Осложнения и аварии в бурении

1.

ОСЛОЖНЕНИЯ И АВАРИИ В БУРЕНИИ
КУРС ЛЕКЦИЙ

2. НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: ВВЕДЕНИЕ

• Осложнение – нарушение технологического
процесса бурения скважин, происшедшее
при соблюдении требований технического
проекта и правил ведения буровых работ,
вызванное
явлениями
горно
геологического характера.
• При осложнениях бурение скважины
возможно, но необходимо проведение
специальных мероприятий.
2

3. НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: ВВЕДЕНИЕ

К числу осложнений относятся:
• Поглощение бурового раствора;
• Газонефтеводопроявления (ГНВП);
• Нарушение устойчивости стенок
скважины;
• Прихваты;
• Осложнения при разбуривании
многолетнемерзлых пород (ММП).
2

4. НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: ВВЕДЕНИЕ

Поглощение бурового раствора
• Под поглощением понимаются безвозвратные
потери бурового раствора в окружающих породах.
• По интенсивности поглощения подразделяются на:
• частичные, когда часть раствора выходит на
поверхность, а часть уходит в окружающие
породы;
• полные, когда уровень раствора в процессе бурения
близок к устью;
• катастрофические, когда уровень раствора близок к
2
забою.

5. НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: ВВЕДЕНИЕ

Причины поглощений
• Основная причина поглощений – превышение давления в
скважине над пластовым давлением и наличие каналов ухода
бурового раствора
Поглощениям способствуют:
• несоответствие свойств раствора (плотность, вязкость, СНС)
конкретным условиям;
• высокие скорости спуско-подъемных операций;
• большая скорость восходящего потока раствора;
• образование сальников;
• несоответствие КНБК и конструкции скважины проходимым
породам.
2

6. НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: ВВЕДЕНИЕ

Признаки поглощений
Признаки поглощения следующие:
• понижение уровня раствора в приемных
емкостях в процессе бурения;
• понижение уровня раствора в скважине при
остановках.
2

7. НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: ВВЕДЕНИЕ

Предупреждение поглощений
Все методы предупреждения сводятся к обеспечению
минимального избыточного давления на поглощающий пласт
и предотвращению резких колебаний давления в скважине
Это достигается за счет:
• снижения плотности раствора;
• использования аэрированных растворов;
• уменьшения расхода (скорости восходящего потока) раствора;
• ограничения скорости спуско-подъемных операций;
• расхаживания инструмента перед пуском насосов и плавного
восстановления циркуляции;
• подбора соответствующих КНБК;
• предотвращения образование сальников.
2

8. НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: ВВЕДЕНИЕ

Ликвидация поглощений
В настоящее время на практике применяется три способа ликвидации поглощений:
с использованием наполнителей:
(опилки различных материалов, стружка, торф, изрезанная солома, резиновая крошка,
отходы переработки хлопка, дробленая скорлупа орехов, слюда, асбест, отруби,
изрезанные куриные перья, кожа – горох, рыбья чешуя и т.д);
с помощью тампонажных смесей:
• смеси на основе неорганических вяжущих материалов (цемент, гипс, алебастр);
• смеси на основе макромолекулярных соединений (фенолформальдегидные,
мочевинформальдегидные, эпоксидные смолы, гипан, ПАА);
• смеси на основе латексов, битумные смеси;
• отверждаемые глинистые растворы.
Взрывом:
Взрывные работы в скважинах с целью ликвидации поглощений применяется как
крайняя мера и только при катастрофических поглощениях. Как показывают
исследования, после взрыва трещины заполняются кусками породы, причем эффект
максимален, когда заряд прилегает к породе, а его диаметр существенно больше
ширины трещины.
После взрыва глинистый раствор превращается в нерастекающуюся пену, устойчивую в
течение нескольких суток
2

9. НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: ВВЕДЕНИЕ

Осложнения при разбуривании
многолетнемерзлых пород (ММП).
Мерзлыми называются породы, имеющие
отрицательную или нулевую температуру, в
которых хотя бы часть воды представлена
льдом.
Зона
многолетнемерзлых
пород
(ММП)
занимает более половины территории
России (10 млн. км2), и в этой же зоне
находится более половины прогнозных
запасов нефти и газа.
2

10. НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: ВВЕДЕНИЕ

Возможные осложнения
Кроме нарушения устойчивости стенок скважины в ММП возможны осложнения:
• Низкое качество цементирования (связано с тем, что в скважине образуются каверны
большого размера. Цементный раствор при тампонировании не вытесняет полностью
буровой раствор, а движется в виде «языка». В результате часть кольцевого
пространства оказывается незацементированным, что в дальнейшем при бурении и
эксплуатации скважины может привести к тяжелым последствиям (проседание
колонн обсадных труб, заколонные проявления, провалы приустьевых площадок).
• провалы приустьевых площадок(происходит в результате значительных нагрузок на
грунт. Это приводит к растрескиванию ММП, по образовавшимся трещинам начинает
циркулировать вода, происходит протаивание грунта, а затем проседание основания.
Для предотвращения этого явления необходимо уменьшить удельную нагрузку на
грунт путем увеличения площади основания);
• разрыв и смятие колонн обсадных труб(Разрыв и смятие колонн обсадных труб
происходит при обратном промерзании пород. Как показывает практика, при
температуре ММП до-2о С и наличии двух колонн обсадных труб (кондуктор,
эксплуатационная колонна), эти осложнения маловероятны. При более низких
температурах необходимо использовать трубы с большей толщиной стенки и более
высокой группой прочности материала)
2

11. НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: ВВЕДЕНИЕ

Буровые растворы используемые при бурении
ММП.
Бурение в ММП возможно с использованием в качестве очистного агента:
• бурового раствора с отрицательной температурой(В первом случае могут быть
использованы растворы как на углеводородной, так и водной основе. В качестве
противоморозных добавок в водные растворы вводятся NaCl, KCl, CaCl2, Na2Br4O7,
Na2CO3, Na2NO3. С повышением их концентрации температура замерзания
раствора, естественно, снижается и может быть доведена до –16о С, Однако при
этом возрастает скорость растворения льда. Для получения требуемых свойств в
раствор вводятся глинопорошок, гипан, КМЦ, ПДА. Однако введение
противоморозных добавок существенно снижает стабильность растворов, в
результате происходит их разделение на твердую и жидкую фазы. Кроме того, в
летнее время охлаждение раствора до отрицательных температур затруднено);
• охлажденного воздуха, аэрированных жидкостей (Лучший вариант, с точки зрения
минимального воздействия на ММП .Это связано с тем, что воздух обладает низкой
теплоемкостью, теплосодержание (энтальпия) его в десятки раз меньше, чем
жидкостей. Воздух не замерзает. При продувке температура воздуха в скважине
очень быстро становится равной температуре ММП, поэтому протаивание пород
практически не происходит)
2

12. НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: ВВЕДЕНИЕ

Аварии
2

13. НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: ВВЕДЕНИЕ

Аварией считается нарушение непрерывности
технологического процесса строительства (бурения и
испытания) скважины, требующее для его ликвидации
проведения специальных работ,
не предусмотренных проектом.
Аварии происходят из-за поломки, оставления или падения в
скважину элементов обсадных или бурильных колонн, из-за
неудачного цементирования обсадных колонн, прихвата,
открытого фонтанирования и падения в скважину различных
предметов.
2

14. НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: СИСТЕМНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ АВАРИЙ В БУРЕНИИ

Классификацию используют для повышения эффективности, а
также наиболее приемлемых способов
и технических средств ликвидации аварий.
Выделим основные характеристики аварий в бурении:
1. Источник аварий.
2. Объект аварии.
3. Масштабы и последствия аварии.
4. Факторы, влияющие на аварии
3

15. НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: СИСТЕМНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ АВАРИЙ В БУРЕНИИ

4

16. НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: РЕГЛАМЕНТИРУЮЩИЕ ДОКУМЕНТЫ (РД)

Регламентирующие документы
«Инструкция по классификации, расследованию и учету аварий при
бурении скважин на нефть и газ».
«Инструкция по расследованию аварий, не повлекших за собой
несчастных случаев на подконтрольных Госгортехнадзору предприятиях и
объектах»
5

17. НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: СИСТЕМНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ АВАРИЙ В БУРЕНИИ

Масштабы последствий:
По порядку отражения в документах
• Регистрируемые (все)
• Учитываемые (те аварии, на устранение которых затрачено более 8
часов)
По степени тяжести последствий:
• Простые
• Сложные (ликвидация которых длится более 3–5 суток)
По категории
• Аварии категории I
• Аварии категории II
6

18. НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: СИСТЕМНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ АВАРИЙ В БУРЕНИИ

Аварии категории I: открытые нефтяные и газовые фонтаны; взрывы и
пожары резервуарных парков, компрессорных и насосных станций,
подземных хранилищ газа, приведшие к разрушению или уничтожению
объекта; взрывы и пожары на нефтегазоперерабатывающих заводах,
вызвавшие остановку предприятия, цеха, или восстановительные
работы.
Аварии категории II: падение или разрушение вышек, морских оснований
в процессе эксплуатации, строительства или перетаскивания; падение
элементов талевой системы (кронблок, талевый блок, крюк); взрывы и
пожары на буровых объектах, групповых нефтегазосборных пунктах,
компрессорных и насосных станциях, приведшие к выходу из строя
оборудования, необходимости капитального ремонта его и остановки
объекта; взрывы, пожары и загорания на нефтеперерабатывающих
заводах, вызвавшие прекращение работы установки (участка) и
требующие замены или капитального ремонта отдельных сооружений,
машин, агрегатов, аппаратов, сосудов, трубопроводов и товарных
резервуаров.
7

19. НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: СИСТЕМНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ АВАРИЙ В БУРЕНИИ

Факторы, вызывающие аварии:
Технические причины аварий: низкое качество исходного материала, усталость
металла, применение недопустимо изношенных технических средств использование
технических средств, разрешающие способности которых не обеспечивают их
индивидуальное или комплексное назначение.
Геологические причины аварий: нарушение целостности стенок скважин;
обстоятельства, не зависящие от исполнителей трудового процесса.
Организационные причины аварий: низкая трудовая дисциплина и квалификация
бригады буровых установок и буровых мастеров, выражающиеся в невыполнении или
ненадлежащем выполнении своих обязанностей; нерегулярное проведение плановопредупредительного ремонта; невыполнение профилактических мероприятий по
предупреждению аварий, простоев и длительных остановок буровых агрегатов;
несовершенство диспетчерской службы, отсутствие радиотелефонной связи;
неудовлетворительное материально-техническое обеспечение; несоответствие
режима сменности вахт естественному биологическому ритму жизнедеятельности
человека и др.
8

20. НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: СИСТЕМНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ АВАРИЙ В БУРЕНИИ

Технологические причины аварий:
1) неправильный выбор и нарушение рациональных параметров режима
бурения (осевая нагрузка, частота вращения, расход промывочной жидкости) и
параметров процесса бурения, включая механическую скорость, крутящий
момент, усилие на подъем инструмента, давление промывочной жидкости;
2) несоблюдение рациональной последовательности правил крепления
скважины (цементирование);
3) неправильный выбор типа промывочного агента, применение которого не
обеспечивает выполнения гидродинамических, гидростатических и других
функций, включая функции коркообразования;
4) необоснованный выбор рецептур промывочных жидкостей, тампонажных
смесей и цементных растворов;
5) использование материалов и реагентов для приготовления промывочной
жидкости низкого качества;
6) недоучет геологических и гидрогеологических условий, степени
минерализации подземных вод, характера излива жидкости из скважины;
7) неудовлетворительная подготовка скважины к гидрогеологическим и
геофизическим исследованиям;
8) необеспечение однородности раствора по всему стволу скважины и др.
9

21. НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: СИСТЕМНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ АВАРИЙ В БУРЕНИИ

В зависимости от объекта аварий выделяют следующие группы:
1) аварии с элементами бурильной колонны;
2) обрыв бурильных труб;
3) аварии с долотами;
4) прихваты бурильных и обсадных колонн;
5) аварии с обсадной колонной и элементами ее оснастки;
6) аварии из-за неудачного цементирования;
7) аварии с забойными двигателями;
8) падение в скважину посторонних предметов;
9) прочие аварии.
9

22. НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ: СИСТЕМНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ АВАРИЙ В БУРЕНИИ

Источником аварий может являться :
1)буровое оборудование;
2)природные воздействия;
3) субъективные факторы.
Прежде всего, это аварии, произошедшие по вине исполнителя
трудового процесса, т. е. возникшие по субъективным причинам. К
ним относятся аварии, которые произошли по вине исполнителя
(самонадеянность или небрежность). Самонадеянность
характеризуется тем, что обязанное лицо предвидит возможность
возникновения аварии в скважине, но легкомысленно,
безосновательно надеется ее предотвратить. Вина в форме
небрежности означает, что обязанное лицо не знало о возможности
неблагоприятных последствий своих действий, но по
обстоятельствам дела могло и должно сознавать характер своей
деятельности, предвидеть возможность аварии в скважине .
9

23. Аварии с элементами колонны бурильных труб

Поломки элементов бурильной колонны по
телу, сварному шву, в резьбе.
Падение элементов колонны в результате
развинчивания в резьбе, поломки спуско –
подъемного оборудования или инструмента,
обрыва талевого каната.

24. Аварии с породоразрушающим инструментом

Оставление в скважине долота, бурильной
головки, расширителя.
Поломка породоразрушающего инструмента и
оставление его элементов в скважине.
Падение долота в скважину.

25. Аварии с забойными двигателями

Оставление турбобура, винтового
двигателя или электробура в
скважине вследствие поломок или
разъединения в резьбах.

26. Аварии с обсадными колоннами

Падение колонны в скважину.
Обрыв колонны по телу или резьбовому
соединению.
Разрыв по телу трубы.
Смятие колонны.
Повреждении труб при разбуривании
цементного стакана, стоп-кольца, обратного
клапана.

27. Аварии при цементировании обсадных колонн

Недоподъем цементного раствора в
затрубном пространстве до проектной
величины.
Оставление цементного раствора внутри
колонны обсадных труб.
Негерметичность колонны.

28. Аварии с забойными двигателями

Оставление турбобура, винтового
двигателя или электробура в
скважине вследствие поломок или
разъединения в резьбах.

29. Аварии при геофизических исследованиях

Обрыв приборов.
Обрыв грузов.
Обрыв кабеля (каната).
Прихват приборов.
Прихват кабеля.
Перехлест кабеля при спуске.

30. Прочие аварии

Перекос оснований.
Падение вышек (мачт).
Падение талевой системы.
Пожары.
Взрывы.