 |
1. Определение и основные понятия об осложнении и аварии в бурении
|
|
|
|
Вопросы к экзамену по дисциплине:
«Осложнения и аварии в бурении»
1. Определение и основные понятия об осложнении и аварии в бурении
скважин. Классификация осложнений.
К осложнениям относятся нарушения технологического процесса бурения при соблюдении технического проекта и единых правил безопасности, вызванные горно–геологическими условиями. При осложнениях бурение скважины возможно, но для этого необходимо выполнение специальных мероприятий. Если осложнения встречаются редко, или их нет вовсе, то процесс строительства скважин характеризуется как нормальные условия бурения. Если осложнения возможны на каждой скважине, то это осложненные условия бурения. В последнем случае уже на стадии проектирования предусматривается комплекс специальных мероприятий.
К числу осложнений относятся:
поглощение бурового раствора;
газонефтеводопроявления (ГНВП);
нарушение устойчивости стенок скважины;
прихваты;
осложнения при разбуривании многолетнемерзлых пород (ММП).
2. Определение и основные понятия об осложнении и аварии в бурении
скважин. Классификация аварий.
Авария – нарушение технологического процесса бурения, вызываемое потерей подвижности колонны бурильных труб, или ее поломкой, с оставлением в скважине отдельных элементов колонны, а также различных предметов и инструментов, для извлечения которых требуется специальные работы, не предусмотренные проектом.
Аварии условно подразделяются на:
аварии с бурильной колонной;
аварии с породоразрушающим инструментом;
аварии с забойными двигателями;
аварии, связанные с падением в скважину посторонних предметов;
|
|
|
аварии при геофизических исследованиях;
пожары и взрывы;
прочие.
3. Причины возникновения осложнений. Понятие о переходе осложнения
в аварию.
Нарушения непрерывности технологического процесса строительства (бурения на испытания) скважины при соблюдении технического проекта и правил ведения работ, вызванное явлениями горно-геологического характера, такие как поглощения, нефтегазопроявления, выбросы, обвалы, желеобразные выработки, искривления ствола, открытое фонтанирование, а также последствия стихийных бедствий относится к осложнениям. Большинство из них - результат нарушения технологической дисциплины (технологии), часть объясняется недостаточным знанием геолого - физических условий особенно в разведочном бурении, непониманием первопричин явлений, предшествующих осложнению.
Практически все осложнения, если не принимать специальных мер по их предупреждению и ликвидации, переходят в аварии. Так, например, проявления и поглощения бурового раствора могут перейти в открытый фонтан – самую тяжелую аварию, посадки и затяжки инструмента, осыпи со стенок скважины – к не освобождаемому прихвату, несоблюдение теплового режима в скважине – к вмораживанию инструмента.
4. Газонефтеводопроявления (ГНВП) при бурении скважин. Определение
ГНВП, выброса и открытого фонтана.
Проявление это самопроизвольный излив бурового раствора или пластового флюида (газ, нефть, вода, или их смесь) различной интенсивности (переливы, выбросы, фонтаны) через устье скважины, по кольцевому пространству, колонне бурильных труб, межколонному пространству, заколонному пространству и за пределами устья скважины (грифоны), не предусмотренный технологией работ при бурении, освоении или ремонте скважин.
Переливы ‑ излив жидкости через устье скважины.
Выбросы – апериодическое выбрасывание жидкости или газожидкостной смеси на значительную высоту.
|
|
|
Фонтаны – непрерывное интенсивное выбрасывание флюида.
По интенсивности фонтаны подразделяются на слабые с дебетом газа до 0, 5 млн. м3/сут (высота пламени до 50 м), средние до 1 млн. м3/сут (высота пламени до 70 м) и мощные с дебитом газа более 1 млн. м3/сут. Нефтяные фонтаны оцениваются по нефтяному эквиваленту 1000 м3 газа – 1 т нефти. По сложности фонтаны подразделяются на фонтаны без потери базы (не повреждена обсадная колонна, колонный флянец, колонна бурильных труб) и с потерей базы. Фонтаны подразделяются также на закрытые (управляемы) и открытые (неуправляемые).
Открытые фонтаны – самые тяжелые аварии при бурении скважин. На их ликвидацию тратятся значительные средства, кроме того, происходит потеря бурового оборудования, загрязнение окружающей среды, истощение месторождения. Нередки человеческие жертвы.
5. Причины возникновения ГНВП, их перехода в выбросы и открытые
фонтаны.
Основная причина газонефтеводопроявлений (ГНВП) - превышение пластового давления над давлением в скважине. Едиными правилами безопасности предусмотрено превышение гидростатического давления в скважине Δ P над пластовым давлением Pпл в следующих пределах:
для скважин глубиной до 1200 м Δ P=10% Pпл, но не более 1, 5 МПа;
для скважин глубиной от 1200 м Δ P=5% Pпл, но не более 2, 5-3, 0 МПа;
Давление в скважине может оказаться меньше пластового по следующим причинам:
ошибки в определении пластового давления и глубины залегания продуктивного горизонта на стадии проектирования;
снижение плотности бурового раствора из-за поступления флюида в скважину и при длительных остановках;
недолив скважины при подъеме инструмента;
эффект «поршневания» при подъеме инструмента;
поглощение бурового раствора при высоких скоростях спуска инструмента;
при неправильной установке жидкостных ванн.
Вместе с тем, ГНВП могут возникнуть и в случае, если давление в скважине больше пластового. Это возможно в результате:
выделения флюида из выбуренной и осыпавшейся породы;
гравитационного замещения;
капиллярных сил;
диффузии и осмоса;
контракции, фильтрации.
Эти процессы, без сомнения, происходят и в случае, если давление в скважине ниже пластового, но они имеют подчиненное значение и опасны только при длительных остановках в процессе бурения при загерметизированном устье скважины.
|
|
|
Особую опасность с точки зрения возникновения ГНВП представляют пласты с аномально высоким пластовым давлениям. Нормальное пластовое давление равно гидростатическому давлению воды на данной глубине. Возникновение пластов с АВПД объясняется геологическими процессами, происходящими после формирования залежи углеводородов (денудация, подвижки в земной коре).
Основной причиной ГНВП является поступление газа в скважину (большинство фонтанов газовые, в нефти в достаточно большом количестве содержится растворенный газ, который в скважине переходит в газообразное состояние). В связи с этим необходимо рассмотреть поведение газа в буровом растворе. Природа газирования раствора изучена недостаточно, однако установлено, что поступающий в скважину газ может находиться в следующих состояниях:
растворенным в буровом растворе;
в виде пузырьков, неподвижных относительно раствора;
в виде всплывающих пузырьков;
в виде пузырей, соизмеримых по размерам с каналом движения (скважина, труба, кольцевое пространство) – снарядный режим всплытия;
кольцевой режим, когда газ занимает все сечение канала движения.
Природный газ достаточно легко растворяется в буровом растворе, причем растворимость тем выше, чем больше давление и температура (при P = 5 МПа и t = 60º С растворяется 0, 9 м3 газа в 1 м3 воды, а при P = 50 МПа и t = 200о С – 11 м3/м3). Плотность раствора при этом практически не меняется.
При движении по скважине вверх по мере снижения давления из раствора выделяются свободный газ, а на глубине порядка 100 м большая часть газа переходит в газообразное состояние и движется вверх в виде пузырьков. Газовый конденсат переходит в газообразное состояние на глубине порядка 100 – 300 м. При поступление в скважину нефти с растворенным газом происходит аналогичная картина, однако следует отметить, что растворимость газа в нефти значительно выше, чем в воде, а тем более в буровом растворе. Однако, как показывают расчеты, при пузырьковом движении газа давление в скважине снижается незначительно, и такой режим движения газа реальной опасности с точки зрения ГНВП не представляет. Более того, имеется значительный опыт бурения скважин с газирующим раствором, что существенно повышает технико – экономические показатели.
|
|
|
При снарядном и кольцевом режиме всплытия газа и открытом устье по мере движения вверх давление газа снижается, а объем в соответствии с законом Бойля‑ Мариотта PV=const увеличивается. Это приводит к снижению гидростатического давления в скважине и в некоторый момент оно может стать ниже пластового, следствием чего может быть фонтанирование.
Скорость всплытия газа при пузырьковым режиме колеблется в приделах 300‑ 350 м /час, а при снарядном 600‑ 900 м/час в зависимости от свойств раствора. Следовательно от появления первых признаков до фонтанирования проходит несколько часов.
В случае, если устье скважины закрыто, например, превентором, и происходит всплытие газа, то объем его практически не меняется, и согласно закону Бойля‑ Мариотта давление сохраняется неизменным. Следовательно давление на устье может стать равным пластовому, а это может привести к разрушению ПВО или обсадной колонны. По этой причине нельзя держать скважину закрытой длительное время.
|
|
|
