Аварии и осложнения при бурении нефтяных и газовых скважин

АВАРИИ И ОСЛОЖНЕНИЯ ПРИ БУРЕНИИ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН

© Минеев А.В., Милосердов Е.Е.*, Мамышев А.С.

Институт нефти и газа Сибирского федерального университета, г. Красноярск

Рассмотрена конструкция нефтяных и газовых скважин, технология строительства нефтяных и газовых скважин, рассмотрены аварии и геологические осложнения, возникающие при их строительстве.

Ключевые слова нефть, газ, скважина, бурение, аварии.

Сегодня нефтяные и газовые скважины представляют собой капитальные дорогостоящие сооружения, служащие много десятилетий. Это достигается соединением продуктивного пласта с дневной поверхностью герметичным, прочным и долговечным каналом. Однако пробуренный ствол скважины еще не представляет собой такого канала, вследствие неустойчивости горных пород, наличия пластов, насыщенных различными флюидами (вода, нефть, газ и их смеси), которые находятся под различным давлением. Поэтому при строительстве скважины необходимо крепить ее ствол и разобщать (изолировать) пласты, содержащие различные флюиды.

Крепление ствола скважины производится путем спуска в нее специальных труб, называемых обсадными. Ряд обсадных труб, соединенных последовательно между собой, составляет обсадную колонну. Для крепления скважин применяют стальные обсадные трубы.

Насыщенные различными флюидами пласты разобщены непроницаемыми горными породами - «покрышками». При бурении скважины эти непроницаемые разобщающие покрышки нарушаются и создается возможность межпластовых перетоков, самопроизвольного излива пластовых флюидов на поверхность, обводнения продуктивных пластов, загрязнения источников водоснабжения и атмосферы, коррозии спущенных в скважину обсадных колонн.

В процессе бурения скважины в неустойчивых горных породах возможны интенсивное кавернообразование, осыпи, обвалы и т.д. В ряде случаев дальнейшая углубка ствола скважины становится невозможной без предварительного крепления ее стенок.

Для исключения таких явлений кольцевой канал (кольцевое пространство) между стенкой скважины и спущенной в нее обсадной колонной заполняется тампонирующим (изолирующим) материалом. Это составы, включающие вяжущее вещество, инертные и активные наполнители, химические реагенты. Их готовят в виде растворов (чаще водных) и закачивают в скважину насосами. Из вяжущих веществ наиболее широко применяют там-

* Старший преподаватель кафедры «Бурение нефтяных и газовых скважин».

понажные портландцементы. Поэтому процесс разобщения пластов называют цементированием.

Таким образом, в результате бурения ствола, его последующего крепления и разобщения пластов создается устойчивое подземное сооружение.

Под конструкцией скважины понимается совокупность данных о числе и размерах (диаметр и длина) обсадных колонн, диаметрах ствола скважины под каждую колонну, интервалах цементирования, а также о способах и интервалах соединения скважины с продуктивным пластом.

Сведения о диаметрах, толщинах стенок и марках сталей обсадных труб по интервалам, о типах обсадных труб, оборудовании низа обсадной колонны входят в понятие конструкции обсадной колонны.

В скважину спускают обсадные колонны определенного назначения: направление, кондуктор, промежуточные колонны, эксплуатационная колонна.

Направление спускается в скважину для предупреждения размыва и обрушения горных пород вокруг устья при бурении под кондуктор, а также для соединения скважины с системой очистки бурового раствора. Кольцевое пространство за направлением заполняют по всей длине тампонажным раствором или бетоном. Направление спускают на глубину от нескольких метров в устойчивых породах, до десятков метров в болотах и илистых грунтах.

Кондуктором обычно перекрывают верхнюю часть геологического разреза, где имеются неустойчивые породы, пласты, поглощающие буровой раствор или проявляющие, подающие на поверхность пластовые флюиды, т.е. все те интервалы, которые будут осложнять процесс дальнейшего бурения и вызывать загрязнение окружающей природной среды. Кондуктором обязательно должны быть перекрыты все пласты, насыщенные пресной водой.

Аварией является непредвиденное нарушение непрерывности технологического процесса бурения или испытания скважин, требующее для его ликвидации проведения специальных работ, не предусмотренных проектом. Характерными видами аварий бывают поломки бурильных или обсадных колонн с оставлением в стволе скважины отдельных элементов, потеря подвижности колонн труб, смятие или нарушение обсадных колонн и др. Аварии возникают при работе в осложненных условиях. Если осложнение не ликвидируется, оно может быть причиной аварии.

Осложнением является нарушение нормального состояния скважины, в результате которого дальнейшее углубление затрудняется или должно быть временно прекращено во избежание аварии. Осложнения как нарушения непрерывности технологического процесса строительства скважины вызываются явлениями горно-геологического характера. Это поглощения растворов, нефтегазоводопроявления, выбросы и открытые фонтаны нефти, газа или воды, осыпи и обвалы горных пород в ствол скважины и др.

В соответствии с инструкцией по классификации, расследованию и учету аварий при бурении скважин на нефть и газ [1, 2] все аварии подразделяются на следующие виды:

- аварии с элементами бурильной колонны;

- прихваты бурильных и обсадных колони;

- аварии с долотами;

- аварии с обсадными колоннами и элементами их оснастки;

- аварии из-за неудачного цементирования;

- аварии с забойными двигателями;

- падение в скважину посторонних предметов;

- прочие аварии. 1.2.1. Виды аварий.

1.2.1.1. Аварии с элементами бурильной колонны. Это разрушение труб вследствие воздействия переменных нагрузок и оставление в скважине части бурильной колонны, в том числе:

- сломы и срывы по резьбе;

- поломки по сварному шву;

- сломы по телу трубы;

- падения части бурильной колонны из-за развинчивания по резьбе, или из-за поломок спускоподъемного оборудования.

1.2.1.2. Прихваты бурильных и обсадных колонн. Непредвиденную потерю подвижности колонны труб при приложении к ней максимально допустимых нагрузок называют прихватом. Причины прихватов следующие:

- прилипание труб к стенке скважины под действием перепада давления;

- заклинивание в местах сужений ствола при спускоподъемных операциях (СПО) и в желобах;

- осыпание и обвалы горных пород, оседание шлама при нарушениях режима промывки, заклинивание колонны посторонними предметами;

- образование сальника на бурильной колонне.

1.2.1.3. Аварии с долотами. Это оставление в скважине долот, бурильных головок или их элементов и частей.

1.2.1.4. Аварии с обсадными колоннами включают следующие разновидности:

- разъединение по резьбовым соединениям;

- смятие или разрыв по телу трубы;

- обрыв по сварному шву;

- падение колонны или ее части;

- повреждение обсадной колонны при разбуривании цементного стакана, стоп-кольца, обратного клапана, разделительных пробок.

1.2.1.5. Аварии из-за неудачного цементирования подразделяются следующим образом.

- прихват бурильной колонны, на которой спускалась секция обсадной колонны или хвостовик, затвердевшим цементным раствором;

- оголение башмака обсадной колонны или недоподьём цементного раствора, если требуются дополнительные работы по устранению нарушений.

1.2.1.6. Аварии с забойными двигателями. Это оставление на забое гидравлических двигателей, электробуров или их узлов.

1.2.1.7. Падение в скважину посторонних предметов, например, ключей, кувалд и других ручных инструментов, вкладышей ротора, роторных клиньев, сухарей челюстодержателей автоматического бурового ключа.

1.2.1.8. Прочие аварии включают:

- аварии при проведении геофизических исследований скважин, например, прихваты и оставление в скважине каротажного кабеля, приборов, грузов, шаблонов, торпед и других устройств,

- аварии 1 и 2 категорий. К 1 категории относят открытые нефтяные и газовые фонтаны, а к 2 - падение или поломки буровых вышек, морских крупноблочных оснований во время строительства скважин или передвижении буровых установок, падения механизмов талевой системы, взрывы и пожары на буровых установках и других обьектах, обслуживающих строительство скважин.

В соответствии с действующими федеральными нормативными актами, и правилами безопасности в нефтяной и газовой промышленности и инструкцией Государственного горного технического надзора (Госгортехнадзор) [1, 3] в случае аварии руководитель буровой организации обязан телеграфом или по телефону известить соответствующие организации.

При возникновении аварий 1 и 2 категорий, а также любых видов аварий, сопровождающихся человеческими жертвами, извещаются следующие организации:

- объединение,

- районная горнотехническая инспекция Госгортехнадзора,

- местная прокуратура,

- местные отдел Министерства внутренних дел.

В случае возникновения аварий без человеческих жертв извещается только объединение как вышестоящая ведомственная организация.

Порядок расследования и порядок учета аварий регламентируются инструкцией по классификации, расследованию и учету аварий [1].

Расследование обстоятельств возникновения аварии проводится постоянно действующей комиссией, назначаемой приказом руководителя буровой организации. Состав комиссии включает ведущих специалистов предприятия. Для расследования сложных аварий в комиссию могут быть включены в качестве экспертов представители региональных научно-исследовательских и проектных институтов, заводов-изготовителей бурового оборудования и инструментов и других организаций.

Список литературы:

1. Инструкция по классификации, расследованию и учету аварий при бурении скважин на нефть и газ. - М.: ВНИИОЭНГ, 1979. - 26 с.

2. Самотой А.К. Предупреждение и ликвидация прихватов труб при бурении скважин. - М.: Недра, 1979. - 188 с.

3. Пустовойтенко И.П. Предупреждение и ликвидация аварий в бурении. - М.: Недра, 1988. - 279 с.

АНАЛИЗ РЕШЕНИЙ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КАРЬЕРА НА ОСНОВЕ МОДЕЛИ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

© Уймин А.Г.*

Уральский радиотехнический колледж им. А.С. Попова, г. Екатеринбург

Ключевые слова: геомоделирование, моделирование месторождения и карьера, ГГИС.

На территории Уральского Федерального округа располагается большое количество малых и средних предприятий, занимающихся разработкой полезных ископаемых. Большая доля полезных ископаемых добывается открытым способом. Невозможно представить работу современного горнодобывающего предприятия без использования горно-геологических информационных систем (ГГИС), предназначенных для ввода, хранения, обработки и анализа пространственной и атрибутивной информации о месторождении и элементах карьера.

В настоящее время в мире насчитывается порядка 10 систем, претендующих на роль комплексного решения для горного предприятия. На рынке России и стран СНГ наибольшее распространение получили системы, представленные в табл. 1. Системы очень схожи друг с другом по функциональности. Основные различия сводятся к реализации интерфейса пользователя, программного интерфейса, эргономики. В каждой системе реализованы методики решения следующих задач:

- моделирование месторождений;

- геостатистика;

- трехмерное твердотельное моделирование;

- трехмерное моделирование поверхностей;

- проектирование открытых горных работ, в том числе, с использованием компьютерных технологий;

- оперативное планирование;

* Преподаватель.