книги из ГПНТБ / Пустовойтенко И.П. Предупреждение и ликвидация аварий в бурении

Нефтяная ванна дает хороший эффект при полной замене гли­ нистого раствора нефтью в зоне прихвата.

Для большей эффективности ванны перед закачкой нефти не­ обходимо по возможности снизить плотность, вязкость и СНС бу­ рового раствора. Можно промыть скважину водой или закачать перед нефтью возможно большее количество воды. Это улучшает замещение глинистого раствора нефтью.

Для успешного проведения нефтяной ванны следует своевре­ менно приступить к проведению ее, правильно определить место прихвата и количество нефти для ванны, а также правильно про­ вести ее закачку и не позже чем через 3—5 ч после возникновения прихвата.

Расход нефти для ванны определяют вычислением объема коль­ цевого пространства с учетом перекрытия интервала прихвата на 75—100 м. При этом в трубах желательно оставлять определен­ ный объем нефти для поддержания избыточного внутреннего дав­ ления против наружного на 12—15 кгс/см2 .

Там, где выбросы исключены и имеется в достаточном количе­ стве нефть, допускается периодическое подкачивание нефти в затрубное пространство. Для этого вся внутренняя часть бурильной колонны заполняется нефтью, которая в последующем периоди­ чески (через 1—3 ч) подается в кольцевое пространство.

После закачки нефти бурильную колонну необходимо разгру­ зить на 20—25 тс. Чтобы предупредить распространение прихвата, бурильную колонну следует расхаживать по 1—2 раза в 1 ч, созда­ вая натяжение колонны, равное величине ее веса. Расхаживать бурильную колонну необходимо не ранее чем через 5—6 ч после применения ванны. Во избежание слома труб разгружать буриль­ ную колонну в зоне каверн не рекомендуется.

Допустимые значения крутящего момента и числа оборотов бурильной колонны приведены в табл. 51.

Допустимые нагрузки на бурильные трубы приведены в табл. 52. Вращение колонны и приложение нагрузок к ней следует про­

риодически в затрубное пространство добавлять нефть. Нефтяная ванна дает результаты обычно через 8—12 ч. Продолжительность первой ванны не должна превышать 24 ч. Если первая ванна не дала положительных результатов, восстанавливают циркуляцию

методов для освобождения прихваченной колонны. Если повтор­ ная ванна не дает результатов, иногда переходят на сплошную промывку в течение 2—3 ч, а при отрицательных результатах ее удлиняют до 5—6 ч.

Установка нефтяных ванн сопряжена с возможностью возник­ новения пожара и фонтанов. Для предупреждения их проводят

238

239

тщательную подготовку всего оборудования для безопасности ра­ бот. Особенно обращают внимание на устранение очагов пожара под полом буровой, в зоне ствола скважины и лебедки. Под веду­ щей трубой обязательно должен быть установлен обратный кла­ пан, при этом категорически запрещается отвинчивать ведущую трубу с обратным клапаном. Разъединять бурильную колонну сле­ дует выше обратного клапана.

При прихвате бурильной колонны в крепких, твердых и сред­ ней твердости породах, если нефтяная ванна не дает положитель­ ных результатов, следует применить освобождение бурильной ко­

прихватов эффективны водяные ванны. Достоинством их является быстрота осуществления, так как не требуется специальных жид­ ких агентов, агрегатов и специальной подготовки. Водяная ванна является предпочтительной, когда замена глинистого раствора нефтью может привести к выбросу и если в зоне, где предполага­ ется применить ванну, встречены обваливающиеся глины и, осо­ бенно, когда бурильная колонна прихвачена или заклинена в от­ ложениях магниевых или калиевых солей.

Водяные ванны с содержанием ПАВ в пределах до 2% объема закачиваемой воды дают большой эффект. После проведения во­ дяной ванны расхаживать колонну следует через 2—3 ч. Техноло­ гия проведения водяной ванны аналогична описанной выше.

При ликвидации прихватов в скважинах, разрез которых пред­ ставлен породами, склонными к обвалам, например глинами Ве­ рейского горизонта, применяют в качестве жидкого агента для

240

сплошной промывки скважины позволило ликвидировать ряд при­ хватов там, где установка нефтяных и кислотных ванн не дала результатов [3].

В восточных районах страны широкое распространение полу­ чили активные водяные ванны, которые выполняются следующим образом. В бурильную колонну закачивают расчетное количество воды, желательно с добавкой ПАВ. Затем вытесняют часть ее в затрубное пространство с расчетом заполнения последнего на 100— 150 м от забоя. Затем подкачивают еще 0,1—0,2 м 3 воды и быстро отбирают 3—5 м3 в емкость агрегатов. Этот цикл повторяют не­ сколько раз [34].

К и с л о т н а я в а н н а . Действие кислотных ванн основано на способности различных кислот, особенно соляной и плавиковой, и их смесей растворять карбонатные, глинистые и в некоторой степени кварцевые породы. При ликвидации заклиненной буриль­ ной колонны в пластах, сложенных карбонатными породами (из­ вестняками и доломитами), а также при действии на взвеси и их частицы, находящиеся в составе глинистых корок и сальников, соляной кислотой происходят следующие реакции:

того, кислота вызывает свертывание и осаждение глинистых ча­ стиц, которые также уносятся раствором.

При прихватах в карбонатных породах кислота, применяемая для ванны, также действует на стенки скважины и растворяет по­ роду. В скважинах, разрез которых сложен песками и песчани­ ками с незначительным содержанием карбонатных пород, солянокислотные обработки не дают высокой эффективности, так как со­ ляная кислота хорошо растворяет карбонатные породы, но не обладает такой способностью по отношению к алюмосиликатным породам. Следует отметить, что только плавиковая кислота может растворять кремнезем. Она представляет собой водный раствор фтористого водорода. При действии плавиковой кислоты на по­

Поэтому для увеличения эффективности действия на материал, прихвативший «бурильную колонну, применяют смесь плавиковой и соляной кислот, которая называется глинокислотой. Глинокислота растворяет цемент и силикатные породы (глины и песчаник),

действие ее основано на реакции плавиковой кислоты с двуокисью кремния, как указано выше. Соляная кислота, входящая в состав смеси, растворяет карбонатный цемент и песчаники, как это было показано выше. Под действием соляной кислоты частично раство­ ряются содержащиеся в породе железо и алюминий

Fe + HCl = FeCl 2 + Н 2 .

При этом разрушается кристаллическая решетка минералов, составляющих глины. Соляная кислота растворяет карбонатные породы с сохранением ^высокой кислотности растворов и предот­ вращает выпадение продуктов реакции плавиковой кислоты с гли­ нистыми минералами. Добавка только 3% товарной плавиковой кислоты 40%-ной концентрации к 15%-ной соляной кислоте уве­ личивает растворимость глинистых пород в 2—3 раза по сравне­ нию с их растворимостью в соляной кислоте.

На практике для кислотных ванн применяют в основном тех­ ническую соляную кислоту 8—14%-ной концентрации. Однако часто используют смеси соляной кислоты и воды, нефти и кислоты или смесь 15—20%-ной соляной кислоты и 40%-ной плавиковой кислоты. В последнем случае к соляной кислоте добавляют 10% плавиковой кислоты. Необходимую смесь подбирают опытным пу­ тем. Для этого образцы пород помещают в смесь и наблюдают ее действие на них.

Для получения оптимальной концентрации ингибированной со­ ляной кислоты полученную с баз кислоту разбавляют водой. При этом объем добавляемой воды (Vi) вычисляют по формуле:

где уь Y2> Ѵз — плотности соответственно исходной соляной кислоты, смеси требуемой концентрации и воды.

Для облегчения подбора закачиваемой кислоты в скважину в табл. 53 приведены плотность разбавленной кислоты при темпе­

242

Обычно инженер по сложным работам или сотрудники лабора­ тории по глинистым растворам заранее подбирают состав жид­ кости и анализирует действие различных смесей кислот на про­ ходимые породы. При возникновении прихвата только уточняется действие кислоты или ее смеси с другими жидкостями. Жела­

поддающуюся ингибированию и дающую высокую растворимость пород. На скорость реакции карбонатных пород с соляной и пла­ виковой кислотами влияют давление и температура. С увеличением давления скорость реакции уменьшается, а с увеличением тем­ пературы возрастает. Например, при увеличении температуры на 20—25° С скорость реакции увеличивается в 2—3 раза. В качестве ингибиторов применяют товарный формалин, уникоды различных марок, легкие смоляные масла, алкиловые масла, различные по­ верхностно-активные вещества и др. Ингибиторы уменьшают разъ­ едание металла труб и устройств, используемых для подачи в сква­ жину смеси. Обычно на 1 т 10%-ной соляной кислоты добавляют 6 кг формалина. Смешение кислот, разбавление их водой и до­ бавка ингибиторов проводят на буровой, поэтому все работы должны вестись с соблюдением соответствующих правил по тех­ нике безопасности.

Концентрация кислоты должна быть такой, чтобы колонна освободилась не позже чем через 10—12 ч. Держать бурильную колонну в кислотной ванне более 24 ч нецелесообразно. Если по истечении этого времени положительных результатов не получено, применяют другие методы ликвидации аварии.

В ы ч и с л е н и е о б ъ е м а к и с л о т ы . Интервал применения кислотной ванны выбирают в зависимости от места прихвата. Если установлено, что прихвачено только долото, то кислота в затрубном пространстве должна находиться в зоне долота и выше его не ме­ нее чем на 75 м. Кроме того, бурильная колонна также должна быть заполнена кислотой на высоту 75 м.

При прихвате на забое турбобуров и УБТ кислота должна заполнять зону прихвата и находиться на 75 м выше ее. При этом 75 м внутреннего пространства бурильной колонны также должны

смеси кислоты с другими жидкостями приступают к закачке ки­ слоты в скважину. Для этого выравнивают удельный вес бурового раствора и замеряют его параметры. Далее закачивают определен­

количество воды надо брать в зависимости от соотношения диа­ метра скважины и бурильных труб, исходя из того, что 50 м высоты затрубного пространства между буровым раствором и кислотой должны быть заполнены водой. При наличии 50-м столба воды со­ здаются благоприятные условия для очистки труб и исключается смешивание кислоты с раствором. Если же не учитывать соотно­ шения диаметров бурильных труб и скважины, то возможно сме­ шение бурового раствора с кислотой.

В табл. 54 приведено количество воды, необходимое для запол­ нения затрубного пространства высотой 50 м при различных соот­ ношениях диаметров скважины и бурильных труб.

Как видно из табл. 54 при диаметре скважины 190 мм и диа­ метре бурильных труб 114 мм для заполнения затрубного прост­ ранства более чем на 50 м достаточно 1 м 3 воды, а при диаметре скважины 445 мм и диаметре бурильных труб 168 мм 1 м 3 воды недостаточно для заполнения даже 10 м затрубного пространства. Следовательно, в последнем случае произойдет смешение бурового раствора и кислоты.

Как показывает этот пример, выбирать количество воды для закачки следует не ориентировочно, а расчетным путем. Увеличе­

244

него пространства бурильных труб на высоту 50 м и вслед за этим закачивают буровой раствор. Количество воды, закачиваемое за кислотой, должно исключить смешивание кислоты и раствора. Практикой установлено, что в затрубное пространство нецелесооб­ разно сразу закачивать весь расчетный объем кислоты. Вначале следует закачать 25—30% общего объема кислоты, после того, как бурильная колонна простоит под кислотной ванной 3—6 ч, в коль­ цевое пространство периодически (через 1 ч) добавляют свежую кислоту в объеме, необходимом для его заполнения на высоту 75—50 м.

труб. Освобожденную колонну надо осторожно приподнять выше места прихвата, промыть скважину до выравнивания плотности бурового раствора, непрерывно поднимая и опуская колонну на длину двухтрубки. Обслуживающий персонал удаляют от устья скважины. После промывки приступают к окончательному подъему колонны.

Для удобства выполнения работ, связанных с применением ванны, и для рациональной установки ведущей трубы нами много­ кратно практиковалось (до применения ванны) отвинчивание ве­ дущей трубы и нескольких труб. Это дает возможность установить обратный клапан под ведущей трубой и подобрать удобную для расхаживания длину выступающей части ее над ротором. Отвинчи­ вать ведущую трубу следует при разгруженной бурильной колонне, что способствует отвинчиванию ведущей трубы вместе с буриль­ ными трубами небольшой длины (15—50 м). Это можно практико­ вать при длине кондукторов не менее 100 м.

Кислотные ванны запрещается устанавливать, если бурильная колонна состоит из легкосплавных труб, так как последние при взаимодействии с кислотами быстро разрушаются, а образовавши­ еся в результате реакции продукты способствуют снижению плот­ ности бурового раствора, что может привести даже к фонтаниро­ ванию скважины, если вскрыт продуктивный горизонт.

За последние годы вместо традиционных нефтяных и кислот­ ных ванн отдельные предприятия применяют ванны из смесей раз­ личных агентов. В частности, в работе [72] приведены результаты исследования по использованию для установки ванн отходов неф­ теперерабатывающей промышленности—щелочных отходов нефтя­ ных дистиллятов, состоящих из щелочных солей нафтеновых ки­ слот (15—20%), минеральных масел (3—7%) и воды (70—80%). Как показали исследования, в результате улучшения смачивающей способности щелочных отходов усилия для отрыва уменьшаются в 4—5 раз, а время действия ванны сокращается почти в 6 раз.

В Отрадненском УБР в качестве жидкости для ванн приме­ няли пластовую воду и получили положительные результаты. Бу­ ровые предприятия Украины в последние годы широко используют для ванн окисленный петролатум, который снижает липкость

245

буровых растворов и хорошо проникает между частицами минера­ лов в зоне прихвата и особенно по границе буровой раствор — ме­ талл. Достаточно эффективны ванны из петролатума при прихва­

ницы между диаметром скважины и диаметром бурильных труб. При прихвате турбобура и УБТ на забое количество жидкости

высота подъема жидкости для перекрытия места прихвата в м;

долота на забое жидкость для ванны должна быть в зоне при­

Здесь Hi —длина прихваченного участка колонны.

Объем продавочной жидкости Ѵи вычисляют по формулам: а) при ликвидации прихвата у забоя

1/ п =0,785о? 2 2 (/ . - /г І )+^„ . л

{Ѵя,л — объем жидкости для заполнения нагнетательной линии и подводов к прихваченной колонне; L—длина бурильной колонны);

б) при ликвидации прихвата над забоем

(h3 — высота столба продавочной жидкости в затрубном простран­ стве до места расположения жидкости ванны).

Величину гидростатического давления на продуктивные пласты находим из выражения

где у — удельный вес продавочной жидкости в затрубном прост­ ранстве, находящейся над продуктивным пластом, в кгс/м3 ; /ц — высота столба этой продавочной жидкости в м.

Гидростатическое давление должно на 15% превышать пласто­ вое. При закачке воды перед кислотой и после нее при применении

246

кислотных ванн вносят соответствующие поправки на изменение давления от удельного веса разных жидкостей. Если над пластом находятся жидкости нескольких видов с разной плотностью, то гидростатическое давление определяется как сумма давлений раз­ ных жидкостей.

Кроме того, скопление большого количества шлама в призабойной зоне также является причиной прихвата колонны. Для ликвидации таких аварий в бурильной колонне над турбобуром или над УБТ простреливают 12—18 отверстий и восстанавливают интенсивную промывку при расхаживании колонны. Если циркуляцию не уда­ ется восстановить ни с помощью буровых насосов, ни цементиро­

куляцию раствора. Если циркуляция не восстанавливается, про­ стрелы колонны продолжают с подъемом их выше. При восстанов­ лении циркуляции интенсивность ее доводят до максимально допу­ стимой величины. Промывкой обычно удаляется шлам над местом прострела. При дальнейшем расхаживании колонны и промывке нижняя ее часть постепенно освобождается. Обычно через 4—6 ч расхаживания колонны она освобождается от прихвата.

Освобождение бурильной колонны путем взрыва торпеды из детонирующего шнура ТДШ. Торпеды из детонирующего шнура предназначены для двух целей:

1) для полного освобождения прихваченной бурильной колонны методом «встряхивания»;

2) для облегчения отвинчивания резьбового соединения труб, находящихся выше места прихвата.

В первом случае при взрыве торпеды против зоны прихвата, ударная волна способствует отрыву труб от стенки скважины или от сальника и т. д. Метод встряхивания широко и эффективно применяют в объединениях Краснодарнефть и Грознефть, где среди взрывных работ он составляет более 20%. Метод встряхива­ ния дает положительные результаты особенно при применении его сразу после возникновения прихвата, перед установкой ванн. Пока ведутся подготовительные работы к установке ванны можно по­ пытаться ликвидировать прихват методом встряхивания с по­ мощью торпеды. Применение этого метода после ванн и других длительных работ не дает ощутимого результата. Торпеды типа ТДШ рекомендуется применять при давлении в месте взрыва до 500 кгс/см2 и температуре до 80° С.

Торпеды изготовляют из детонирующего шнура марок ДШ-В и ДШУ. В скважинах с большими температурами необходимо при­ менять термостойкий детонирующий шнур и соответствующие взрывные патроны. Величина заряда торпеды должна обеспечить заданный эффект и исключить повреждение трубы.

247