Файл: Аварии с элементами бурильных труб 2 Слом труб в зоне трубной резьбы 4.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.10.2023
Просмотров: 211
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
Аварии с элементами бурильных труб
Слом труб в зоне трубной резьбы
Разрушение трубных и замковых резьбовых соединений
Аварии из-за разрушения резьбовых соединений вследствие заедания трубной резьбы
Прилипание колонны труб к стенке скважины
Заклинивания бурильной колонны посторонними предметами.
Заклинивание колонны труб осевшим шламом.
Прихват бурильной колонны обвалившимися неустойчивыми породами
соединениях относительно легче предупредить, так как за износом резьбы можно вести наблюдения, то повреждения в неразъемных соединениях затрудняют контроль за состоянием резьбы. Такими повреждениями в соединении «труба — замок» являются заедание резьбы, ослабление прочности резьбового соединения в результате размыва ее или сочетание обоих дефектов. Аварии этого вида случаются реже, чем аварии с соединениями, подвергающимися многократному свинчиванию. Это объясняется тем, что ослабляются места размыва на внешней части тела соединяемых элементов.
При размыве в резьбовых соединениях наблюдаются две зоны: зона прохождения жидкости через зазоры винтовой линии и зона истечения жидкости, или зона разрушения. Первая характеризуется изменением высоты профиля резьбы и наличием разрушений по винтовой линии первых двух витков. Для второй зоны характерно разрушение тела потоком жидкости. Хотя аварии этого рода происходят редко, они могут привести к тяжелым последствиям.
Происходят в результате увеличения нагрузки на резьбу, у которой вышли из строя витки, подвергающиеся заеданию.
Разрушение резьбовых соединений вызывают и другие причины: несоответствие элементов резьбы, особенно по конусности, применение смазки неудовлетворительного качества и др.
Недопустимы навинчивания бурильных замков на обсадныетрубы, так как это непременно (вскоре после начала бурения)приведет к аварии.
На практике наблюдается несколько видов разрушения труб по телу: поперечный излом, спиральный излом, разрушение в продольном направлении. Поперечный излом тела трубы обычно имеет усталостный характер и вызывается концентрацией напряжения в местах повреждений, перпендикулярных к оси трубы. К ним относятся: нанесенное на трубу клеймо, поперечные риски, возникающие при работе с клиньями, дефекты проката и др. Поперечный излом наблюдается также у стыкосварных труб в зоне сварки и в зоне термического влияния сварки. Реже наблюдается слом из-за статических нагрузок, связанный с дефектом или со значительным износом (в основном эксцентричным) труб. Спиральный излом представляет собой разрушение трубы по винтовой линии. Направление спирали совпадает с направлением вращения. Спиральный изгиб начинается всегда с поперечной трещины и имеет усталостный характер. Разрушения труб в продольном направлении, как правило, связаны с дефектами проката (плены и др.) или со значительными внутренними напряжениями, вызванными нарушениями технологического режима проката и термообработки.
Размыв труб происходит в результате действия промывочной жидкости. Размыв труб с внутренней поверхности вызывается дефектами на трубе. К ним относятся расслоения металла, плены, значительные неметаллические включения, усталостные трещины и др. Наблюдается также разрыв труб с приваренными соединительными концами вблизи сварного шва, что связано с наличием значительного внутреннего грата, оставшегося после сварки, или с образованием трещины в зоне сварки.
Прихват колонны труб — это самый распространенный и тяжелый вид аварий. Потенциальные опасности возникновения аварий возросли с увеличением глубин скважин н соответственно с ростом давлений — как гидростатического, так и пластового. Так, например, если ежегодно на Украине на 1000 м проходки при бурении в интервале 0—2500 м приходится 1,5—2% аварий, то на глубинах более 5000 м — около 50%. Почти треть прихватов колонн труб в глубоких скважинах ликвидируется бурением нового
ствола.
На возникновение прихвата значительно влияет наличие в разрезе мощных хемогенных толщ, комплекса переслаивающихся аргиллито-алевролитов и глинистых пород, склонных к текучести, растворению, осыпанию и обвалам; наличие зон с аномально высокими пластовыми давлениями и температурами; большие углы падения пластов и другие факторы теологического характера. Влияние этих факторов особенно ощущается при бурении первых скважин на площади.
Нередки случаи, когда работа, проведенная для предотвращения одной группы прихватов, приводит к возникновению других осложнений. Например, переход на бурение с промывкой растворами с пониженной плотностью для предупреждения прилипания колонн обусловил возникновение осыпей и т. д.
Решающий фактор возникновения прихватов — вид промывочной жидкости. Основное число прихватов происходит в районах, где бурение ведется с применением в качестве промывочной жидкости глинистых растворов. Растворы на нефтяной основе исключают почти все виды прихватов, приводящих к прилипанию колонн, и образование сальников, снижают случаи нарушения устойчивости стенок скважин. Переход в отдельных с благоприятными геологическими условиями районах (Башкирии, Татарии, Восточной Сибири ит. д.) на бурение с применением з качестве промывочной жидкости воды способствовал снижению числа прихватов.
В нашей стране накоплен значительный опыт бурения скважин без прихватов колонны бурильных труб. Это работы лучших буровых бригад, достижения которых анализируются и закладываются в технологические и технические проекты на бурение других скважин. Однако при бурении скважин допускаются отклонения от проектов. а иногда имеются технико-технологические упущения, которые являются частыми причинами прихватов.
Прихваты подразделяются на следующие группы.
Аварии этой группы прихватов происходят под действием перепада между’ гидравлическим и пластовым давлениями. При этом под действием избыточного давления бурильная колонна прижимается к стенке скважины и при наличии на ней глинистой корки
трубы вдавливаются в нее, а силы трения исключают перемещение колонны вверх нли вниз. Трубы прилипают к стенке скважины в интервалах залегания проницаемых пород. Признаками прилипания колонны в начальной стадии его возникновения служат увеличение крутящего момента бурильной колонны и сопротивление ее осевым перемещениям. Поэтому в процессе работы необходимо постоянно наблюдать за показаниями роторного моментомера и индикатора веса и регистрировать их показания.
Прилипание колонны труб отличается от других групп прихватов неизменным характером циркуляции бурового раствора и отсутствием вращения и перемещения бурильной колонны.
Прилипание колонны труб возникает в следующих случаях:
превышение гидростатического давления над пластовым;
наличие во вскрытой части литолого-стратиграфического разреза пористых и проницаемых пластов;
использование в качестве промывочной жидкости растворов, способствующих образованию на стенках скважины глинистых корок в интервале залегания пористых пород;
оставление колонны труб без движения против интервала залегания проницаемых пород.
На степень прилипания влияют:
время нахождения колонны труб в скважине без движения;
перепад давлений между гидростатическим и пластовым давлениями;
площадь соприкосновения бурильной колонны со стенкой скважины:
сила трения между колонной труб и стенками скважины;
состояние глинистой корки (толщина, прочность, КСК ит. д.);
проницаемость пород и температура в зоне прихвата.
Причина многих прихватов, вызванных прилипанием, — излишняя уверенность исполните: возможности" возникновения аварии в осложненном стволе.
Эта группа прихвата колонны труб — преобладающая при бурении скважин глубиной более 3000 м. Заклинивания колонны труб происходят в суженных интервалах ствола и желобных выработках. Кроме того, колонны труб заклиниваются посторонними предметами, падающими в скважину через устье, и осевшим шламом. Как правило, происходят заклинивания долота и элементов бурильной колонны, диаметр которых больше диаметра замков бурильных труб (забойные двигатели, калибраторы, центраторы, УБТ ит. д.). Аварии усложняются при заклинивании в зонах резкого изменения азимута или набора кривизны.
Заклинивания в желобных выработках, характерна для скважин с большим интервалом открытого ствола (не менее 500—700 м) и скважин, ствол которых имеет резкие изменения азимута и кривизну не менее 3—4 градусов. Желоба вырабатываются при движении колонны по стенке скважины. На размер желоба влияют кривизна скважины, количество спуско-подъемов и масса бурильной колонны, крепость долот, способ бурения. Шири-
на желоба обычно равна диаметру бурильного замка.
В равных условиях при роторном способе бурения образуется более глубокий желоб, чем при турбинном способе, так как вращение колонны способствует углублению желоб&. Бели в мягких породах продолжительное время ведутся спуско-подъемные операции, то это может вызвать образование желоба быстрее, чем если бы подобные работы велись в твердых породах.
Аварии этой подгруппы преимущественно происходят, когда у устья скважины пространство между обсадной и бурильной колоннами не перекрыто. Кроме того, нередко колонны заклиниваются кусками твердых пород, вывалившихся из стенок скважины.
Причины падения посторонних предметов в скважину, как правило, — работа с неисправным инструментом, нарушения правилэксплуатации инструментов и механизмов, нецентричность фонаря вышки. В результате случайно упавшие в скважину предметызаклинивают колонну.
Реже бурильные колонны заклиниваются кусками породы в открытом стволе, особенно в зонах нахождения неустойчивых и перемятых пород, а также в интервалах залегания пластов с большими углами падения, на участках резких перегибов ствола.
Элементы бурильной колонны, особенно выступающие ее части(бурильные замки, центраторы, стабилизаторы), при спуско-подъемных операциях, ударяясь о стенки, сбивают куски пород, падая,заклинивают бурильную колонну. Породы выпадают кусками изстенок скважины, как правило, в начальный период вскрытия неустойчивых пород.
Авариям этойподгруппы предшествует бурение с неполной очисткой забоя отшлама или бурение какое-то время без выхода циркуляции бурового раствора.
При частичной потере циркуляции бурового раствора долото ичасть бурильной колонны заклиниваются оседающими частицамиразрушенной долотом породы. При этом увеличивается крутящиймомент на роторном моментомере, повышается давление буровогораствора, которое часто сопровождается разрывом диафрагмы в нагнетательной линии, а бурильная колонна оказывается прихваченной.
Заклинивание колонны шламом во многих случаях происходит из-за нарушения режимов проработки и промывки скважин. Иногда допускается неполная промывка через забой, чему способствуют трещины в трубах, промывы в резьбовых соединениях бурильной колонны, неисправная работа буровых насосов. Нередко бурили и без выхода циркуляции бурового раствора, что приводило к быстрому заклиниванию долота шламом.
При бурении ствол скважины теряет устойчивость в результате изменения напряженного состояния пород, которое может зависеть от геологических факторов и технологии проводки скважины.
Геологические факторы, способствующие обвалообразованию,— большие углы падения пластов, трещиноватость и перемятость пород, литологический состав, структура и механические свойства пород и др. Наибольшее число обвалов происходит в глинистых породах вследствие их способности быстро набухать под действием фильтрата промывочной жидкости или разрушаться под влиянием расклинивающего и смазывающего действия фильтрата. Первое характерно для пластичных гидрофильных глин, а второе — для метаморфизованных малогидрофильных глин.
Технологические факторы, способствующие обвалам, — низкое гидростатическое давление на вскрываемые пласты ввиду малой плотности промывочной жидкости или водо-, нефте- и газопроявлений; низкое качество промывочной жидкости, особенно наличие большой фильтрации; резкие колебания давления бурового раствора в стволе скважины; длительное время воздействия бурового раствора на породы, склонные к обвалам.
В процессе бурения скважины возникают прихваты бурильных колонн образовавшимися сальниками, которые наблюдаются в основном при бурении в глинистых породах, а также при бурении по хорошо проницаемым породам, способным впитать жидкость с образованием толстых глинистых корочек на стенках этого интервала. Образованию сальников способствует ряд благоприятных факторов:
При размыве в резьбовых соединениях наблюдаются две зоны: зона прохождения жидкости через зазоры винтовой линии и зона истечения жидкости, или зона разрушения. Первая характеризуется изменением высоты профиля резьбы и наличием разрушений по винтовой линии первых двух витков. Для второй зоны характерно разрушение тела потоком жидкости. Хотя аварии этого рода происходят редко, они могут привести к тяжелым последствиям.
Аварии из-за разрушения резьбовых соединений вследствие заедания трубной резьбы
Происходят в результате увеличения нагрузки на резьбу, у которой вышли из строя витки, подвергающиеся заеданию.
Разрушение резьбовых соединений вызывают и другие причины: несоответствие элементов резьбы, особенно по конусности, применение смазки неудовлетворительного качества и др.
Недопустимы навинчивания бурильных замков на обсадныетрубы, так как это непременно (вскоре после начала бурения)приведет к аварии.
Слом труб по телу
На практике наблюдается несколько видов разрушения труб по телу: поперечный излом, спиральный излом, разрушение в продольном направлении. Поперечный излом тела трубы обычно имеет усталостный характер и вызывается концентрацией напряжения в местах повреждений, перпендикулярных к оси трубы. К ним относятся: нанесенное на трубу клеймо, поперечные риски, возникающие при работе с клиньями, дефекты проката и др. Поперечный излом наблюдается также у стыкосварных труб в зоне сварки и в зоне термического влияния сварки. Реже наблюдается слом из-за статических нагрузок, связанный с дефектом или со значительным износом (в основном эксцентричным) труб. Спиральный излом представляет собой разрушение трубы по винтовой линии. Направление спирали совпадает с направлением вращения. Спиральный изгиб начинается всегда с поперечной трещины и имеет усталостный характер. Разрушения труб в продольном направлении, как правило, связаны с дефектами проката (плены и др.) или со значительными внутренними напряжениями, вызванными нарушениями технологического режима проката и термообработки.
Размыв труб по телу
Размыв труб происходит в результате действия промывочной жидкости. Размыв труб с внутренней поверхности вызывается дефектами на трубе. К ним относятся расслоения металла, плены, значительные неметаллические включения, усталостные трещины и др. Наблюдается также разрыв труб с приваренными соединительными концами вблизи сварного шва, что связано с наличием значительного внутреннего грата, оставшегося после сварки, или с образованием трещины в зоне сварки.
Прихват колонны труб
Прихват колонны труб — это самый распространенный и тяжелый вид аварий. Потенциальные опасности возникновения аварий возросли с увеличением глубин скважин н соответственно с ростом давлений — как гидростатического, так и пластового. Так, например, если ежегодно на Украине на 1000 м проходки при бурении в интервале 0—2500 м приходится 1,5—2% аварий, то на глубинах более 5000 м — около 50%. Почти треть прихватов колонн труб в глубоких скважинах ликвидируется бурением нового
ствола.
На возникновение прихвата значительно влияет наличие в разрезе мощных хемогенных толщ, комплекса переслаивающихся аргиллито-алевролитов и глинистых пород, склонных к текучести, растворению, осыпанию и обвалам; наличие зон с аномально высокими пластовыми давлениями и температурами; большие углы падения пластов и другие факторы теологического характера. Влияние этих факторов особенно ощущается при бурении первых скважин на площади.
Нередки случаи, когда работа, проведенная для предотвращения одной группы прихватов, приводит к возникновению других осложнений. Например, переход на бурение с промывкой растворами с пониженной плотностью для предупреждения прилипания колонн обусловил возникновение осыпей и т. д.
Решающий фактор возникновения прихватов — вид промывочной жидкости. Основное число прихватов происходит в районах, где бурение ведется с применением в качестве промывочной жидкости глинистых растворов. Растворы на нефтяной основе исключают почти все виды прихватов, приводящих к прилипанию колонн, и образование сальников, снижают случаи нарушения устойчивости стенок скважин. Переход в отдельных с благоприятными геологическими условиями районах (Башкирии, Татарии, Восточной Сибири ит. д.) на бурение с применением з качестве промывочной жидкости воды способствовал снижению числа прихватов.
В нашей стране накоплен значительный опыт бурения скважин без прихватов колонны бурильных труб. Это работы лучших буровых бригад, достижения которых анализируются и закладываются в технологические и технические проекты на бурение других скважин. Однако при бурении скважин допускаются отклонения от проектов. а иногда имеются технико-технологические упущения, которые являются частыми причинами прихватов.
Прихваты подразделяются на следующие группы.
Прилипание колонны труб к стенке скважины
Аварии этой группы прихватов происходят под действием перепада между’ гидравлическим и пластовым давлениями. При этом под действием избыточного давления бурильная колонна прижимается к стенке скважины и при наличии на ней глинистой корки
трубы вдавливаются в нее, а силы трения исключают перемещение колонны вверх нли вниз. Трубы прилипают к стенке скважины в интервалах залегания проницаемых пород. Признаками прилипания колонны в начальной стадии его возникновения служат увеличение крутящего момента бурильной колонны и сопротивление ее осевым перемещениям. Поэтому в процессе работы необходимо постоянно наблюдать за показаниями роторного моментомера и индикатора веса и регистрировать их показания.
Прилипание колонны труб отличается от других групп прихватов неизменным характером циркуляции бурового раствора и отсутствием вращения и перемещения бурильной колонны.
Прилипание колонны труб возникает в следующих случаях:
превышение гидростатического давления над пластовым;
наличие во вскрытой части литолого-стратиграфического разреза пористых и проницаемых пластов;
использование в качестве промывочной жидкости растворов, способствующих образованию на стенках скважины глинистых корок в интервале залегания пористых пород;
оставление колонны труб без движения против интервала залегания проницаемых пород.
На степень прилипания влияют:
время нахождения колонны труб в скважине без движения;
перепад давлений между гидростатическим и пластовым давлениями;
площадь соприкосновения бурильной колонны со стенкой скважины:
сила трения между колонной труб и стенками скважины;
состояние глинистой корки (толщина, прочность, КСК ит. д.);
проницаемость пород и температура в зоне прихвата.
Причина многих прихватов, вызванных прилипанием, — излишняя уверенность исполните: возможности" возникновения аварии в осложненном стволе.
Заклинивание колонн труб
Эта группа прихвата колонны труб — преобладающая при бурении скважин глубиной более 3000 м. Заклинивания колонны труб происходят в суженных интервалах ствола и желобных выработках. Кроме того, колонны труб заклиниваются посторонними предметами, падающими в скважину через устье, и осевшим шламом. Как правило, происходят заклинивания долота и элементов бурильной колонны, диаметр которых больше диаметра замков бурильных труб (забойные двигатели, калибраторы, центраторы, УБТ ит. д.). Аварии усложняются при заклинивании в зонах резкого изменения азимута или набора кривизны.
Заклинивания в желобных выработках, характерна для скважин с большим интервалом открытого ствола (не менее 500—700 м) и скважин, ствол которых имеет резкие изменения азимута и кривизну не менее 3—4 градусов. Желоба вырабатываются при движении колонны по стенке скважины. На размер желоба влияют кривизна скважины, количество спуско-подъемов и масса бурильной колонны, крепость долот, способ бурения. Шири-
на желоба обычно равна диаметру бурильного замка.
В равных условиях при роторном способе бурения образуется более глубокий желоб, чем при турбинном способе, так как вращение колонны способствует углублению желоб&. Бели в мягких породах продолжительное время ведутся спуско-подъемные операции, то это может вызвать образование желоба быстрее, чем если бы подобные работы велись в твердых породах.
Заклинивания бурильной колонны посторонними предметами.
Аварии этой подгруппы преимущественно происходят, когда у устья скважины пространство между обсадной и бурильной колоннами не перекрыто. Кроме того, нередко колонны заклиниваются кусками твердых пород, вывалившихся из стенок скважины.
Причины падения посторонних предметов в скважину, как правило, — работа с неисправным инструментом, нарушения правилэксплуатации инструментов и механизмов, нецентричность фонаря вышки. В результате случайно упавшие в скважину предметызаклинивают колонну.
Реже бурильные колонны заклиниваются кусками породы в открытом стволе, особенно в зонах нахождения неустойчивых и перемятых пород, а также в интервалах залегания пластов с большими углами падения, на участках резких перегибов ствола.
Элементы бурильной колонны, особенно выступающие ее части(бурильные замки, центраторы, стабилизаторы), при спуско-подъемных операциях, ударяясь о стенки, сбивают куски пород, падая,заклинивают бурильную колонну. Породы выпадают кусками изстенок скважины, как правило, в начальный период вскрытия неустойчивых пород.
Заклинивание колонны труб осевшим шламом.
Авариям этойподгруппы предшествует бурение с неполной очисткой забоя отшлама или бурение какое-то время без выхода циркуляции бурового раствора.
При частичной потере циркуляции бурового раствора долото ичасть бурильной колонны заклиниваются оседающими частицамиразрушенной долотом породы. При этом увеличивается крутящиймомент на роторном моментомере, повышается давление буровогораствора, которое часто сопровождается разрывом диафрагмы в нагнетательной линии, а бурильная колонна оказывается прихваченной.
Заклинивание колонны шламом во многих случаях происходит из-за нарушения режимов проработки и промывки скважин. Иногда допускается неполная промывка через забой, чему способствуют трещины в трубах, промывы в резьбовых соединениях бурильной колонны, неисправная работа буровых насосов. Нередко бурили и без выхода циркуляции бурового раствора, что приводило к быстрому заклиниванию долота шламом.
Прихват бурильной колонны обвалившимися неустойчивыми породами
При бурении ствол скважины теряет устойчивость в результате изменения напряженного состояния пород, которое может зависеть от геологических факторов и технологии проводки скважины.
Геологические факторы, способствующие обвалообразованию,— большие углы падения пластов, трещиноватость и перемятость пород, литологический состав, структура и механические свойства пород и др. Наибольшее число обвалов происходит в глинистых породах вследствие их способности быстро набухать под действием фильтрата промывочной жидкости или разрушаться под влиянием расклинивающего и смазывающего действия фильтрата. Первое характерно для пластичных гидрофильных глин, а второе — для метаморфизованных малогидрофильных глин.
Технологические факторы, способствующие обвалам, — низкое гидростатическое давление на вскрываемые пласты ввиду малой плотности промывочной жидкости или водо-, нефте- и газопроявлений; низкое качество промывочной жидкости, особенно наличие большой фильтрации; резкие колебания давления бурового раствора в стволе скважины; длительное время воздействия бурового раствора на породы, склонные к обвалам.
Прихват бурильной колонны сальником
В процессе бурения скважины возникают прихваты бурильных колонн образовавшимися сальниками, которые наблюдаются в основном при бурении в глинистых породах, а также при бурении по хорошо проницаемым породам, способным впитать жидкость с образованием толстых глинистых корочек на стенках этого интервала. Образованию сальников способствует ряд благоприятных факторов: