотного каркаса перемычек использовать крупноразмерные гранулированные наполнители из жесткого и упругого материала (например, керамзита, дробленого известняка, дробленой резины, вулканизированных отходов латекса);

•целесообразно при намыве наполнителей в зоны высокой интенсивности поглощения использовать одновременно наполнители разной плотности: всплывающие и оседающие;

•при ликвидации поглощений средней интенсивности (не более 40–60 м3/ч) хорошей результативностью отличаются комплексы из следующих материалов: целлофана и слюды, шелухи зерновых или технических культур в смеси с гранулированными наполнителями, имеющими частицы различного размера;

•при совмещении в растворах наполнителей из различных материалов необходимо поддерживать правильное их соотношение по типу и размерам частиц. Рекомендуется придерживаться следующих соотношений в комплексах наполнителей:

81

–при использовании гранулированных и пластинчатых наполнителей добавка последних должна составлять не более половины от объема гранулированных;

–при смешивании волокнистых материалов с гранулированными или пластинчатыми следует стремиться к тому, чтобы объем добавки волокнистых наполнителей приближался к объему гранулированных или пластинчатых.

Упругие гранулированные наполнители имеют преимущество в комплексах, особенно при необходимости создания перемычки в породах различной трещиноватости. При совмещении их с жесткими следует придерживаться соотношений от 2:1 до 5:1 (по объему).

При использовании высоких концентраций наполнителей необходимо предпринимать обычные меры предосторожности для обеспечения равномерного распределения наполнителей в жидко- сти-носителе перед закачиванием их в скважину.

Целенаправленное применение наполнителей даст необходимый эффект, если их выбор производить из особенностей строения горной породы в поглощающем горизонте и интенсивности поглощения бурового раствора.

При выборе способа изоляционных работ с применением на-

полнителей и тампонажных смесей пользуются величиной приемистости пласта, которая в различных условиях определяется поразному. Чаще всего определяют:

• удельную приемистость пласта при избыточном давлении в

0,1 МПа;

• удельную приведенную приемистость пласта при перепаде давления в 0,5 МПа на единицу мощности поглощающего пласта;

• удельную приемистость на единицу площади проницаемого горизонта при перепаде давления 0,1 МПа.

Для наиболее сложных зон поглощения, представленных крупнотрещиноватыми породами с большей величиной раскрытия поглощающих каналов (40 мм и более), рекомендованы пробные изоляционные работы с применением высокоэффективных тампонажных смесей с наполнителями. Зоны поглощения, по которым положительные результаты не получены, целесообразно перекрывать с помощью специальных устройств типа УПП.

82

2.1.13.Профилактические мероприятия по предупреждению возникновения поглощения бурового раствора

сприменением наполнителей

Профилактические мероприятия рекомендуется планировать во всех интервалах ожидаемых поглощений. Они могут повысить эффективность последующих изоляционных работ другими методами. Это обусловлено тем, что профилактические мероприятия, направленные на снижение перепадов давления на проницаемые пласты, предотвращают дренирование в проницаемые горизонты.

При бурении скважин роторным способом необходимо создать условия, обеспечивающие минимальные перепады давления на проницаемые пласты и минимальное повышение закупоривающей способности бурового раствора. Снижение гидродинамических перепадов давления достигается регулированием реологических свойств бурового раствора – динамического напряжения сдвига τ и пластической вязкости .

При регулировании реологических и структурно-механических свойств бурового раствора и одновременном снижении его плотности рекомендуется:

•на небольших глубинах (600–800 м) с большими зазорами между колонной бурильных труб и стенкой скважины вести бурение на растворах с повышенными значениями динамического, статического напряжений сдвига и пластической вязкости. Это обусловлено тем, что при небольшой глубине и увеличенных кольцевых зазорах перепад давления будет увеличиваться незначительно,

вто же время при повышенных значениях τ и будет снижаться глубина проникновения бурового раствора в проницаемый пласт, а рост во времени СНС раствора, проникшего в поглощающие каналы и находящегося в покое, может привести к полной изоляции зоны поглощения;

•на глубине, превышающей 600–800 м, и при уменьшенных кольцевых зазорах бурение вести на пониженных значениях статического, динамического напряжений сдвига и пластической вязкости,

поскольку рост τ и приведет к увеличению гидродинамического давления, а повышенная величина СНС может привести к гидрораз-

83

давления, а повышенная величина СНС может привести к гидроразрывампородприСПО ивызове циркуляции.

При выборе вида наполнителя и его концентрации в буровом растворе рекомендуется следующее:

•если ожидается зона поглощения с небольшим раскрытием поглощающих каналов, вскрытие которых приведет к частичной потере циркуляции и увеличению механической скорости проходки по сравнению с граничащими непоглощаемыми интервалами на 45– 40 %, то в раствор следует ввести не менее двух следующих наполнителей: древесные опилки, мелкая резиновая крошка, слюдачешуйка, мелкая скорлупа ореховая;

•при ожидаемой зоне поглощения с крупными каналами ухода бурового раствора, вскрытие которых может сопровождаться полной потерей циркуляции и резким (в 2–4 раза) увеличением механической скорости проходки или небольшими провалами инструмента, в раствор следует ввести не меньше трех из числа следующих наполнителей: гранулированный (крупная скорлупа ореха, силикагель отработанный, резина дробленая), волокнистый (кордное волокно, кожа-«горох», хромовая стружка, опилки древесные), чешуйчато-пластинчатый (подсолнечная лузга, слюда-чешуйка). Сочетания наполнителей могут быть различны, но в их состав должен входить обязательный компонент – гранулированный наполнитель. Рекомендуемая суммарная концентрация наполнителей в буровом растворе не должна превышать 5–7 % к объему раствора;

•перед вскрытием поглощающего горизонта при восстановлении циркуляции определяется равномерность содержания наполнителя в буровом растворе путем взятия проб.

При турбинном бурении применение наполнителей зависит от пропускной способности забойного двигателя. В качестве добавки в глинистый раствор может использоваться мелкая резиновая крошка

сразмерами частиц до 1 мм, водная дисперсия из отработанной резины, слюда-чешуйка. Первые два наполнителя могут использоваться для изоляции мелкотрещиноватых и пористых пород. Слюдачешуйка рекомендуется для закупоривания мелко- и среднетрещиноватых пород.

84

Оптимальные концентрации некоторых вводимых в раствор наполнителей, при которых не нарушается нормальное бурение скважин, приведены в табл. 14.

2.1.14. Рекомендации по технологии бурения при вскрытии и прохождении поглощающих горизонтов

1.Вскрытие и прохождение потенциально поглощающего горизонтапроводить с постоянным контролем свойств бурового раствора.

2.При вводе наполнителя циркуляция бурового раствора должна осуществляться, минуя вибросита и другие очистные устройства.

3.При роторном способе бурения до вскрытия проницаемого интервала и в процессе его прохождения установить производитель-

ность буровых насосов до 8–13 л/с, а число оборотов ротора до

60 мин–1.

4.При спуске бурильной колонны производить промежуточные промывки через 200–500 м, начиная с башмака предыдущей обсадной колонны.

85

5.За 100 м до подхода к кровле поглощающего горизонта ограничить скорость спуска бурильной колонны до 0,5 м/с.

6.Вызов циркуляции при промежуточных промывках и на забое необходимо производить плавно с одновременным расхаживанием колонны бурильных труб и ее медленным вращением для разрушения структуры раствора.

7.Если при бурении отмечено частичное поглощение бурового раствора, необходимо увеличить концентрацию наполнителей в нем и снизить производительность буровых насосов.

8.При вскрытии зоны полного поглощения необходимо по возможности снизить производительность насосов и вести углубление скважины, контролируя наличие бурового раствора в приемных емкостях. Рекомендуется также постоянно вращать бурильную колонну с периодическим отрывом ее от забоя и расхаживанием. Если циркуляция к концу рейса не восстановилась, то необходимо до следующего рейса ввести в буровой раствор гранулированный наполнитель с более крупными размерами частиц по сравнению с применявшимися в предыдущем рейсе, оставив неизменными волокнистые и чешуйчато-пластинчатые типы наполнителей.

9.Для оценки эффективности закупоривания каналов поглощения бурового раствора с применяемыми типами наполнителей следует периодически определять положение динамического и статического уровней. Если происходит постоянное повышение уровней, бурение следует вести с выбранными типами наполнителей. При неизменном положении уровней необходимо увеличить фракционный состав наполнителей или приступить к другим способам изоляционных работ.

10.Очистку бурового раствора от наполнителей можно начинать только после полного восстановления циркуляции и углубления скважины не менее чем на 50 м ниже подошвы поглощающего горизонта. Одновременно следует увеличивать производительность буровых насосов до установленной техническим проектом.

86

2.1.15.Способы намыва (доставки) наполнителей

взону поглощения

Намыв наполнителей в зоны интенсивных поглощений через воронку, установленную на устье. Схема намыва приведена на рис. 10.

Рис. 10. Ввод наполнителей через воронку

Способ позволяет использовать наполнители с размерами частиц до 60–80 мм. Технология намыва крупного наполнителя может производиться по двум технологическим схемам:

•при постепенной закачке жидкости (бурового раствора, тампонажной смеси);

•порциями с последующей продавкой после того, как в бурильных трубах скопится достаточный объем наполнителя.

Для этого открытый конец бурильных труб устанавливают на 10–15 м выше кровли поглощающего горизонта. Наполнитель подают в воронку, установленную на устье скважины, одновременно

сподачей бурового раствора через ведущую трубу буровым насосом или через отвод цементировочного агрегата. При восстановлении циркуляции ведущая труба наворачивается на бурильный инструмент.

87

По аналогичной схеме намывают наполнители типа дробленой резины, кордового волокна, дробленого известняка, кошмы, керамзита. Метод намыва наполнителей через воронку может применяться в скважинах, где статический уровень жидкости находится на глубине не менее 50 м.

Основным преимуществом способа намыва жидкости через воронку является возможность применения наполнителя с максимальными размерами частиц. Максимальный размер частиц наполнителя должен составлять не более одной трети от минимального внутреннего диаметра бурильной колонны.

При намыве крупного наполнителя необходимо выполнять следующие условия:

•до начала намыва крупного наполнителя надо нормализовать процесс движения жидкости по бурильным трубам в пласт предпочтительно при добавке мелкого наполнителя;

•ввод крупного наполнителя должен быть постепенным и равномерным при установленной постоянной подаче бурового раствора в бурильные трубы;

•добавка наполнителя не должна превышать 10 % (по объему к объему закачивающей жидкости);

•количество наполнителя, поданного в трубу при намыве первой порции, не должно превышать 2–5 т;

•после намыва первой порции наполнителя необходимо ее продавить до зоны поглощения. Затем открытым концом инструмента определить местоположение образовавшегося осадка;

•при наличии осадка его необходимо разрушить вращением инструмента с промывкой.

Способ намыва наполнителей с помощью цементировоч-

ных агрегатов. Приводимый способ имеет широкое применение. Большинство зон поглощения при бурении скважин через известняки имеет поглощающие каналы мелкого и среднего размера (1– 2 и 5–7 мм). В связи с этим буровые предприятия используют наполнители с малыми размерами частиц, которые способны прокачиваться насосами цементировочных агрегатов. Наибольшее применение имеют наполнители: опилки, кордное волокно, резиновая крошка, слюда, кожа-«горох», ореховая скорлупа и т.д.

88

Использование цементировочного агрегата дает возможность закачать раствор с наполнителем в скважину под высоким давлением с регулируемой подачей, не вызывая гидроразрыва пласта. Такой процесс изоляции применяется там, где ствол скважины подготавливается для бурения на растворах высокой плотности, или в скважинах, в которых при цементировании обсадных колонн происходят гидроразрывы пород. Намыв наполнителей с помощью ЦА целесообразно применять до получения первых признаков начала снижения интенсивности поглощения или роста уровня жидкости в скважине.

2.1.16. Установка мостов

Целями установки мостов являются следующие:

•ликвидация поглощений буровых и тампонажных растворов;

•получение в скважине устойчивого водогазонепроницаемого цементного стакана (моста) определенной прочности для перехода на вышележащий объект;

•забуривание нового ствола скважин;

•укрепление кавернозной части ствола скважин;

•ликвидация желобных выработок;

•ликвидация нефтегазоводопроявлений;

•консервация или ликвидация скважин.

Установкой моста называется операция по доставке тампонажной смеси в определенный интервал ствола скважины и удержание ее там до схватывания.

Технологический процесс установки моста и его качество зависят от ряда условий. К ним относят следующие:

•поглощение или нефтегазопроявления в интервале установки моста;

•большую кавернозность ствола скважины;

•высокие градиенты пластового давления между разобщаемыми пластами;

•состав флюидов и их свойства в поглощающих или проявляющих горизонтах;

•температуру и давление в интервале установки моста.

89

Поскольку мосты выполняют конкретные задачи, к ним предъявляются следующие требования:

•долговечность, коррозионная устойчивость;

•герметичность;

•прочность;

•несущая способность;

•интервал расположения моста;

•минимальное время схватывания после доставки тампонажного материала в интервал установки моста.

Указанные требования обусловлены конкретными геологотехнологическими условиями и назначением моста. Логично, что требования к надежности и долговечности, герметизирующей способности и прочностным свойствам цементных мостов должны соответствовать требованиям, предъявленным к крепи скважины [5].

Несущая способность моста зависит от его высоты, толщины слоя фильтрационной корки на стенке скважины. При удалении рыхлой части глинистой корки достаточна высота моста 25–30 м, а при ее наличии необходимая высота моста может увеличиваться до 250 м. Герметичность моста зависит от высоты, состояния поверхности контакта, так как давление, при котором происходит прорыв флюида, прямо пропорционально длине моста и обратно пропорционально толщине корки.

Мосты должны быть прочными. Если при испытании на прочность мост не разрушается при создании на него удельной осевой нагрузки 3–6 МПа, то его прочностные свойства удовлетворяют условиям забуривания нового ствола. К мостам для забуривания нового ствола предъявляются дополнительные требования по высоте. Это обусловлено тем, что прочность верхней части моста должна обеспечить возможность забуривания нового ствола с определенной интенсивностью искривления, а нижняя часть должна надежно изолировать старый ствол.

90