Файл: А. С. Оганов, С. Л. Симонянц.pdf

50 раствора из скважины, способно разрушить систему устьевой обвязки и привести к выбросу. Катастрофическое вытеснение бурового раствора пластовым флюидом и его неуправляемое поступление на дневную поверхность характеризуется открытым фонтанированием. Таким образом под открытым фонтаном понимается неуправляемое (неконтролируемое) истечение пластовых флюидов на дневную поверхность через устье скважины в результате отсутствия, технической неисправности, разрушения, негерметичности запорного оборудования, в т.ч. элементов его управления, ошибочных (неквалифицированных) действий исполнителей работ или через каналы, образовавшиеся непосредственно в земной толще вследствие грифонообразования.
Основными причинами возникновения открытых фонтанов, как результата развития ГНВП, являются:

Несоответствие конструкции скважин и противовыбросового оборудования (ПВО) геологическим условиям проводки скважины.

Плохой контроль за состоянием и неправильная эксплуатация ПВО.

Отсутствие специальных технических средств и устройств, используемых для герметизации устья скважины.

Плохое исполнение и несвоевременная реализация действий буровой бригады по ликвидации ГНВП.

Нарушение целостности элементов конструкции скважины изолирующих ствол от пород, составляющих разрез скважины.

Низкое качество цементирования обсадных колонн.
Рис. 4.3. ГНВП на буровой установке.

51
Возникновение в процессе бурения скважины отрицательных перепадов давления на флюидосодержащие пласты, т.е. ситуация при которой давление в скважине становиться меньше пластового давления (депрессия), является главной причиной поступления пластового флюида в ствол скважины. Давление в скважине на ее стенки, на пласты из которых сложен разрез скважины, складывается из суммы давлений:

Гидростатическое давление столба бурового раствора.

Потери давления на гидравлические сопротивления при движении бурового раствора по затрубному пространству скважины.

Гидродинамическое давление, возникающее при движении колонны труб или иных средств, по стволу скважины.

Потери давления из-за поршневания при движении колонн труб или иных средств, вверх по стволу скважины.

Потери давления вследствие «зависания» бурового раствора на бурильных, обсадных трубах, а также на стенках скважины при простоях.
Для того чтобы можно было оценить диапазон изменения давления в скважине, безопасный с точки зрения недопущения ГНВП, необходимо знать пластовые (поровые) давления и давления начала поглощения или гидроразрыва в каждом сечении по стволу скважины. Для оценки геобарических условий проводки скважины используется совмещенный график давлений, который представляет собой графическое изображение пластовых давлений и давлений начала поглощения или гидроразрыва для всех пластов по глубине разреза скважины. При построении совмещенного графика давлений используются показатели градиентов давлений пластового и поглощения (гидроразрыва). Градиентом давления называется отношение величины этого давления к глубине (по вертикали), которой соответствует это давление.
При определении и ликвидации ГНВП в процессе бурения используются различные технические средства, из которых самым важным является противовыбросовое оборудование (ПВО), позволяющее при необходимости производить герметизацию устья скважины.
При бурении ПВО должно обеспечивать проведение следующих операций:

Быструю и надежную герметизацию устья при наличии или отсутствии труб в скважине.

Расхаживание, протаскивание и проворот колонны труб с целью предупреждения прихватов при избыточном давлении на герметизированном устье.

Циркуляцию с созданием противодавления на пласт с помощью регулируемых дросселей с последующим фазовым разделением газожидкостной смеси, отводом газа на сжигание или рассеивание в воздухе и отводом бурового раствора в циркуляционную систему.

52

Глушение скважины путем закачки раствора с помощью бурового насоса или насосных агрегатов.

Сброс испорченного (перемешанного с пластовым флюидом) раствора в амбар через линию дросселирования.

Спуск и подъем бурильной колонны под избыточным давлением на устье скважины.

Подвеску колонны труб на плашки превентора и, при необходимости, срезание верхней бурильной трубы.
В состав ПВО входят:

стволовая сборка (плашечные, универсальные, вращающиеся превенторы, крестовины, монтажные фланцевые катушки, герметизирующие катушки и головки);

манифольд с блоками глушения и дросселирования давления;

станции гидроуправления превенторной установкой;

комплект сменных и запасных частей, а также вспомогательного оборудования.
Вращающиеся превенторы предназначены для автоматической герметизации устья бурящейся скважины вокруг любой части бурильной колонны
(ведущей и бурильной трубы, замкового соединения), вращения, расхаживания и протаскивания бурильной колонны, а также для проведения СПО при герметизированном устье.
Универсальный превентор предназначен для:

Герметизации устья на колонне бурильных или обсадных труб, включая замковые соединения и муфты;

Герметизации устья на ведущей трубе различного сечения (квадратного, шестигранного);

Герметизация на кабеле или канате при перфорации или инструментальных исследованиях скважины;

Герметизация устья при отсутствии труб в скважине;

Обеспечения выполнения спуска или подъема (протаскивания), вращения бурильной или обсадной колонны при закрытом герметизирующем элементе (для чего необходимо снизить давление гидроуправления, до появления пропуска бурового раствора между трубой и герметизирующим элементом).
Плашечный превентор (ППГ) предназначен для герметизации устья скважины на бурильных или обсадных трубах плашками соответствующего диаметра, герметизации устья скважины без инструмента, срезки труб, подвески бурильной колонны перед срезкой.
При использовании плашечных превенторов для герметизации устья скважины необходимо знать следующие правила:

53
- плашечные превенторы – запорные устройства одностороннего действия, т.е. держат давление только снизу;
- плашечные превенторы нельзя устанавливать на скважину «вверх ногами» (т.е. в перевернутом состоянии) т.к. они не будут держать давление из скважины.
- плашечные превенторы можно закрыть гидравлическим давлением жидкости со станции управления, вспомогательного пульта и вручную штурвалами, открыть можно только гидравлическим давлением жидкости, предварительно расфиксировав плашки при помощи штурвалов.
Крестовины предназначены для присоединения к ним через коренные задвижки линий глушения и дросселирования.
Монтажные фланцевые катушки предназначены для того, чтобы обеспечить выход крестовин на уровень подсоединения линии глушения и дросселирования при многоколонной конструкции скважины.
Манифольд глушения предназначен для обеспечения воздействия на пласт и глушения скважины через линию «обратной промывки» при помощи собственных буровых насосов или передвижных насосных агрегатов.
Манифольд дросселирования предназначен для обеспечения воздействия на пласт и поддержания противодавления, в динамике, во время вымыва пластового флюида и закачки утяжеленного бурового раствора при помощи регулируемых угловых дросселей. Дроссели бывают ручными и дистанционно управляемые гидравликой.
Система управления ПВО предназначена для дистанционного управления превенторами, гидравлическими задвижками. Система управления состоит из следующих основных узлов:

гидроаккумуляторная станция, включающая пневмогидроаккумуляторы, насосы, масляный бак, манифольд гидроаккумуляторов, манифольд управления;

основной пульт управления с трубопроводами высокого давления для обвязки с превенторной сборкой, смонтированной на гидроаккумуляторе;

пульт управления вспомогательный с гидравлической, электрической или пневматической связью с основным пультом.

гидроаккумуляторы на станции управления первенторами предназначены для создания и хранения запаса энергии. Минимальный объем гидроаккумуляторов должен быть достаточен для «закрытия-открытия-закрытия» всех плашек, одного кольцевого превентора и одной гидроприводной задвижки при неработающих насосах гидропривода.

пульт управления
(основной) обычно монтируется на блоке гидроаккумуляторной станции.

вспомогательный пульт управления предназначен для дистанционного управления превенторами и гидрозадвижками через основной пульт.

54
Шаровые краны КШ или КШЦ предназначены для перекрытия трубного канала в бурильных трубах и недопущения ГНВП или аварийного фонтанирования через бурильный инструмент. Шаровые краны устанавливаются над и под ведущей трубой.
Обратные клапаны для бурильных труб предназначены, для предупреждения выбросов газированных жидкостей через бурильные трубы из скважины в процессе СПО, а также при прекращении промывки скважины в процессе бурения. Обратные клапаны устанавливаются над долотной утяжеленной трубой или под ведущей трубой.
Обратные клапаны для обсадных колонн предназначены для предотвращения перетока бурового или тампонажного раствора из заколонного пространства в обсадную колонну на разных стадиях крепления скважины.
Признаки, которые однозначно указывают на поступление пластового флюида в ствол скважины, называют прямыми признаками:

Повышение расхода (скорости) выходящего потока бурового раствора из скважины при постоянной подаче буровых насосов;

Увеличение объема (уровня) бурового раствора в приемной емкости;

Повышение газосодержания в растворе и снижение его плотности;

Уменьшение против расчетного объема бурового раствора, доливаемого в затрубное пространство при подъеме бурильного инструмента;

Увеличение против расчетного объема бурового раствора в приемной емкости при спуске бурильного инструмента;

Перелив скважины при остановленных насосах.
Признаки, которые предупреждают о возможности возникновения ГНВП, так как они могут возникать не только в результате поступления флюида из пласта, но и по другим причинам, называют косвенными признаками:

Увеличение механической скорости проходки;

Изменение давления на буровых насосах;

Увеличение крутящего момента на роторе;

Изменение параметров бурового раствора (плотность, вязкость, водоотдача, СНС, рН, состав фильтрата, температура выходящего потока.)
Важнейшей составной частью технологии строительства и ремонта скважин является комплекс мероприятий, позволяющих своевременно обнаружить и распознать ГНВП на ранней стадии возникновения.
Под обнаружением ГНВП на ранней стадии возникновения следует понимать установления факта притока пластового флюида в ствол скважины в объеме не превышающем допустимого значения. С целью своевременного обнаружения

55
ГНВП в процессе бурения необходимо постоянно контролировать следующие параметры:

объем (уровень) бурового раствора в приемной емкости;

газосодержание бурового раствора;

плотность и другие свойства бурового раствора;

скорость выходящего потока;

механическую скорость проходки;

давление в нагнетательной линии;

крутящий момент на роторе;

содержание сульфидов (для месторождений с высоким содержанием
H
2
S).

объем притока флюида

расход бурового раствора на выходе из скважины;

фоновое газосодержание легких углеводородов;

объем доливаемого бурового раствора при подъеме;

объем вытесняемого бурового раствора при спуске.
При появлении прямых признаков ГНВП буровая вахта обязана немедленно загерметизировать устье скважины, зарегистрировать избыточные давления в трубах и затрубном пространстве, доложить эти данные буровому мастеру, супервайзеру или начальнику смены бурового предприятия.
Действия буровой вахты по герметизации устья скважины при ГНВП зависят от вида выполняемой технологической операции (бурение, промывка, СПО и др.) но в целом, выполняются в следующей последовательности:
1.
Останавливается вращение ротора.
2.
Приподнимается инструмент до выхода замка бурильной трубы выше ротора на 0,5 м.
3.
Останавливается циркуляция (не открывая дроссельно-запорного устройства ДЗУ).
4.
Открывается гидроприводная задвижка на линии дросселирования.
5.
Закрывается универсальный превентор (ПУГ) или верхний плашечный превентор.
6.
На блоке дросселирования закрывается задвижка перед регулируемым дросселем.
7.
Устанавливается наблюдение за давлением в бурильных трубах и затрубном пространстве с записью в журнале через каждые 10 минут.
8.
При росте давления в затрубном пространстве до допустимого значения, установленного техническим проектом, необходимо преступить к управлению скважиной объемным методом.
9.
При росте давления в трубах до величин, опасных для обвязки буровых насосов, закрывается шаровой кран.

56
Через 5 – 10 минут после герметизации скважины необходимо зарегистрировать и записать следующие исходные данные:
- избыточное давление в бурильных трубах;
- избыточное давление в затрубном пространстве;
- объем притока в приемной емкости;
- плотность бурового раствора до проявления.
Ликвидация ГНВП это процесс проведения технологических операций, направленных на восстановление нормальных условий в системе «скважина пласт». При этом различают следующие два этапа работ:

Вымыв флюида – комплекс технологических операций, при которых производится удаление из скважины поступивших пластовых флюидов на дневную поверхность.

Глушение скважины - комплекс технологических операций, при которых скважина заполняется утяжеленным буровым раствором, обеспечивающим условия безопасного ведения работ по строительству и ремонту скважины.
Выбор метода ликвидации ГНВП зависит от конкретных условий, определяющих возможности его проведения:
- технические возможности и оснащение буровой установки;
- наличие запасного раствора и возможности его утяжеления;
- техническое состояние обсадной колонны и ПВО;
- состояние ствола скважины, а также характер и интенсивность самого проявления;
- квалификация и опыт буровой бригады и ИТР.
Наиболее совершенным методом управления скважиной при постоянном забойном давлении является метод уравновешенного пластового давления, который включает несколько широко известных вариантов его применения:
Стандартные методы ликвидации ГНВП.
1.
Метод «бурильщика» - вымыв поступившего в скважину пластового флюида буровым раствором исходной плотности, увеличение плотности раствора в приемных емкостях до необходимого значения и глушение скважины путем циркуляции утяжеленного бурового раствора.
Преимущества метода:
- минимальное время простоя скважины без промывки;

57
- простота применения;
- не требуется сложных расчетов и построения графиков;
- после вымыва флюида значения давлений, используемые для расчета плотности бурового раствора, являются более точными;
- возможность использования на буровых, не имеющих производительного оборудования для приготовления бурового раствора, и при недостаточном запасе утяжелителя.
Недостатки метода:
- продолжительность – требует, как минимум, два цикла циркуляции;
- возникающее при ликвидации ГНВП максимальное давление в скважине выше, по сравнению с другими методами, следовательно – недопустимость применения на скважине, где возможно поглощение бурового раствора при низком давлении гидроразрыва.
2.
Метод «ожидания и утяжеления» - увеличение плотности раствора в приемных емкостях до необходимого значения при закрытой скважине и глушение скважины с одновременным вымывом поступившего пластового флюида утяжеленным раствором.
Преимущества метода:
- обеспечивает минимальные давления в скважине по сравнению с другими методами;
- позволяет ликвидировать ГНВП за один цикл циркуляции;
Недостатки метода:
- простой скважины без промывки создает опасность превышения максимально допустимого давления на устье скважины за счет миграции газа, а также может привести к прихвату бурильной колонны;
- проведение сложных расчетов и построение графика изменения давления требует соответствующей подготовки и квалификации ИТР;
- необходимость наличия на буровых оборудования для быстрого и качественного утяжеления бурового раствора.
3.
«Непрерывный» метод – вымыв пластового флюида с одновременным увеличением плотности бурового раствора и его подачей в скважину, при этом плотность раствора повышается до необходимого значения в процессе циркуляции.
Преимущества метода:
- минимальное время простоя скважины без промывки;

58
- вымыв флюида утяжеленным буровым раствором обеспечивает снижение максимальных давлений в скважине, по сравнению с методом бурильщика, в среднем на 10 – 15 %;
Недостатки метода:
- сложность практического применения, так как требует проведения сложных расчетов и построения графика изменения давления при повышении плотности;
- необходимость наличия на буровой производительного оборудования для приготовления и одновременной закачки бурового раствора в скважину;
- продолжительность, так как требует не менее двух циклов промывки и утяжеления, если плотность раствора не может быть увеличена до значения, обеспечивающего глушение скважины.
Применение стандартных методов ликвидации ГНВП основано на традиционной схеме циркуляции раствора в скважине прямой промывкой с постоянной производительностью насосов, при этом давление на проявляющий пласт регулируется путем изменения давления на устье в трубном пространстве с помощью дросселя, установленного на затрубном пространстве.
Стандартные методы ликвидации ГНВП могут быть использованы при соблюдении следующих условий:
1.
Объем поступившего в скважину флюида не превышает предельного для данной скважины значения.
2.
Бурильный инструмент находится в скважине на глубине достаточной, для создания противодавления на пласт при промывке (долото на забое или кровле проявляющего пласта).
3.
Технически сохраняется возможность осуществлять промывку скважины через штуцер.
4.
Персонал буровой бригады имеет соответствующий допуск на проведение данного вида работ.
Нестандартные методы ликвидации ГНВП.
Возникновение ГНВП при проведении спускоподъёмных операций (СПО) или других работ, когда долото находится на значительном расстоянии от забоя скважины, существенно осложняет процесс ликвидации ГНВП вследствие того, что не могут быть использованы типовые операции по управлению скважиной, позволяющие ликвидировать проявление промывкой с противодавлением на пласт, необходимы нестандартные подходы к ликвидации ГНВП.
«Метод глушения скважины в «лоб» на поглощение» имеет широкое применение при КРС, аварийном глушении добывающих скважин, а также иногда применяется для ликвидации ГНВП в бурящихся скважинах, когда обычная схема

59 циркуляции технически невозможна, или она приводит в результате к критическим последствиям. Процесс глушения скважины в «лоб» предусматривает непрерывную закачку бурового раствора или жидкости глушения в трубы и затрубное пространство на поглощение в пласт без выхода пластового флюида на поверхность. Закачка жидкости в скважину может осуществляться как при наличии бурильных труб в скважине, так и без них. Целью данного метода является оттеснение пластового флюида обратно в продуктивный или наиболее слабый не обсаженный пласт, не допустив при этом гидроразрыва пласта, и снижение давления на устье скважины до атмосферного или безопасного значения (разность между пластовым и гидростатическим давлением столба жидкости в скважине).
Объемный метод управления скважиной. Целью данного метода является ограничение максимальных давлений в любом из проходимых сечений ствола скважины во время всплытия газовой пачки, не допуская при этом дополнительного притока флюида в скважину.
К известным нестандартным методам относятся методы ступенчатого глушения и замещения. Ступенчатое глушение используется, когда в процессе ликвидации ГНВП стандартными методами давление в затрубном пространстве приближается к максимально допустимому значению. В таком случае прибегают к операции снижения давления на дросселе, начиная новый цикл глушения.
Циркуляция при этом не останавливается. Подобные операции по снижению давления на дросселе повторяются до тех пор, пока давление на устье не окажется в допустимых пределах.
Метод замещения используется, когда, при отсутствии бурильных труб в скважине газовая пачка достигает устья. В этом случае, попеременной закачкой бурового раствора в скважину и стравливанием газа добиваются полного замещения и заполнения ствола скважины буровым раствором или ограничиваются снижением давления до значений, при которых можно безопасно осуществлять спуск труб в скважину под давлением.
Нестандартные методы управления скважиной при ГНВП являются вынужденной, временной мерой для обеспечения контроля за состоянием скважины с целью минимизации риска развития аварийных фонтаноопасных ситуаций. Применение этих методов объясняется сложными геолого-техническими условиями и различными технологическими и техническими причинами, препятствующими использованию стандартных методов ликвидации ГНВП.
К внештатным ситуациям в процессе ликвидации ГНВП относят внезапные изменения давлений на устье, регистрируемые по показаниям манометров в бурильных трубах и затрубном пространстве, которые:

приводят к изменению забойного давления и давления в интервале слабого пласта;

не изменяют давления в стволе скважины.