книги / Предупреждение и ликвидация аварий в бурении

ванны сбросовые воды нефтяных товарных парков, содержащие до 0,2% дисолвана. Увеличение дозы дисолвана до 0,5% дает большой эффект. Применение сбросовых вод с дисолваном для сплошной промывки скважины позволило ликвидировать ряд при­ хватов там, где установка нефтяных и кислотных ванн не дала результатов [3].

В восточных районах страны широкое распространение полу­ чили активные водяные ванны, которые выполняются следующим образом. В бурильную колонну закачивают расчетное количество воды, желательно с добавкой ПАВ. Затем вытесняют часть ее в затрубное пространство с расчетом заполнения последнего на 100— 150 м от забоя. Затем подкачивают еще 0,1—0,2 м3 воды и быстро отбирают 3—5 м3 в емкость агрегатов. Этот цикл повторяют не­ сколько раз [34].

К и с л о т н а я в а нн а . Действие кислотных ванн основано на способности различных кислот, особенно соляной и плавиковой, и их смесей растворять карбонатные, глинистые и в некоторой степени кварцевые породы. При ликвидации заклиненной буриль­

СаС03 + 2НС1 = СаС12 + С 02 + Н20 ;

CaMg (С 03)2 + 4НС1 = СаС12 + MgCI2 + 2С02 + 2Н20 .

Хлористый кальций и хлористый магний хорошо растворимы в воде и извлекаются при циркуляции бурового раствора. Кроме того, кислота вызывает свертывание и осаждение глинистых ча­ стиц, которые также уносятся раствором.

При прихватах в карбонатных породах кислота, применяемая для ванны, также действует на стенки скважины и растворяет по­ роду. В скважинах, разрез которых сложен песками и песчани­ ками с незначительным содержанием карбонатных пород, соляно­ кислотные обработки не дают высокой эффективности, так как со­ ляная кислота хорошо растворяет карбонатные породы, но не обладает такой способностью по отношению к алюмосиликатным породам. Следует отметить, что только плавиковая кислота может растворять кремнезем. Она представляет собой водный раствор фтористого водорода. При действии плавиковой кислоты на по­ роды, содержащие кремнеземы, образуются газообразный про­ дукт— четырехфтористый кремний SiF4 и вода.

S i02 + 4HF = SiF4 + 2Н20 .

Поэтому для увеличения эффективности действия на материал, прихвативший бурильную колонну, применяют смесь плавиковой и соляной кислот, которая называется глинокислотой. Глинокислота растворяет цемент и силикатные породы (глины и песчаник),

действие ее основано на реакции плавиковой кислоты с двуокисью кремния, как указано выше. Соляная кислота, входящая в состав смеси, растворяет карбонатный цемент и песчаники, как это было показано выше. Под действием соляной кислоты частично раство­ ряются содержащиеся в породе железо и алюминий

Fe + HCl = FeCl2 + Н2 .

При этом разрушается кристаллическая решетка минералов, составляющих глины. Соляная кислота растворяет карбонатные породы с сохранением (высокой кислотности растворов и предот­ вращает выпадение продуктов реакции плавиковой кислоты с гли­ нистыми минералами. Добавка только 3% товарной плавиковой кислоты 40%-ной концентрации к 15%-ной соляной кислоте уве­ личивает растворимость глинистых пород в 2—3 раза по сравне­ нию с их растворимостью в соляной кислоте.

На практике для кислотных ванн применяют в основном тех­ ническую соляную кислоту 8—14%-ной концентрации. Однако часто используют смеси соляной кислоты и воды, нефти и кислоты или смесь 15—20%-ной соляной кислоты и 40%-ной плавиковой кислоты. В последнем случае к соляной кислоте добавляют 10% плавиковой кислоты. Необходимую смесь подбирают опытным пу­ тем. Для этого образцы пород помещают в смесь и наблюдают

ее действие на них.

Для получения оптимальной концентрации ингибированной со­ ляной кислоты полученную с баз кислоту разбавляют водой. При этом объем добавляемой воды (Fi) вычисляют по формуле:

где уь у2 , Уз — плотности соответственно исходной соляной кислоты, смеси требуемой концентрации и воды.

Для облегчения подбора закачиваемой кислоты в скважину в табл. 53 приведены плотность разбавленной кислоты при темпе­ ратуре смеси 15° С и концентрация в ней соляной кислоты.

242

Обычно инженер по сложным работам или сотрудники лабора­ тории по глинистым растворам заранее подбирают состав жид­ кости и анализирует действие различных смесей кислот на про­ ходимые породы. При возникновении прихвата только уточняется

к забою, в частности, при давлении, равном давлению на забое, для чего испытание надо проводить в автоклаве.

Для закачки в скважину необходимо брать кислоту, хорошо поддающуюся ингибированию и дающую высокую растворимость пород. На скорость реакции карбонатных пород с соляной и пла­ виковой кислотами влияют давление и температура. С увеличением давления скорость реакции уменьшается, а с увеличением тем­ пературы возрастает. Например, при увеличении температуры на 20—25° С скорость реакции увеличивается в 2—3 раза. В качестве ингибиторов применяют товарный формалин, уникоды различных марок, легкие смоляные масла, алкиловые масла, различные по­ верхностно-активные вещества и др. Ингибиторы уменьшают разъ­ едание металла труб и устройств, используемых для подачи в сква­ жину смеси. Обычно на 1 т 10%-ной соляной кислоты добавляют 6 кг формалина. Смешение кислот, разбавление их водой и до­ бавка ингибиторов проводят на буровой, поэтому все работы должны вестись с соблюдением соответствующих правил по тех­ нике безопасности.

Концентрация кислоты должна быть такой, чтобы колонна освободилась не позже чем через 10—12 ч. Держать бурильную колонну в кислотной ванне более 24 ч нецелесообразно. Если по истечении этого времени положительных результатов не получено, применяют другие методы ликвидации аварии.

В ы ч и с л е н и е о б ъ е м а к и с л о т ы . Интервал применения кислотной ванны выбирают в зависимости от места прихвата. Если установлено, что прихвачено только долото, то кислота в затрубном пространстве должна находиться в зоне долота и выше его не ме­ нее чем на 75 м. Кроме того, бурильная колонна также должна быть заполнена кислотой на высоту 75 м.

При прихвате на забое турбобуров и УБТ кислота должна заполнять зону прихвата и находиться на 75 м выше ее. При этом 75 м внутреннего пространства бурильной колонны также должны быть заполнены кислотой.

При прихвате бурильной колонны высоко над забоем интер­ вал прихвата заполняют кислотой, и кислота должна находиться

и затрубного пространства также должны быть заполнены ки­ слотой.

П о р я д о к п р о в е д е н и я к и с л о т н о й в а н н ы . После определения места прихвата и необходимого объема кислоты или

смеси кислоты с другими жидкостями приступают к закачке ки­ слоты в скважину. Для этого выравнивают удельный вес бурового раствора и замеряют его параметры. Далее закачивают определен­ ный объем воды, предназначенной для очистки поверхности труб от раствора и для предупреждения смешивания кислоты с рас­ твором.

Различные авторы [151, 104] считают, что перед закачкой ки­ слоты и нефти надо закачать 1—3 м3 бурового раствора. В резуль­ тате накопленного опыта по проведению ванн нами выявлено, что количество воды надо брать в зависимости от соотношения диа­ метра скважины и бурильных труб, исходя из того, что 50 м высоты затрубного пространства между буровым раствором и кислотой должны быть заполнены водой. При наличии 50-м столба воды со­ здаются благоприятные условия для очистки труб и исключается смешивание кислоты с раствором. Если же не учитывать соотно­ шения диаметров бурильных труб и скважины, то возможно сме­ шение бурового раствора с кислотой.

В табл. 54 приведено количество воды, необходимое для запол­ нения затрубного пространства высотой 50 м при различных соот­ ношениях диаметров скважины и бурильных труб.

Как видно из табл. 54 при диаметре скважины 190 мм и диа­ метре бурильных труб 114 мм для заполнения затрубного прост­ ранства более чем на 50 м достаточно 1 м3 воды, а при диаметре скважины 445 мм и диаметре бурильных труб 168 мм 1 м3 воды недостаточно для заполнения даже 10 м затрубного пространства. Следовательно, в последнем случае произойдет смешение бурового раствора и кислоты.

Как показывает этот пример, выбирать количество воды для закачки следует не ориентировочно, а расчетным путем. Увеличе­ ние же объема воды в затрубном пространстве при соответствую­ щих условиях может привести к дополнительным осложнениям в скважине.

Вслед за водой закачивают расчетное количество кислоты, после чего снова закачивают воду из расчета заполнения внутрен­

244

него пространства бурильных труб на высоту 50 м и вслед за этим закачивают буровой раствор. Количество воды, закачиваемое за кислотой, должно исключить смешивание кислоты и раствора. Практикой установлено, что в затрубное пространство нецелесооб­ разно сразу закачивать весь расчетный объем кислоты. Вначале следует закачать 25—30% общего объема кислоты, после того, как бурильная колонна простоит под кислотной ванной 3—6 ч, в коль­ цевое пространство периодически (через 1 ч) добавляют свежую кислоту в объеме, необходимом для его заполнения на высоту 75—50 м.

Применять ванны (нефтяную, водяную и кислотную) следует при исправных превенторах и плашках, соответствующих диаметру труб. Освобожденную колонну надо осторожно приподнять выше места прихвата, промыть скважину до выравнивания плотности бурового раствора, непрерывно поднимая и опуская колонну на длину двухтрубки. Обслуживающий персонал удаляют от устья скважины. После промывки приступают к окончательному подъему колонны.

Для удобства выполнения работ, связанных с применением ванны, и для рациональной установки ведущей трубы нами много­ кратно практиковалось (до применения ванны) отвинчивание ве­ дущей трубы и нескольких труб. Это дает возможность установить обратный клапан под ведущей трубой и подобрать удобную для расхаживания длину выступающей части ее над ротором. Отвинчи­ вать ведущую трубу следует при разгруженной бурильной колонне, что способствует отвинчиванию ведущей трубы вместе с буриль­ ными трубами небольшой длины (15—50 м). Это можно практико­ вать при длине кондукторов не менее 100 м.

Кислотные ванны запрещается устанавливать, если бурильная колонна состоит из легкосплавных труб, так как последние при взаимодействии с кислотами быстро разрушаются, а образовавши­ еся в результате реакции продукты способствуют снижению плот­ ности бурового раствора, что может привести даже к фонтаниро­ ванию скважины, если вскрыт продуктивный горизонт.

За последние годы вместо традиционных нефтяных и кислот­ ных ванн отдельные предприятия применяют ванны из смесей раз­ личных агентов. В частности, в работе [72] приведены результаты исследования по использованию для установки ванн отходов неф­ теперерабатывающей промышленности— щелочных отходов нефтя­ ных дистиллятов, состоящих из щелочных солей нафтеновых ки­ слот (15—20%), минеральных масел (3—7%) и воды (70—80%). Как показали исследования, в результате улучшения смачивающей

В Отрадненском УБР в качестве жидкости для ванн приме­ няли пластовую воду и получили положительные результаты. Бу­ ровые предприятия Украины в последние годы широко используют для ванн окисленный петролатум, который снижает липкость

245

буровых растворов и хорошо проникает между частицами минера­ лов в зоне прихвата и особенно по границе буровой раствор — ме­ талл. Достаточно эффективны ванны из петролатума при прихва­ тах в зоне глинистых пород и при использовании для промывки гли­ нистых растворов, приготовленных из местных глин и порошков.

Р а с ч е т ванн . Для вычисления объема жидкости, необходи­ мого для заполнения затрубного пространства, исходят из раз­ ницы между диаметром скважины и диаметром бурильных труб.

При прихвате турбобура и УБТ на забое количество жидкости для ванны (нефти, кислоты или воды) определяют по формуле

Q=0,785 (K D l - D \р) ( Я + А ) + 0,785rfe А,,

подъема жидкости от забоя до верхней части прихвата в м; А—

долота на забое жидкость для ванны должна быть в зоне при­ хвата выше и ниже ее не меньше чем на 75 м. В этом случае

Q=0,785 ( K D l - D27p) {Hi+2A ) .

Здесь Hi — длина прихваченного участка колонны.

Объем продавочной жидкости Vu вычисляют по формулам: а) при ликвидации прихвата у забоя

1/п= 0,78 5 d U L - h i)+ V B'K

(Ун.л — объем жидкости для заполнения нагнетательной линии и подводов к прихваченной колонне; L — длина бурильной колонны);

б) при ликвидации прихвата над забоем

Кп=0,785 [d22L + ( K D t - D lph3)] + К Н.Л

(/г3 — высота столба продавочной жидкости в затрубном простран­ стве до места расположения жидкости ванны).

Величину гидростатического давления на продуктивные пласты находим из выражения

где у — удельный вес продавочной жидкости в затрубном прост­ ранстве, находящейся над продуктивным пластом, в кгс/м3; hi — высота столба этой продавочной жидкости в м.

Гидростатическое давление должно на 15% превышать пласто­ вое. При закачке воды перед кислотой и после нее при применении

246

кислотных ванн вносят соответствующие поправки на изменение давления от удельного веса разных жидкостей. Если над пластом находятся жидкости нескольких видов с разной плотностью, то гидростатическое давление определяется как сумма давлений раз­ ных жидкостей.

Освобождение бурильной колонны, прихваченной осевшим шла­ мом. При бурении скважин с применением воды для промывки бурильные колонны часто прихватываются осевшим шламом. Кроме того, скопление большого количества шлама в призабойной зоне также является причиной прихвата колонны. Для ликвидации таких аварий в бурильной колонне над турбобуром или над УБТ простреливают 12—18 отверстий и восстанавливают интенсивную промывку при расхаживании колонны. Если циркуляцию не уда­ ется восстановить ни с помощью буровых насосов, ни цементиро­ вочных агрегатов, то еще раз простреливают бурильную колонну на расстоянии 10—12 м выше и пытаются снова восстановить цир­ куляцию раствора. Если циркуляция не восстанавливается, про­ стрелы колонны продолжают с подъемом их выше. При восстанов­ лении циркуляции интенсивность ее доводят до максимально допу­ стимой величины. Промывкой обычно удаляется шлам над местом прострела. При дальнейшем расхаживании колонны и промывке нижняя ее часть постепенно освобождается. Обычно через 4—6 ч расхаживания колонны она освобождается от прихвата.

Освобождение бурильной колонны путем взрыва торпеды из детонирующего шнура ТДШ. Торпеды из детонирующего шнура предназначены для двух целей:

1) для полного освобождения прихваченной бурильной колонны методом «встряхивания»;

2) для облегчения отвинчивания резьбового соединения труб, находящихся выше места прихвата.

В первом случае при взрыве торпеды против зоны прихвата, ударная волна способствует отрыву труб от стенки скважины или от сальника и т. д. Метод встряхивания широко и эффективно применяют в объединениях Краснодарнефть и Грознефть, где среди взрывных работ он составляет более 20%. Метод встряхива­ ния дает положительные результаты особенно при применении его сразу после возникновения прихвата, перед установкой ванн. Пока ведутся подготовительные работы к установке ванны можно по­ пытаться ликвидировать прихват методом встряхивания с по­ мощью торпеды. Применение этого метода после ванн и других длительных работ не дает ощутимого результата. Торпеды типа ТДШ рекомендуется применять при давлении в месте взрыва до 500 кгс/см2 и температуре до 80° С.

Торпеды изготовляют из детонирующего шнура марок ДШ-В и ДШУ. В скважинах с большими температурами необходимо при­ менять термостойкий детонирующий шнур и соответствующие взрывные патроны. Величина заряда торпеды должна обеспечить заданный эффект и исключить повреждение трубы.

24Т

Требуемое число рядов детонирующего шнура марки ДШ-В определяют по номограмме, показанной на рис. 88. Для этого со­ единяют прямой линией точки, указывающие гидростатическое давление рг в месте взрыва и толщину стенки трубы б, в которой будет произведен взрыв. Из точки пересечения этой прямой с про­ межуточной прямой без делений проводят прямую линию до точки, указывающей наружный диаметр труб dTp. В точке пересечения этой прямой со шкалой п получим искомое число рядов шнура

Рис. 88. Номограмма для определения числа рядов детонирующего шнура для торпед ТДШ.

ДШ-В для скважины с плотностью бурового раствора, равной 1 г/см3.

Для бурового раствора большей плотности число рядов будет больше, поэтому необходимо полученное число рядов шнура раз­ делить на коэффициент С, который приведен в табл. 55, составлен­ ной по данным Азербайджанского филиала ВНИИгеофизика.

Длина торпеды ТДШ для ликвидации прихвата должна быть равна или немного больше длины зоны прихвата с таким расчетом, чтобы общий вес заряда не превышал 5 кг.

Для ликвидации прихвата с помощью торпеды ТДШ проводят следующие работы:

— определяют верхнюю точку прихвата;

248

—спускают в скважину торпеду выбранной по расчету длины

иустанавливают против зоны прихвата;

—натягивают бурильную колонну с максимально возможным

усилием;

— производят взрыв.

После взрыва торпеды ТДШ немедленно начинают расхажива­ ние бурильной колонны с отбивкой ее ротором. Для повышения эффективности этого метода в нижнем конце бурильных труб

стурбобурами в тресте Волгограднефтегеофизика разработана новая конструкция ТДШ, состоящая из стального корпуса диа­ метром 58 мм с пятью продольными каналами-выемками по всей его длине для укладки детонирующего шнура. Гнездо для уста­ новки взрывопатронов, шнур и патрон закрепляют изоляционной лентой. Корпус имеет вверху серьгу для соединения с кабелем и направляющий конус внизу [73]. При взрыве такой торпеды ослаб­ ляется резьбовое соединение, находящееся против нее, и колонна развинчивается.

Торпеду спускают в скважину на каротажном кабеле. Свобод­ ную часть бурильной колонны отсоединяют следующим образом. Определяют место прихвата и нахождение муфты или замка под ним с помощью прихватоопределителя или локатора. Бурильную колонну закрепляют поворотом ротора. Затем разгружают замко­ вое соединение в месте торпедирования путем натяжения колонны

сусилием, равным весу колонны в интервале до развинчиваемого соединения. Натянутую колонну зажимают трубными клиньями и завинчивают на расчетное число оборотов в соответствии с табл. 51. Спускают шаблон торпеды, а затем торпеду и взрывают ее. Диа­ метр шаблона должен быть на 15—20 мм меньше диаметра про­ ходного отверстия замка бурильных труб. Вращением влево ко­ лонну отвинчивают, поднимают одну свечу, восстанавливают цир­

куляцию бурового раствора и извлекают колонну из сква­ жины.

По конструкции число рядов детонирующего шнура выбирают от 2 до 6 в зависимости от толщины стенок трубы и размера

249

замков, а также от давления и температуры в интервале торпеди­ рования. Чем глубже интервал, тем больший требуется заряд, т. е. тем больше рядов шнура должна иметь торпеда, так как в условиях высокого гидростатического давления сила взрыва намного умень­ шается. Заряд торпеды выбирают также по номограмме, приведен­ ной на рис. 88, где для труб разного диаметра дана зависимость между величиной заряда (числом отрезков детонирующего шнура) и давлением в зоне отвинчивания. Эти рекомендации относятся к трубам высокого качества. При торпедировании в изношенных трубах величина заряда уменьшается в соответствии с процентом износа труб.

Длину детонирующего шнура торпеды выбирают в зависимости от способа определения местонахождения замкового соединения, против которого устанавливается торпеда. Если замковое соеди­ нение определено магнитным локатором, то длина торпеды должна быть 3—5 м. При торпедировании без определения местонахожде­ ния замкового соединения длину торпеды берут на 2—3 м больше длины трубы (в зоне торпедирования), чтобы обеспечить располо­ жение заряда против замкового соединения.

В практике часто встречаются случаи, когда колонна прихва­ чена на большую длину и 5 кг заряда недостаточно для ее осво­ бождения. Тогда делают несколько последовательных операций встряхивания и развинчивания колонны по частям. Преимущест­ вом последнего способа является управляемость процессом раз­ винчивания, что исключает разъединение колонны в опасных зо­ нах-кавернах, под башмаком обсадной колонны и т. д.

Технология проведения работ по освобождению колонны встря­ хиванием подобна технологии при развинчивании в резьбовом со­ единении.

Последовательность работ при освобождении прихваченной ко­ лонны развинчиванием ее с помощью взрыва следующая. Опреде­ ляют место прихвата прихватоопределителем. Бурильную колонну закрепляют ротором. В зависимости от длины торпеды (с учетом веса заряда) намечают длину отвинчиваемых труб. Натягивают бурильную колонну с усилием, равным ее весу до замка, в котором намечается развинчивание колонны.

Натянутую колонну закрепляют в клиньях и вращают на число оборотов в соответствие с табл. 51. Спускают в трубы шаблон тор­ педы и взрывают ее, поднимают кабель с остатками узлов тор­ педы, развинчивают трубы влево и восстанавливают циркуляцию раствора. Промывают скважину и приступают к подъему колонны. Затем снова спускают ее, соединяют и повторяют описанный выше цикл работ.

Освобождение прихваченных труб с помощью ясса. Конструк­ ция яссов показана на рис. 52 и 53, а описание их приведено

часть колонны и сразу же восстанавливают циркуляцию бурового

250