8.3.АВАРИИ

СКРЕПЬЮ СКВАЖИНЫ

При цементировании обсадных колонн, спус­ каемых на большие глубины, нередки случаи обрыва колонн из-за резкой разницы температур колонны и закачиваемого раствора. Такие явления характерны для тех случаев, когда низ обсадной колонны опирается на забой или нижнюю сек­ цию колонны (или прихвачен), а верх ее жестко посажен на клинья или элеватор. В подобных случаях необходимо учиты­ вать изменение длины колонны от температуры. Закачка в нагретую колонну холодного бурового или цементного рас­ твора ведет к деформации колонны с последующим взрывом трубы из ее муфты.

На районы с повышенным температурным градиентом приходится основное число аварий по указанным причинам. При цементировании обсадных колонн возможны случаи разрушения тела трубы под действием давлений, превышаю­ щих допустимые. Например, при посадке колонны в шлам и восстановлении циркуляции иногда создают давления выше допустимых. Разрушаются главным образом обсадные к о ­ лонны большого диаметра.

Известны случаи оставления цементного раствора в экс­ плуатационной колонне из-за быстрого схватывания его - образуется цементный стакан различной высоты. Иногда при разбуривании стакана нарушается целостность обсадной ко ­ лонны. Причины оставления цементного раствора в ко ­ лонне - ошибки при расчетах количества продавочной жид­ кости (часто не учитывается коэффициент сжимаемости жидкости, который зависит от количества находящегося в ней воздуха или газа), несовершенство конструкций продавочных пробок, использование неопрессованных цементиро­ вочных головок и др.

Другими причинами оставления цементного раствора в об ­ садных колоннах могут быть: несоответствие качества там­ понажного цемента температурным условиям скважин, при­ водящее к преждевременному схватыванию цементного рас­ твора; применение для затворения цемента воды, загрязнен­ ной солями и другими жидкостями и веществами, сокращ а­ ющими сроки схватывания цементного раствора; отсутствие контроля за качеством приготовления цементного раствора.

При выполнении всех технических требований по спуску и цементированию обсадных колонн все же наблюдаются

случаи смятия их после цементирования. Смятие происходит выше зоны подъема цементного раствора и в зоне зацемен­ тированного участка обсадной колонны, а также в зоне фильтров. Смятие колонны наблюдается в интервалах, сло­ женных неустойчивыми породами, склонными к обвалам, а также при снижении уровня в колонне ниже допустимого. Смятие колонн в неустойчивых породах, которые не отделе­ ны от колонны цементным кольцом, можно объяснить сле­ дующим. Буровой раствор, находящийся за колонной, коагу­ лирует; снижается давление на стенки скважины, что способ­ ствует поступлению воды, нефти и газа в затрубное прост­ ранство. Все это ведет к обвалам пород и смятию труб.

С ростом глубины залегания неустойчивых пород увеличи­ вается высота столба бурового раствора за колонной над цементным кольцом, в связи с чем повышается опасность смятия колонн. Одно из важнейших мероприятий по предо­ хранению колонн от смятия в интервале нахождения неус­ тойчивых пород - перекрытие цементной оболочкой неус­ тойчивых и газонефтеводопроявляющих горизонтов.

Другая причина смятия обсадных колонн выше зацемен­ тированного участка - уменьшение уровня жидкости в них ниже допустимого. Подобные аварии встречаются там, где считают, что снижение уровня жидкости допускается на 2/3 длины колонны. Пределы понижения уровня жидкости необ­ ходимо рассчитывать в зависимости от условий проходки скважины, плотности бурового раствора, диаметра, толщины стенки и механических свойств материала обсадной колон­ ны.

Смятие обсадных колонн в пределах зацементированных участков происходит на расстоянии 50-60 м от фильтра и в прифильтровой зоне. Промысловые данные показывают, что подобные аварии бывают также в местах, где продуктивные горизонты сложены неустойчивыми породами и при эксплуа­ тации скважины выносится большое количество песка.

Для предупреждения поломок обсадных труб Т.Е. Еремен­ ко предлагает следующее.

1. При вызове притока нефти из пласта в момент освое­ ния скважины не допускать значительного опорожнения к о ­ лонны от жидкости, отдавая предпочтение замене жидкости в колонне нефтью или другими растворителями глинистой кор ­ ки, если она не была удалена в период подготовки скважины

кцементированию.

2.Применять в качестве фильтра трубы более высокой прочности на разрыв с гладкими снаружи соединениями.

ней и внутренней сторон почти одинаково, в результате чего труба сохраняет первоначальную форму. Там, где между тру­ бой и стенками скважины цементного камня нет, протирание колонн ведет к разрушению резьбового соединения труб, их смятию, и создаются препятствия свободному прохождению бурильной колонны (Л.Б. Измайлов, М.Л. Кисельман, И.П. Пустовойтенко).

При бурении глубоких скважин очень часты аварии из-за износа обсадных труб и повреждения их бурильной колон­ ной и долотами. Рост числа спускоподъемных операций при­ вел к тому, что практически невозможно избежать износа труб. Так, по данным М.Л. Кисельмана, в объединении "Грознефть" в скважинах глубиной до 4000 м в обсадных колоннах трубы совершают 500-550 тыс. м возвратно-поступательных движений и 1500 тыс. м вращений. Такой большой объем работ в обсадных колоннах ведет к износу труб и протира­ нию их при самых благоприятных условиях проходки сква­ жин.

Бурильная колонна вырабатывает при спускоподъемных операциях в стенках обсадной колонны односторонний ж е­ лоб с поперечным сечением в виде крута диаметром, равным диаметру бурильных замков эксплуатирующейся бурильной колонны. Трубы, имеющие указанные дефекты, уже сами являются источником аварии, так как при повышении давле­ ния в колонне они рвутся вдоль желоба. Ж елоба и прорезы в обсадных колоннах усиленно вырабатываются движением долот всех типов, особенно колонковыми долотами режуще­ го и режуще-истирающего типа, а также долотами ф резерно­ го типа. Повреждение колонны резко растет с увеличением силы прижатия долота к одной стороне колонны вследствие искривления ствола скважины и других причин, нарушающих центричность колонны по отношению к стволу скважины.

Неровности внутренней части труб (коррозионные впади­ ны, уступы и т.д.) способствуют также увеличению числа прорезов и надрезов. Отмеченные неровности, а также тор ­ цы труб являются упорами для режущей части долот, поэтому от них берут начало прорезы.

Приустьевые трубы обсадных колонн подвергаются значи­ тельному износу. Первая труба часто имеет односторонний износ, нередко до полного истирания толщины на 0,5-0,8 длины трубы. Таких значений износ достигает в результате постоянного контакта ведущей трубы с первой трубой об ­ садной колонны. При этом на значение износа влияют: кри­ визна скважины, эксцентричное расположение труб, а также

конструкция скважин, виды и типы спускаемого бурильного инструмента и установленного бурового оборудования.

Протирание обсадных колонн в значительной степени за­ висит от использования на бурильных трубах предохрани­ тельных резиновых колец. При их отсутствии степень износа увеличивается.

Установлено, что обсадные трубы протираются главным образом при работе в колоннах без предохранительных ре­ зиновых колец на бурильных трубах при роторном и тур­ бинном бурении, а протирания часто возникают в местах искривления.

Основная причина проседания обсадных колонн - недо­ статочное крепление их на устье, особенно если колонна не посажена на клинья.

Часты нарушения обсадных колонн в процессе разбурива­ ния цементного стакана и элементов низа обсадной колонны, продавочных пробок, стоп-кольца, обратного клапана й на­ правляющей пробки.

Ликвидация негерметичности

Причины негерметичности обсадных колонн могут быть разные. К их числу относят разрывы вследствие возникновения чрезмерных внутренних давлений, утечки по резьбе из-за неправильного свинчивания, отверстия, образо­ вавшиеся в результате коррозии или эрозионного воздейст­ вия струй промывочной жидкости и т.п.

В зависимости от типа и протяженности зоны негерме­ тичности выбирают метод ремонта обсадной колонны. Прежде всего надо определить местоположение повреждения. Для этого лучше использовать съемный пакер. С его помо­ щью проводят серию опрессовок колонны, начиная снизу и постепенно поднимаясь вверх до тех пор, пока не будет об ­ наружена негерметичность.

Самым нераспространенным методом ликвидации негер­ метичности обсадных колонн, видимо, следует считать це­ ментирование под давлением. Цементный раствор продавли­ вается сквозь негерметичную часть за колонну, и после его схватывания колонну опрессовывают. Иногда надо провести цементирование в несколько ступеней и оставить часть це­ ментного раствора в колонне под давлением до схватывания. После разбуривания цементной пробки колонну испытывают на герметичность.

Зона негерметичности может быть перекрыта хвостови­

ком, "голова" которого располагается над зоной, а башмак может находиться на забое скважины. В комплекс устройст­ ва для подвески хвостовика может входить пакер, обеспечи­ вающий герметизацию пространства между "головой" хвосто­ вика и обсадной колонной. Для повышения надежности кре­ пи за хвостовиком поднимают цементный раствор до пакера. Хвостовики уменьшают диаметр скважины, что ограничивает применение технологических операций и инструментов в бу­ дущем. По этой причине спуск хвостовика может оказаться нежелательным.

Если место негерметичности расположено неглубоко и спуск хвостовика до забоя нецелесообразен, то может быть спущен укороченный хвостовик - вставка. Верхний и ниж­ ний концы такой вставки оборудуют якорными узлами и пакерами, в результате чего пространство между хвостовиком и обсадной колонной оказывается загерметизированным снизу и сверху. Недостаток такого способа ликвидации негерме­ тичности - образование местной суженной зоны.

Иногда обсадную колонну обрезают ниже места негерме­ тичности. Обрезанную часть поднимают, а на ее место спус­ кают новые трубы и соединяют их с оставшимися в скважи­ не при помощи ремонтного овершота.

Эта работа включает следующие операции. Определяют нижнюю граничу негерметичности или зоны повреждения обсадных труб, для чего спускают соответствующие инстру­ менты. Затем механической труборезкой, спущенной на бу­ рильных трубах» отрезают обсадную колонну ниже этой зо ­ ны. Ремонтный овершот спускают на новых обсадных тру­ бах и соединяет его с оставшимися в скважине трубами по правилам, принятым при работе с овершотом: осторожно накрывают "голову" труб с поворотом вправо. После того как захват вошел в зацепление с трубой и пакер герметизи­ ровал пространство между трубой и корпусом овершота, об ­ садную колонну натягивает до расчетной нагрузки и сажают на подвеску колонн°й головки.

При спуске обсадных колонн в морские скважины с под­ водным расположением устья устройство для подвески к о ­ лонны крепите# к верхней обсадной трубе и спускается на бурильных трубах для посадки в колонную головку, распо­ ложенную глубоко под водой. По пути обсадная колонна мо­ жет быть прих#ачена* и подвесное устройство не дойдет до колонной головки- В этом случае обсадную трубу отрезают ниже устья так» чтобы прихваченную колонну можно было вытянуть вверх на необходимую для подвески длину.

На обсадных трубах спускают ремонтный овершот. Верх­ нюю трубу, оборудованную подвесным устройством, сажают в колонную головку, а нижний торец овершота при этом должен находиться немного выше "головы" обрезанной тру­ бы. Сквозь верхнюю секцию обсадных труб на бурильной колонне спускают внутреннюю труболовку, ловят "голову" обрезанной колонны, затаскивают ее в захват овершота и там подвешивают, натянув согласно расчету. При этом пакер овершота обхватывает обрезанную трубу, обеспечивая герме­ тичность колонны. Проворотом бурильной колонны осво­ бождают труболовку и поднимают ее из скважины.

Применение ремонтного овершота позволяет создать рас­ четное натяжение колонны и обеспечить постоянство ее вну­ треннего канала. По наружному диаметру овершоты нена­ много превосходят обычные муфтовые соединения стандарт­ ных обсадных труб. После посадки в колонную головку ко ­ лонну с ремонтным овершотом опрессовывают для проверки герметичности уплотнения.

Отвинчивание обсадных труб

Если на сравнительно небольшой глубине об ­ садная колонна сильно корродирована или негерметична, можно отвинтить ее верхнюю поврежденную часть при по­ мощи специальных инструментов и заменить новыми труба­ ми, соединив их с оставшейся в скважине частью специаль­ ным метчиком (или колоколом). Если ремонтируемая колонна находится в обсаженной скважине, то область применения способа может быть расширена до глубины 900 м. Однако наибольшее распространение этот способ получил на глуби­ нах до 300 м.

Отвинчивание начинают сверху. С помощью внутренней труболовки, бурильных труб с левой резьбой и высокомоментного бурового ключа отвинчивают на три оборота влево одну или несколько верхних труб обсадной колонны. Затем труболовку спускают в следующую трубу и отвинчивают ее тоже на три оборота. При вращении трубы влево ее нижнее резьбовое соединение развинчивается, а верхнее свинчивается с расположенными выше неподвижными трубами. Таким об ­ разом отвинчивают по очереди все трубы до намеченной глу­ бины, где полностью отвинчивают всю расположенную выше колонну.

Успех этому методу обеспечивают небольшие потери на трение, так как трубы отвинчивают поодиночке, а благодаря

тому, что при отвинчивании нижней резьбы все находящиеся выше резьбы завинчиваются, практически исключается веро­ ятность отвинтить и уронить в скважину какую-нибудь трубу. В компоновку бурильной колонны включают трубы с центра­ торами, чтобы поддерживать соосность верхней и нижней частей обсадной колонны как при отвинчивании, так и при соединении их между собой.

Повсеместное применение метода сдерживается не только ограничениями по глубине, но и возможностью проявления продуктовых горизонтов в этот период работ, когда верхняя часть обсадной колонны отсутствует или не может быть ис­ пользована для герметизации устья и глушения скважины. Отвинчивание обсадных труб - один из дешевых методов, не требующих применения дорогостоящих соединителей типа ремонтного овершота.

Стальные деформируемые перекрыватели для обсадных колонн

Суть метода заключается в том, что зона негерметичности обсадной колонны перекрывается изнутри, как пластырем, тонкостенной (толщина стенки 2-3 мм) де­ формируемой трубой, изготовленной из мягкой стали. Трубу сначала подвергают отжигу, потом на ней прокатывают про­ дольные гофры, уменьшая таким образом ее наружный* диа­ метр, и снова отжигают для снятия остаточных напряжений прокатки. Наружный диаметр трубы подбирают с учетом размера и толщины стенки обсадной колонны в перекрыва­ емом интервале. Это очень важно, так как после деформации перекрыватель должен плотно прилегать к внутренней по­ верхности обсадной колонны.

Обычно наружная окружность поперечного сечения тру- бы-перекрывателя на 2 % длиннее внутренней окружности поперечного сечения обсадной колонны. Снаружи на пере­ крыватель наносится слой стекловолокна, который насыща­ ют эпоксидным клеем и который служит уплотняющей про­ кладкой.

В комплект инструментов для установки перекрывателя входит гидравлический поршень, который проталкивает двухступенчатую оправку внутри гофрированной трубыперекрывателя. Перед спуском в скважину сдой стекловолок­ на пропитывается эпоксидным клеем, срок схватывания ко ­ торого подбирается с учетом продолжительности работ и температурных условий в скважине.