УДК 622.244.4:622.245.422 ББК 33.131

Б27

Ре ц е н з е н т ы : кафедра нефтегазового промысла Кубанского государственного технологического университета; д-ра техн.

наук А.К. Самотой и Д.Ф. Новохатский

Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М.

Б 27 Осложнения и аварии при бурении нефтяных и газовых скважин: Учеб, для вузов. — М.: ООО "НедраБизнесцентр", 2000. — 679 с.: ил.

ISBN 5-8365-0028-2

Изложены основы гидроаэромеханики применительно к буре­ нию скважин в осложненных условиях. Описаны признаки, характе­ ристики и способы ликвидации осложнений, возникающих при со­ оружении скважин. Большое внимание уделено авариям в бурящихся скважинах, их предотвращению и ликвидации. Описаны ловильный инструмент и технология его применения. Изложены особенности технологии бурения при равновесном и несбалансированном давле­ нии на забое скважины.

Для студентов нефтегазовых вузов и факультетов, магистров, ас­ пирантов, инженеров, занимающихся теорией и практикой буровых

ВВЕДЕНИЕ

Одной из важнейших специальных дисциплин, определяющих профиль горного инженера по специальности "бу­ рение нефтяных и газовых скважин", является дисциплина "Ос­ ложнения и аварии при бурении нефтяных и газовых скважин".

Геологические условия современного бурения на нефть и газ, сравнительно большая глубина скважин, наличие в разрезе про­ ницаемых пластов с аномально высокими и аномально низкими пластовыми давлениями диктуют необходимость постоянного со­ вершенствования технологии и техники бурения скважин.

К сожалению, даже при использовании современных достиже­ ний в области конструирования и технологии сооружения сква­ жин, зачастую не удается избежать осложнений, препятствующих скоростному и эффективному бурению.

Наиболее часто возникают такие осложнения, как поглощения бурового промывочного и тампонажного растворов, нефте-, водо- и газопроявления, осыпи и обвалы стенок скважины, затяжки и по­ садки бурового инструмента при спускоподъемных операциях.

Мировой опыт последних лет показывает, что практически все скважины в той или иной степени осложнены технологической несовместимостью отдельных интервалов бурения. Именно поэто­ му в большинстве случаев используют многоколонные конструк­ ции скважин и разнообразные по технологическим свойствам бу­ ровые растворы.

Современный горный инженер должен уметь успешно бурить скважину в осложненных горно-технологических условиях, отда­ вая себе отчет в том, что при соблюдении технологических требо­ ваний и условий технического проекта все осложнения преодоли­ мы известными приемами и методами.

Как видим к осложнениям при бурении скважин относят на­ рушения непрерывности технологического процесса сооружения скважины при соблюдении технического проекта и правил безава­ рийного ведения буровых работ, вызванные горно-геологическими условиями проходимых пород.

Однако, несмотря на то что осложнения считаются в сущности ожидаемой ситуацией и для их преодоления предусмотрены техно­ логические приемы, иногда они переходят в категорию аварий.

Аварией считают нарушение непрерывности технологического процесса сооружения скважины, требующее для его ликвидации проведения специальных работ, не предусмотренных техническим проектом.

Затяжки и посадки бурового инструмента могут привести к его неосвобождаемому прихвату; пластовые флюидопроявления и по­ глощения бурового раствора могут перерасти в открытый аварий­ ный фонтан и т.д.

Обычно такие ситуации возникают из-за халатного отношения к осложнениям производителей буровых работ или из-за их низкой

квалификации. В ряде случаев, особенно при бурении первых раз­ ведочных скважин, аварийные ситуации возникают из-за недоста­ точной изученности вскрываемого скважиной разреза горных по­

род.

Другая группа аварий связана с браком и плохим качеством из­ готовления бурового инструмента: непредвиденная поломка в скважине долота или бурильной трубы, поломка забойного двига­ теля, смятие или обрыв обсадной колонны, обрыв геофизического снаряда или кабеля. Но и в этой группе аварий часто повинны не­ посредственные производители буровых работ, которые невнима­ тельны к спускаемому в скважину буровому инструменту, несвое­ временно проводят контрольно-профилактические мероприятия с бурильными трубами и допускают их чрезмерный износ, превы­ шают технологические и режимные ограничения (осевые нагрузки на бурильный инструмент, давление внутри колонны и др.).

Втретьей группе аварий: падении различных предметов в от­ крытую скважину, оставлении шарошек долота из-за передержки его на забое, падении инструмента в скважину из-за захвата эле­ ватора одним штропом или недокрепления резьб — полностью по­ винны непосредственные производители буровых работ.

Впроцессе изучения дисциплины “Осложнения и аварии при бурении нефтяных и газовых скважин" студенты должны получить знания по гидроаэромеханике применительно к условиям бурения, необходимые для расчета и выбора режимных параметров при про­ мывке и возникающих при этом давлений в скважине, от которых во многом зависит степень осложненное™ процесса бурения и эффектавность приемов для преодоления осложнений.

Они должны научиться распознавать признаки зарождающихся поглощений и флюидопроявлений, осыпей и обвалов, возникнове­ ния желобных выработок. Они должны иметь конкретные пред­ ставления о физической сущноста различных осложнений и ава­ рий при бурении скважин, о методах и устройствах для их ликви­ дации.

Изучение курса "Осложнения и аварии при бурении нефтяных и газовых скважин" базируется на знаниях, полученных по естест­ веннонаучным и общеинженерным дисциплинам (физика, математака, химия, теоретаческая механика), а также по специальным дисциплинам (бурение нефтяных и газовых скважин, буровые промывочные и тампонажные растворы, геология и геофизические исследования скважин).

Приобретенные по данной дисциплине знания используются в дальнейшем при изучении других специальных дисциплин и при дипломном проектаровании.

Настоящий учебник составлен в соответствии с Государствен­ ным образовательным стандартом и примерной программой дис­ циплины "Осложнения и аварии при бурении нефтяных и газовых скважин", разработанной Учебно-методическим объединением ву­ зов Российской Федерации по высшему нефтегазовому образова­ нию.

По дисциплине "Осложнения и аварии при бурении нефтяных и газовых скважин" учебники и учебные пособия отсутствуют, так что такого рода учебник написан впервые.

Современная технология бурения скважин предполагает систематическое использование циркулирую­ щих промывочных агентов для транспортирования разру­ шенной горной породы на дневную поверхность, обеспече­ ния необходимого противодавления на проходимые скважи­ ной горные породы, подачи энергии к долоту и забойному двигателю, ликвидации пластовых флюидопроявлений, а так­ же для задавливания открыто фонтанирующих скважин и т.д.

Чтобы правильно выбрать технологические характеристи­ ки гидравлического оборудования и определить для каждого конкретного случая необходимые параметры циркуляционно­ го потока в скважине для безаварийной ее проводки или ликвидации аварии, необходимо рассмотреть основы теории и расчетные зависимости применительно к гидродинамичес­

киным, А. Фредриксоном и Р. Бердом. Существенные резуль­ таты получены в результате использования теории погранич­ ного слоя, разработанной Л. Прандтлем, а также расширения понятий физической сущности потоков посредством разгра­ ничения режимов течения через понятие критического без­ размерного комплекса, характеризующего отношение сил инерции к силам вязкостного трения, предложенное О. Рей­ нольдсом, а в дальнейшем развитое Б. Хедстремом (крити­ ческие числа Рейнольдса и Сен-Венана).

Значительно обогащены отдельные разделы гидродинами­ ки буровых процессов исследованиями гидродинамических сопротивлений в турбобурах (П.П. Шумилов), коэффициен­ тов гидравлических сопротивлений в трубах (А.Д. Альтшуль), местных сопротивлений потоку (X. Геррик).