Способы ликвидации аварий в процессе бурения

Аварии с долотами — оставление в скважине долота, бурильной головки, рас­ширителя, а также их элементов и частей.

Аварии с обсадными колоннами и элементами их оснастки - аварии со спус­каемыми, спущенными и зацементирован­ными колоннами либо с их частями, вызван­ные разъединением по резьбовым соедине­ниям, обрывом по сварному шву и телу тру­бы, смятием или разрывом по телу трубы, падением колонны или ее части, поврежде­нием труб при разбуривании цементного стакана, стопкольца, обратного клапана, на­правляющей пробки или неисправностью элементов оснастки низа обсадной колонны.

Аварии из-за неудачного цементиро­вания — прихват затвердевшим цементным раствором колонны бурильных труб, на ко­торых спускалась секция обсадных труб или хвостовик; отказ в работе и повреждение уз­лов подвески секции обсадной колонны, на­рушающие процесс крепления и дальней­шую проводку скважины; оголение башма­ка, недоподъем в затрубном пространстве или оставление в колонне цементного рас­твора, для удаления которого требуются до­полнительные работы по устранению нару­шения, а также негерметичность обсадных и бурильных колонн труб, послужившие при­чиной некачественного цементирования.

Аварии с забойными двигателями – оставление турбобура, электробура, вибро­ударника, винтового двигателя или их узлов в скважине вследствие поломок или разъе­динения с бурильной колонной.

Аварии в результате падения в сква­жину посторонних предметов - падение в скважину вкладышей ротора, роторных кли­ньев, параллелей и вкладышей ключей ПКР, челюстей ключей АКБ, кувалд, ключей, руч­ных инструментов, приспособлений и их ча­стей и других предметов, с помощью кото­рых велись работы на устье скважины или над ним.

Прочие аварии - аварии, возникающие при производстве промысловых исследова­ний в скважине (обрывы и прихваты кабеля, приборов, грузов, шаблонов, торпед, перфо­раторов и других устройств, применяемых при исследовании скважин и вспомогатель­ных работах), открытые нефтяные и газовые фонтаны; падение и разрушение вышек, морских оснований, падение элементов тале­вой системы (кронблок, крюкоблок); взрывы и пожары на буровых, приводящие к выходу из строя оборудования и остановке бурения.

Началом аварии считается момент ее возникновения, хотя он может быть обнару­жен и позже, а окончанием аварии — восста­новление условий для продолжения бурения. Авария в скважине, происшедшая в период ликвидации ранее возникшей аварии, регист­рируется, но не учитывается. Время на ее лик­видацию суммируется со временем, необходи­мым для ликвидации первоначально возник­шей аварии. Такой же порядок учета распро­страняется и на случаи возникновения всех последующих аварий при ликвидации первой.

Аварии при испытании скважины в процессе бурения (с испытателями пластов) или после окончания бурения учитываются как аварии, происшедшие при испытании скважин.

Ликвидация прихвата с помощью ударных механизмов

Ударные механизмы (яссы) широко применяются при ликвидации прихватов, вызванных заклиниванием, прилипаниями на большую высоту, а также обвалами. При работе с использованием ясса разрушается в зоне заклинивания связь между прихвачен­ной частью колонны и стволом скважины. Наиболее широко применяют такие меха­низмы, как механический ударный (ГУМ) и вибрационный (ВУК). В каждом нефтедобы­вающем районе имеются яссы местных кон­струкций, изготовленные в мастерских или на местных заводах.

Для ускорения ликвидации возникшего прихвата в начальной его стадии целесообраз­но устанавливать механические ударные уст­ройства - яссы в компоновку бурильной колон­ны, чтобы сразу же при обнаружении прихва­та включить механизм в работу, особенно это важно при бурении в осложненных условиях.

Ликвидация прихватов с помощью ударных механизмов осуществляется, когда методы ликвидации прихвата без разъеди­нения бурильной колонны (гидроимпульс, торпедирование, ванны) не дали результата; длина извлекаемой части бурильной колон­ны не превышает 300 м; исключается откло­нение в сторону верха прихваченной части колонны в зоне отвинчивания.

Аварий с долотами

Признаками аварий с долотами при ро­торном бурении являются неравномерное вращение, вертикальные колебания буриль­ной колонны, а также прекращение проход­ки, при электробурении - снижение показа­ний амперметра и отсутствие проходки, а при турбинном — остановки турбобура, а также отсутствие проходки. Выбор метода зависит от конкретных условий и наличия разрушающих инструментов. Установлено, что долото диаметром 295 или 269 мм может разрушаться при двух-трех спусках башмач­ного или забойного фрезера. Последующими спусками паука гидромеханического или магнитного фрезера извлекают куски метал­ла с забоя. Долото, оставленное посредине ствола скважины, сначала доводят до забоя, потом определяют печатью его положение. Если долото стоит присоединительной резь­бой вверх, то его извлекают так же, как и в предыдущем случае. Во всех других случаях его разрушают фрезером или торпедой.

Категорически запрещается извлекать бескорпусные долота метчиком. Это приво­дит или к расколу долота, или к оставлению его над забоем, так как метчик очень плохо закрепляется по сварному шву.

Шарошки долот и лапы с шарошками, а также лопатки лопастных долот, оставлен­ные в скважине, извлекают пауком, гидро­механическим или магнитным фрезером. Целесообразно работать магнитным фрезе­ром в комплексе с металлоуловителем, уста­навливаемым над ним.

При отсутствии паука гидромеханичес­кого или магнитного фрезера соответствую­щей грузоподъемности шарошки долота или лапы с шарошками разрушают забойным или башмачным фрезером.

В зависимости от твердости пород на забое, поверхность торцевой части фрезера должна быть выпуклой, плоской и вогнутой. Для повышения эффективности очистки за­боя над забойным фрезером надо устанавли­вать металлоуловитель.

В зависимости от типа долота различа­ют следующие виды аварий:

1. Аварии с шарошечными долотами – отвинчивание долот и их поломка.

Отвинчивание происходит в результа­те нарушения правил крепления или спуска долота, а также при использовании перевод­ников на долото с несоответствующей резь­бой (когда переводники изготовляются в ме­ханических мастерских без соответствую­щей проверки резьбы калибрами).

Причины поломок долот: передвижка на забое; бурение с нагрузками, превышаю­щими допустимые; удар долотом о забой или уступ; разбуривание пород долотами, не со­ответствующими их крепости; малая проч­ность опор; слабая прочность сварных швов; заклинивание долот; дефекты нарезки резь­бы; неплотное прилегание заплечиков лап долота к торцу переводника; работа долота­ми по металлу; длительная промывка сква­жины перед подъемом сработанного долота.

В результате аварий с долотами в сква­жине чаще всего остаются шарошки долот. Это связано в основном со значительным из­носом опор, недостаточным сроком их рабо­ты даже в пределах, предусматриваемых конструкцией долот и режимами работы по­следних в скважине.

Долговечность опоры долота зависит от интенсивности изнашивания и разруше­ния поверхностей цапфы, шарошки и тел качения. Характер изнашивания и разрушения этих поверхно­стей различен. Это связано с неравномер­ным и сложным нагруженном различных участков поверхностей опоры, а также с кон­струкцией, технологией изготовления и раз­мерами долот. При этом трущиеся поверхно­сти опоры подвергаются одновременно аб­разивному износу, хрупкому и усталостному выкрашиванию, смятию, окислительному и тепловому износу и высо­котемпературным ожогам в микрообъемах металла и в присутствии промывочных жид­костей под высоким давлением. Одновре­менное развитие этих процессов, недоброка­чественная сборка долот, различие механи­ческих свойств металла опор и шарошек, а также отдельные несовершенства конструк­ции долот приводят к неравномерной работе опор и вооружения долот и к большому различию их износостойкости. Все это со­здает трудности в определении качества отработки долот, оптимального и предельного времени пребывания долота на забое, осо­бенно при турбинном бурении.

2. Аварии с алмазными долотами — за­клинивание долот при спуско-подъемных операциях и бурении, отвинчивание долот.

Причинами заклинивания алмазных долот являются: резкая посадка долота в зо­не сужения ствола скважины и ее призабойной зоне в результате спуска долота без огра­ничения скорости, особенно в необсаженной части ствола скважины; преждевременное прекращение циркуляции промывочной жидкости перед подъемом бурильной колон­ны с алмазным долотом (чаще во время про­цесса наращивания); недостаточная про­мывка скважины через долото (утечки про­мывочной жидкости через негерметичные участки бурильной колонны и ниппель тур­бобура), а также вследствие малой подачи промывочной жидкости насосами; бурение скважины при несоответствии размеров до­лота, утяжеленных бурильных труб и забой­ного двигателя (если такой применяется при бурении); заклинивание долот инородными предметами (металл и куски породы).

Относительно часто наблюдаются слу­чаи заклинивания ступенчатых долот вслед­ствие наличия у них большой калибрующей поверхности секторов. Часто новые алмаз­ные долота заклиниваются при спусках в скважину после работы трехшарошечными долотами и при длительной работе алмаз­ным долотом без подъема из скважины. За­клиниванию алмазного долота нередко спо­собствуют сальники.

Алмазные долота отвинчиваются, как и другие долота.

При бурении скважин из алмазных до­лот могут выпадать алмазы в результате не­достаточного их крепления, а также вследст­вие изнашивания тела долота. Выпавшие алмазы крошат другие алмазы в долоте, что может привести в негодность все долото.

Аварии с бурильной колонной

Многочисленными теоретическими ис­следованиями и практикой доказано, что аварии вследствие поломки элементов бу­рильной колонны вызваны в основном уста­лостью металла.

Явления усталости возникают главным образом под действием следующих основных переменных нагрузок: изгиба, колебаний бу­рильной колонны в продольном и поперечном направлении.

Усталость металла ускоряют следую­щие факторы:

· дефекты материала труб — расслое­ние и структурная неоднородность металла, незаметные (на глаз) инородные включения в металле и конструктивные дефекты, т.е. резкие переходы в сечении, острые надрезы, царапины и т.д.;

· малые радиусы закругления восьми-ниточных резьб (трубных);

· применение безупорного соединения трубы с замком или соединительной муфтой;

· неблагоприятные геологические и технологические условия бурения и наруше­ния запроектированных режимов бурения.

К таким неблагоприятным условиям относятся:

· переслаивание пород, различные физико-механические свойства, структура и текстура, крутые углы падения пластов;

· работа колонн в средах с агрессивны­ми химическими добавками (соли, кислоты, щелочи), способствующими возникновению коррозии;

· работа бурильной колонны в скважи­нах, имеющих по стволу большие каверны, особенно при роторном бурении;

· несоответствие размера долота диа­метру бурильных труб;

· несоответствие типа долота характеристике разбуриваемых пород;

· возникновение резонанса при совпа­дении частоты колебаний колонны от пуль­сации давления на выкидной линии насоса с частотой собственных колебаний колонн;

· эксплуатация бурильной колонны в состоянии чрезмерного сжатия, т.е. при бу­рении без УБТ или с УБТ незначительной длины, тогда как вес УБТ должен превышать нагрузку на долото на 25 %;

· установка над УБТ труб группы проч­ности Е, К, а также ЛБТ;

· применение труб несоответствующе­го класса для бурения на данной глубине;

· вмятины на трубах от инородных тел (шарошек, долот, крепких пород и т.д.);

· эксцентричность вышки, ротора по отношению к скважине.

Перечисленные факторы способствуют возникновению аварий, вызванных:

· в ведущих трубах поломкой по телу и срывом трубной резьбы;

· в бурильных трубах поломками по те­лу на участках с номинальной толщиной стенки, в концевых утолщениях, в зоне свар­ного шва и трубной резьбы, а также срывом резьбы, соединяющей трубу с бурильным замком;

· в бурильных замках поломками по те­лу на участках, заключенных между резьбо­выми концами и в зоне замковой резьбы ниппеля или муфты, а также срывом по зам­ковой резьбе;

· в УБТ и переводниках поломками по телу в зоне замковой резьбы и срывом по замковой резьбе;

· в соединительных муфтах поломкой по телу.

Кроме этого, встречаются аварии, вы­званные развинчиванием резьб в замковых соединениях бурильных замков, УБТ, пере­водников и ведущих труб.