6. Аварії при кріпленні свердловин

Аварії з обсадними колонами складають 6-8% всіх видів аварій в бурінні. На ліквідацію їх витрачається більше 10 % часу, що витрачається на ліквідацію аварій всіх типів. Особливо важкі аварії цього типу виникають в ситуаціях, де обсадні колони спускають на велику глибину, і на розвідувальних площах (рисунок 6.1).

Рисунок 6.1 – Руйнування обсадної колони

• До аварій з обсадними колонами і елементами їх оснащення відносяться аварії з обсадними колонами, що спускаються, спущеними і зацементованими, або їх частинами, які викликані:

• прихватом колони;

• падінням обсадних колон;

• роз'єднанням по різьбових з'єднаннях (розгвинчування, зрив різьби);

• обривом по зварному шву;

• зминанням або розривом по тілу труби;

• пошкодженням обсадної колони при розбурюванні цементного стакана, МСЦ, стоп-кільця, зворотного клапана і направляючої пробки;

• обривом нижніх труб при дальнішому поглибленні свердловини.

6.1. Причини аварій при кріпленні свердловин

• Аварії під час кріплення свердловини виникають через:

► падіння окремих обсадних труб і секцій колон в процесі їх спуску у свердловину внаслідок:

• несправності спуско-піднімального інструменту, клинових захоплювачів, вузлів підвішування секції обсадної колони, обладнання тощо;

• нехтування розрахунковими даними;

• різкої посадки колони (під час спуску) на ротор або виступ в свердловині а також в результаті різкого гальмування;

• розрив у зварювальному шві або в тілі труби (порушення технічних правил зварювання труб);

• руйнування різьбових з'єднань в результаті:

− скручування їх через нитку;

− створення великих навантажень при розходжуванні обсадної колони;

− непра­вильним входженням різьб труби і муфти (натяг різьбового з’єднання).

− застосування труб з мілкою трубною різьбою в свердловинах великої кривизни або в колонах, сполучених з плаваючими платформами, можна побоюватися розриву з'єднань (закруглена різьба легко піддається розриву, рисунок 6.2,а).

Іноді накручування муфти на трубу через нитку є заводським дефектом. Вихід різьби труби із контакту з різьбою муфти часто пов'язаний з деформацією труб. При перекосі осей деформуються витки різьби труб, різьба "заїдає" і труби повністю не згвинчуються або згвинчуються під великим зусиллям, що приводить до сильного нагріву місця їх з'єднання. При комплектуванні обсадних колон для глибоких та горизонтальних свердловин необхідно використовувати труби з трапецієподібною різьбою (рисунок 6.2,б);

Рисунок 6.2 - Схеми можливості розриву труб в різьбових з’єднаннях:

а - з мілкою трубною різьбою; б - з трубною різьбою ТТ

► прихвати обсадних колон внаслідок:

• перепаду тиску у свердловині і пласті (між гідростатичним та пластовим);

• заклинювання обсадної колони в зоні відкритого стовбура свердловини які викликані:

− в інтервалах різкої зміни осі стовбура свердловини (жорсткість КНБК при підготовці свердловини перед спуском обсадної колони була меншою за жорсткість самої обсадної колони);

− порушенням стійкості свердловини через крихке руйнування гірських порід (осипання та обвалювання);

− осіданням шламу та обважнювача;

− через звуження стовбура свердловини та сальникоутворення;

− порушенням стійкості свердловини через пластичну течію порід;

− падінням сторонніх предметів або кусків породи;

− через порушення технології спуску обсадної колони (виникнення гідророзриву пласта або часткових поглинань бурового розчину та невчасне промивання затрубного простору);

− непідготовленість свердловини перед спуском обсадної колони (низька якість бурового розчину, відсутність мастильних добавок);

► зминання обсадних колон (відбувається як при спуску, так і в процесі буріння свердловини):

Залежно від обставин, що склалися, труби зминаються по-різному.

● Зминання обсадних труб у колонах, які спускають із зворотним клапаном, відбувається через:

− несвоєчасне доливання їх буровим розчином під час спуску в свердловину;

− велику швидкість спуску в свердловину.

● Зацементовані обсадні колони найчастіше зминаються внаслідок:

− течії гірських порід (солей);

− завалів порід на тій ділянці стовбура, який знаходиться вище цементного кільця;

− падіння рівня рідини в колоні нижче допустимих величин.

Зминання обсадних колон на зацементованих ділянках відбувається в інтервалах течії гірських порід, зоні фільтра, а також у прилеглих до нього зонах.

У разі надмірного навантаження обсадна колона зминається в нижній частині, а в інтервалі, ускладненому кавернами, або за великого діаметра свердловини колона може вигнутися.

Причиною зминання обсадних колон вище зацементованої ділянки - зменшення рівня рідини в них нижче допустимого. Подібні аварії зустрічаються там, де вважають, що зниження рівня рідини допускається на 2/3 довжини колони. Межі пониження рівня рідини необхідно розраховувати залежно від умов буріння свердловини, густини бурового розчину, діаметру, товщини стінки і механічних властивостей матеріалу обсадної колони.

► При експлуатації зацементованих колон крім зминання, можуть виникати:

• протирання тіла труб;

• обриви і згин обсадних труб та інші аварії.

● При поглибленні свердловин після спуску кондукторів і проміжних колон часто спостерігаються випадки протирання обсадних колон. Це відбувається при бурінні похилих і вертикальних свердловин.

Там, де між трубою і стінками свердловини цементного каменя немає, протирання колон веде до руйнування різьбового з'єднання труб (розрив), їх зминання, і створюються перешкоди вільному проходженню бурильної колони.

Встановлено, що обсадні труби протираються головним чином при роботі в колонах без запобіжних гумових кілець на бурильних трубах при роторному і турбінному бурінні, а протирання часто виникають в місцях викривлення.

● В зацементованих колонах може статися її руйнування в різьбових з’єднаннях в момент розвантаження колони на цементну підвіску а в цей час цементний розчин не повністю затужавів.

Слід пам’ятати, що при такому розвантаженні, якщо цементний розчин не повністю затужавів, можливий не тільки вигин обсадної колони, а й руйнування різьбових з’єднань за рахунок маси вище розміщених труб (особливо при використанні труб з різьбовими з’єднаннями ОГм).

Відомі випадки залишення цементного розчину в експлуатаційній колоні через швидке тужавлення (схоплювання) його, в результаті чого утворюється цементний стакан різної висоти.

► Аварії в результаті невдалого цементування:

До аварій через невдале цементування відносяться:

• розрив колони під час її цементування (відновлення циркуляції, розвантаження колони на ротор, надмірні тиски на любому етапі цементування та ОЗЦ);

• прихвати затверділим цементним розчином колони бурильних труб, на якій спускалася секція обсадних труб або хвостовик;

• відмова в роботі вузлів підвіски секції обсадної колони або хвостовиків (пошкодження або недосконалість у виготовленні);

• оголення нижньої частини обсадної колони;

• оголення башмака або недопідняття цементного розчину в затрубному просторі (або залишення всередині обсадної колони) , що потребує проведення додаткових робіт з усуненням цього явища.

● Під час цементування обсадних колон стає можливим руйнування тіла обсадних труб унаслідок:

• грубого порушення правил спуску колон (посадка колон у шлам і передчасне тужавіння цементного розчину). Для відновлення циркуляції бурового розчину в цих випадках часто застосовують максимальний тиск, що приводить до розриву труб. Руйнуються головним чином обсадні колони великого діаметру;

• несвоєчасної зупинки ЦА, тобто після досягнення тиску «стоп», або під час самого процесу цементування;

• різниці температур (особливо взимку) між цементним розчином (протискувальною рідиною) та колоною, що приводить до скорочення останньої.

В процесі цементування розрив обсадної колони може статися у випадку, якщо обсадна колона прихвачена в нижній частині а вверху розвантажена на ПКРО (спайдер) або елеватор.

У подібних випадках необхідно враховувати зміну довжини колони від температури. Закачування в нагріту колону холодного бурового або цементного розчину веде до деформації колони з подальшим вириванням труби з її муфти;

• тужавлення цементного розчину, якщо не контролювати за зростанням тиску в самій колоні (виділення тепла).

● При цементуванні в обсадних колонах може залишитися велика кількість цементного розчину внаслідок:

− зниження швидкості протискування розчину (через великий розрив у часі між закінченням нагнітання цементного розчину і початком нагнітання протискувальної рідини);

− застосування зворотних клапанів із малим зазором між тарілкою клапана і муфтою, в яку вгвинчується корпус клапана, або з малою площею живого перерізу в корпусі клапана (менше ЗО см²);

− невідповідності якості цементного розчину температурним умовам свердловини (через що цементний розчин передчасно починає тужавіти);

− застосування для утворення цементного розчину води, забрудненої домішками, які прискорюють тужавіння цементу;

− невідповідних розмірів і низької якості роздільних пробок і стоп-кільця;

− недостатнього контролю за якістю приготування цементного розчину;

− порушення технологічних вимог до спуску колони та її цементування.

► Пошкодження та відгвинчування труб при розбурюванні цементного стакана, стоп-кільця, зво­ротного клапана, направляючої пробки тощо.

Обсадні труби в процесі роботи іноді відгвинчуються. У нижній частині колони обсадні труби відгвинчуються через відсутність зв'язку низу колон із стінками свердловини.

Відгвинчування і обрив обсадних колон частіше спостерігаються у викривлених свердловинах і приурочуються до місць різких перегинів колони.

► Причини негерметичності обсадних колон можуть бути різні. До їх числа відносять розриви внаслідок виникнення надмірного внутрішнього тиску, витоки із різьб через неправильне згвинчування, отвори, які утворилися в результаті ліквідації аварій з бурильними трубами (НКТ), корозії або ерозійної дії струменів промивальної рідини і т.п.