
книги / Осложнения и аварии при строительстве нефтяных и газовых скважин
..pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
А.П. Предеин
ОСЛОЖНЕНИЯ И АВАРИИ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ НЕФТЯНЫХ
И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН
Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия
Издательство Пермского национального исследовательского
политехнического университета
2014
1
УДК 622.248(075.8) П71
Рецензенты:
канд. техн. наук, доцент Л.Н. Долгих (Пермский национальный исследовательский политехнический университет)
канд. техн. наук С.Е. Ильясов (филиал ООО «ЛУКОЙЛ – Инжиниринг» «ПермНИПИнефть» в г. Перми)
Предеин, А.П.
П71 Осложнения и аварии при строительстве нефтяных и газовых скважин: учеб. пособие / А.П. Предеин. – Пермь: Издво Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2014. – 381 с.
ISBN 978-5-398-01353-5
Состоит из 4 разделов и содержит описание причин и видов осложнений и аварий, возникающих в процессе бурения нефтегазовых скважин, мероприятий по их предупреждению и ликвидации.
Составлено с учетом действующих нормативных документов и ГОСТов, содержит справочную информацию, изложено доступным для студентов языком, хорошо иллюстрировано.
Предназначено для студентов, обучающихся по направлению 131000 «Нефтегазовое дело».
ISBN 978-5-398-01353-5 |
© ПНИПУ, 2014 |
2
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, ПРИНЯТЫЕ В УЧЕБНОМ ПОСОБИИ
Dc – диаметр скважины, м;
Dн – наружный диаметр труб, м;
Dд – диаметр долота, м;
E– модуль продольной упругости (модуль Юнга), Н/см2; g – ускорение свободного падения (9,81 м/с2);
F– площадь поперечного сечения тела трубы, м2;
Нпг – глубина залегания поглощающего горизонта, м; Нф – высота флюида в затрубном пространстве, м; hпг – мощность поглощающего горизонта, м;
hст – статический уровень жидкости в скважине, м; hд – динамический уровень жидкости в скважине, м; Kпс – кофициент поглощающей способности;
k – проницаемость пористой среды, мД;
Kэп – коэффициент эффективной пористости пласта, %; l – абсолютное удлинение образца горной породы, м; Рг – горное давление, МПа; Рб – боковое горное давление, МПа;
Рпор – поровое давление, МПа; Рст – гидростатическое давление, МПа;
Ргеост – геостатическое давление, МПа; Рпл – пластовое давление, МПа; Ргд – гидродинамическое давление, МПа;
Ргрп – давление гидроразрыва горных пород, МПа; Ртр – потери давления по длине в трубах, МПа;
Ркп – потери давления по длине в кольцевом пространстве, МПа;
Ру – давление на устье скважины, МПа; Ру – дополнительное давление на устье скважины при глуше-
нии скважины, МПа;
Рзаб – забойное давление, МПа; Рт изб – избыточное давление в бурильной колонне, МПа;
Рк изб – избыточное давление в кольцевом пространстве, МПа;
3
Рд – допустимая нагрузка на бурильную или обсадную колонну, МПа;
Ргс – потери давления на гидравлические сопротивления, МПа; Ро – относительное давление в скважине (коэффициент ано-
мальности); ε – относительная продольная деформация;
ε1 – относительная поперечная деформация; λу – коэффициент бокового распора упругих горных пород;
λтр – коэффициент гидравлических сопротивлений в трубах; λкп – коэффициент гидравлических сопротивлений в кольце-
вом пространстве;– коэффициент Пуассона для горных пород;
ρж – плотность промывочной жидкости, кг/м3; ρг – плотность горной породы, кг/м3; ρф – плотность флюида, кг/м3; σ – нормальное напряжение, МПа;
σт – нормальное напряжение до предела текучести, МПа; σу – напряжение, ведущее к деформации породы, МПа.
4
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ
АНПД – аномально низкое пластовое давление; АВПД – аномально высокое пластовое давление; АКБ – автоматический буровой ключ; БК – бурильная колонна; БМ – блок манифольда; БР – буровой раствор;
БСС – быстросхватывающаяся смесь; ГИВ – гидравлический индикатор веса;
ГИС – гидроимпульсный способ ликвидации прихвата; ГНВП – газонефтеводопроявление; ГРП – гидравлический разрыв пласта; ГТН – геолого-технический наряд; ДНС – динамическое напряжение сдвига; КМЦ – карбоксиметилцеллюлоза;
КНБК – компоновка низа бурильной колонны; НКТ – насосно-компрессорные трубы; ОЗЦ – ожидание затвердения цемента; ОК – обсадная колонна; ПАВ – поверхностно-активные вещества;
ПВО – противовыбросовое оборудование; ПЖ – промывочные жидкости; ПКР – пневматический клиновой захват; СГ – смесь гудронов;
СЖК – синтетические жирные кислоты; СНС – статическое напряжение сдвига; СМАД – смазочная добавка; СПО – спуско-подъемные операции;
ТДШ – торпеда из детонирующего шнура; ТС – тампонажная смесь; УБТ – утяжеленные бурильные трубы;
ИТР – инженерно-технические работники.
5
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Введение............................................................................................... |
12 |
1. Вопросы технологии бурения скважин |
|
в осложненных условиях.................................................................... |
14 |
1.1. Горно-геологические условия бурения.................................... |
14 |
1.2. Физико-механические свойства горных пород....................... |
14 |
1.3. Напряженное состояние горных пород.................................... |
23 |
1.3.1. Горное и пластовое давление................................................... |
23 |
1.3.2. Понятие о поровом (пластовом) давлении............................ |
24 |
1.3.3. Термические условия проводки скважин.............................. |
25 |
2. Осложнения при строительстве нефтяных |
|
и газовых скважин............................................................................... |
26 |
2.1. Поглощение буровых и тампонажных растворов |
|
при бурении и креплении скважин.................................................... |
27 |
2.1.1. Факторы, влияющие на появление поглощений |
|
промывочной жидкости............................................................................. |
29 |
2.1.2. Физико-геологическая сущность гидравлического |
|
разрыва пласта.............................................................................................. |
35 |
2.1.3. Признаки поглощения................................................................ |
38 |
2.1.4. Геофизические методы исследования скважин................... |
40 |
2.1.5. Статический и динамический |
|
уровни жидкости в скважине.................................................................... |
42 |
2.1.6. Гидродинамические исследования |
|
поглощающих пластов............................................................................... |
43 |
2.1.7 Относительное давление в системе |
|
скважина – пласт.......................................................................................... |
47 |
2.1.8. Классификация зон поглощения............................................. |
48 |
2.1.9. Предупреждение поглощений.................................................. |
52 |
2.1.10. Бурение скважин с промывкой аэрированными |
|
буровыми растворами................................................................................. |
60 |
2.1.11. Характеристика наполнителей .............................................. |
67 |
2.1.12.Рекомендации по применению отдельных типов
икомплексов наполнителей для ликвидации поглощений различной интенсивности. Подбор наполнителей
в комплексы................................................................................................... |
80 |
6
2.1.13. Профилактические мероприятия по предупреждению |
|
возникновения поглощения бурового раствора |
|
с применением наполнителей.................................................................. |
83 |
2.1.14. Рекомендации по технологии бурения при вскрытии |
|
и прохождении поглощающих горизонтов........................................... |
85 |
2.1.15. Способы намыва (доставки) наполнителей |
|
в зону поглощения...................................................................................... |
87 |
2.1.16. Установка мостов..................................................................... |
89 |
2.1.17. Тампонажные смеси и пасты для изоляции |
|
зон поглощений........................................................................................... |
91 |
2.1.18. Свойства тампонажных смесей............................................. |
92 |
2.1.19. Виды тампонажных смесей и их рецептуры. |
|
Смеси на основе тампонажных цементов............................................. |
96 |
2.1.20. Тампонажные растворы на основе полимеров................ |
108 |
2.1.21. Тампонажные пасты .............................................................. |
111 |
2.1.22. Способы доставки изоляционных смесей |
|
в зону поглощения.................................................................................... |
113 |
2.1.23. Применение перекрывающих устройств.......................... |
124 |
2.1.24. Изоляция зон поглощения с помощью взрыва................ |
127 |
2.2. Осложнения, связанные с нарушением устойчивости |
|
стенки скважины................................................................................ |
128 |
2.2.1. Осыпи и обвалы горных пород.............................................. |
134 |
2.2.2. Мероприятия по повышению устойчивости |
|
стенки скважины....................................................................................... |
137 |
2.2.3. Профилактические мероприятия по предупреждению |
|
набухания горных пород......................................................................... |
140 |
2.2.4. Желобообразование.................................................................. |
141 |
3. Аварийность в бурении................................................................. |
147 |
3.1. Понятие об аварии ................................................................... |
147 |
3.2. Классификация аварий............................................................ |
148 |
3.3. Факторы, влияющие на возникновение аварий..................... |
150 |
3.4. Виды аварий ............................................................................. |
152 |
3.4.1. Аварии с элементами бурильной колонны......................... |
152 |
7
3.4.2. Виды поломок и разрушений бурильных труб |
|
и элементов бурильной колонны........................................................... |
154 |
3.4.3. Падение бурильной колонны................................................. |
162 |
3.4.4. Предупреждение аварий с элементами бурильной |
|
колонны........................................................................................................ |
166 |
3.4.5. Поломка ведущих и утяжеленных бурильных труб ........ |
168 |
3.4.6. Аварии с бурильными трубами |
|
из легких сплавов....................................................................................... |
169 |
3.4.7. Аварии при креплении скважин............................................ |
170 |
3.4.8. Мероприятия по предупреждению аварий |
|
с обсадной колонной и ее элементами................................................. |
174 |
3.4.9. Предупреждениеаварийприспуске |
|
обсадныхколонн......................................................................................... |
181 |
3.4.10. Предупреждение аварий при цементировании |
|
обсадных колонн........................................................................................ |
182 |
3.4.11. Ликвидация аварий с обсадной колонной........................ |
183 |
3.4.12. Аварии с забойными двигателями...................................... |
187 |
3.4.13. Ликвидация аварий с забойными двигателями............... |
190 |
3.4.14. Профилактические мероприятия по предотвращению |
|
аварий с забойными двигателями.......................................................... |
191 |
3.4.15. Аварии при проведении геофизических работ................ |
192 |
3.4.16. Методы ликвидации аварий................................................. |
193 |
3.4.17. Разрушение и падение буровых вышек............................. |
199 |
3.4.18. Аварии с долотами.................................................................. |
200 |
3.4.19. Способы рациональной отработки долот ......................... |
205 |
3.4.20. Прихваты бурильных и обсадных колонн........................ |
207 |
3.4.21. Методы ликвидации прихватов........................................... |
222 |
3.4.22. Отвинчивание бурильной колонны |
|
в намеченном месте................................................................................... |
232 |
3.4.23. Установка жидкостных ванн................................................ |
233 |
3.4.24. Ликвидация прихватов бурильной колонны |
|
обуриванием................................................................................................ |
238 |
3.5. Причины осложнений и их виды |
|
при бурении скважин в солях........................................................... |
240 |
8
3.6. Особенности строительства скважин в условиях |
|
сероводородной агрессии ................................................................. |
249 |
3.7. Осложнения, связанные с самопроизвольным |
|
искривлением ствола скважины....................................................... |
254 |
3.8. Газонефтеводопроявления ...................................................... |
258 |
3.8.1. Условия возникновения |
|
газонефтеводопроявлений....................................................................... |
266 |
3.8.2. Определение забойного давления......................................... |
267 |
3.8.3. Причины снижения забойного давления............................ |
270 |
3.8.4. Поведение газа в бурящейся скважине. |
|
Уравнение состояния газа....................................................................... |
270 |
3.8.5. Инверсия давления при газопроявлениях........................... |
272 |
3.8.6. Газопроявления при креплении скважин............................ |
275 |
3.8.7. Методы и признаки обнаружения |
|
газонефтеводопроявлений....................................................................... |
279 |
3.8.8. Раннее обнаружение газонефтеводопроявлений.............. |
285 |
3.8.9. Ликвидация газонефтеводопроявлений.............................. |
288 |
3.8.10. Глушение газонефтеводопроявлений |
|
при нахождении долота на забое (проявление обнаружено |
|
при углублении скважины)..................................................................... |
293 |
3.8.11. Глушение газонефтеводопроявлений, возникших |
|
во время спуско-подъемных операций................................................ |
298 |
3.8.12. Мероприятия по предупреждению |
|
газонефтеводопроявлений....................................................................... |
304 |
3.8.13. Технологические особенности ликвидации |
|
газонефтеводопроявлений....................................................................... |
308 |
3.8.14. Открытые (аварийные) фонтаны. |
|
Их классификация..................................................................................... |
313 |
3.8.15. Предупреждение газопроявлений |
|
при бурении скважин............................................................................... |
317 |
3.8.16. Выбор метода ликвидации фонтанов................................ |
319 |
4. Ловильные работы в бурящихся скважинах............................... |
332 |
4.1. Требования к ловильному инструменту................................ |
333 |
9
4.2. Основные виды ловильного инструмента |
|
и приспособлений.............................................................................. |
338 |
4.2.1. Метчик ловильный нарезной типа МЛ................................ |
338 |
4.2.2. Колокол ловильный гладкий.................................................. |
339 |
4.2.3. Колокол ловильный нарезной................................................ |
340 |
4.2.4. Овершот....................................................................................... |
342 |
4.2.5. Труболовка наружная освобождающаяся |
|
короткая....................................................................................................... |
342 |
4.2.6. Удочка ловильная для кабеля внутренняя.......................... |
344 |
4.2.7. Удочка шарнирная.................................................................... |
345 |
4.2.8. Универсальный ловитель........................................................ |
346 |
4.2.9. Фрезеры забойные типа ФЗ.................................................... |
347 |
4.2.10. Шламометаллоуловители типа ШМУ ............................... |
348 |
4.2.11. Фрезеры кольцевые................................................................ |
348 |
4.2.12. Магнитный фрезер-ловитель типа ФМ, ФЛМ................. |
349 |
4.2.13. Устройства очищающие типа УОЗС и УОЗ1................... |
350 |
4.2.14. Гидравлический ударный механизм типа ГУМ |
|
и ГУМД........................................................................................................ |
350 |
4.2.15. Яссы гидромеханические типа ГМ и компенсаторы |
|
механические типа КМ............................................................................. |
351 |
4.2.16. Волновой ударный механизм типа ВУМП....................... |
351 |
4.2.17. Универсальная печать типа ПУ-2 ....................................... |
352 |
4.2.18. Трубный паук........................................................................... |
352 |
4.2.19. Труборезка................................................................................ |
353 |
4.2.20. Основные типы торпед.......................................................... |
353 |
4.3. Основные приемы производства ловильных работ.............. |
355 |
4.3.1. Торпедирование инструмента................................................ |
359 |
4.3.2. Фрезерование и отвинчивание инструмента |
|
левыми трубами......................................................................................... |
360 |
4.3.3. Ловильные работы в кавернах............................................... |
361 |
5. Практические расчеты при бурении скважин в осложненных |
|
условиях и при ликвидации аварий................................................. |
362 |
Пример № 1 ..................................................................................... |
362 |
Пример № 2 ..................................................................................... |
363 |
10