Осложнения в процессе бурения скважин

1.6 Осложнения при бурении скважин в многолетнемерзлых породах

Согласно принятой терминологии мерзлыми породами называются такие породы, которые имеют нулевую или отрицательную температуру или в которых хотя бы часть воды замерзла.

Суммарная льдистость мерзлой породы Л^ в долях единицы (процентах) - отношение содержащегося в объеме породы льда к объему мерзлой породы определяется из выражения:

Л_с=Л_в+Л_ц,(7.1)

где Л_в -льдистость породы избыточная за счет ледяных включений, доли единиц (проценты); Л_ц - льдистость породы за счет порового льда (льда-цемента), доли единиц (проценты).

По льдистости мерзлые породы делятся на малольдистые (льда менее 10%), слабольдистые (льда менее 25%), льдистые (льда 25-40%) и сильнольдистые (льда более 40%).

Многолетнемерзлые (вечномерзлые) породы (ММП)-породы, находятся в мерзлом состоянии в продолжении многих лет (от трех и более).

В верхней части геологического разреза многих северных районов залегает толща многолетнемерзлых пород (ММП); мощность этой толщи иногда достигает 500 м и более. В состав ее могут входить как хорошо связанные, прочные породы (известняки, песчаники и т. п.), так и породы несвязанные (пески, галечники и т. п.), единственным цементирующим материалом для которых является лед.

При бурении в толще многолетнемерзлых пород возникают следующие осложнения:

интенсивное кавернообразование (К_об>1,5) в интервалах залегания ММП и низкотемпературных талых пород (НТП), осыпи и обвалы пород, приводящие к прихвату, слому бурильного инструмента;

размыв, провалы фундамента под буровой установкой в результате протаивания мерзлых пород, прилегающих к поверхности;

протаивание, размыв ММП и НТП за направлением, кондуктором, проникновение бурового раствора в затрубное пространство, в том числе соседних близкорасположенных скважин при бурении с поглощением бурового раствора с частичной или полной потерей его циркуляции в стволе, грифонообразование;

недопуск обсадных колонн до проектной глубины, недоподъем цемента за направлением, кондуктором, разгерметизация резьбовых соединений, смятие обсадных колонн, НКТ при обратном промерзании в случаях длительных простоях, консервации скважин;

примерзание спускаемых обсадных колонн к стенке скважины в интервале залегания ММП в зимний период;

выбросы бурового раствора, воды, газа из-за наличия зажатых межмерзлых вод и пропластков гидратов.

Бурение скважины в ММП должно осуществляться в строгом соответствии с «Регламентом технологии строительства скважин в условиях многолетнемерзлых пород с контролем качества в процессе бурения и крепления» (РД 39-009 90). Согласно этому регламенту скважина считается качественно построенной в интервале залегания ММП, если в результате применения выбранной конструкции и технологии бурения предотвращаются осложнения, перечисленные выше; обеспечивается К_об<1,3 в интервале криолитозоны и спуска кондуктора, а качество цементирования (40% длины колонны в интервале криолитозоны) отмечается как хорошее и удовлетворительное, причем ниже криолитозоны, над башмаком кондуктора, на высоту не менее чем 60 м - как хорошее.

Конструкция скважин в зоне залегания ММП должна обеспечивать надежную сохранность ее устья, предотвращать промыв буровым раствором затрубного пространства за направлением и кондуктором, а также образование воронок, провалов пород в приустьевой зоне скважины в процессе всего цикла строительства скважины, при ее испытании и дальнейшей эксплуатации.

Эксплуатационная колонна в интервалах залегания ММП должна состоять из труб, выдерживающих давления, которые возникают при обратном промерзании затрубных и межтрубных пространств. При использовании труб меньшей прочности должны осуществляться специальные мероприятия (управляемое замораживание затрубного пространства, периодические прогревы и другие), предотвращающее смятие колонн, нарушение резьбовых соединений при обратном промерзании.

Основной способ предотвращения осложнений при бурении в многолетнемерзлых породах сохранение отрицательной температуры стенок скважины. Для этой цели применяют различные буровые среды: охлажденный воздух, буровой раствор, устойчивая пена. При использовании буровых растворов на водной основе приходится также решать проблему предупреждения замерзания раствора при длительном прекращении промывки.

После разбуривания всей толщи многолетнемерзлых пород ствол скважины закрепляют обсадной колонной, башмак которой устанавливают на 100-150 м ниже глубины промерзания. При цементировании следует подбирать цементы с низкой температурой гидратации, низкой теплопроводностью и высокой скоростью выделения тепла при гидратации. В газовых и газоконденсатных скважинах кольцевое пространство между кондуктором и стенками ствола скважины рекомендуется герметизировать с помощью пакера, устанавливаемого в 10-20 м от башмака. Это позволяет предотвратить прорыв в заколонное пространство и образование грифонов вокруг устья скважины, что часто наблюдается при растеплении мерзлых пород.

Учитывая, что зона многолетнемерзлых пород обычно состоит из рыхлых и неустойчивых пород, большое значение имеет продолжительность бурения под кондуктор, которая не должна составлять (для условий Западной Сибири) не более одних-двух суток. За это время при применении качественного глинистого раствора с температурой не выше + 5"С осложнений, как правило, не бывает и спуск колонны происходит нормально. Если же продолжительность бурения, по каким-либо причинам увеличивается до 4-5 сут и более, то возникают обвалы и необходимость в многократных проработках.

Технология строительства и конструкция скважин должны отвечать требованиям охраны окружающей среды в зонах залегания ММП, в условиях Крайнего Севера.

Выводы

Наиболее распространенные виды осложнений - осложнения, вызывающие нарушения целостности стенок скважины, поглощения бурового раствора, нефте-, газо- или водопроявлсния.

К осложнениям, вызывающим нарушения целостности ствола скважины относятся: обвалы (осыпи), набухание, ползучесть, желообразование и растворение. Все эти виды осложнений можно предотвратить если своевременно принять необходимые меры. Главная из них - соответствие качества бурового раствора проходимым горным породам. Очень важно бурить скважину быстро, без длительных остановок, которые, как правило, приводят к осложнениям. Компоновка бурильной колонны должна быть такой, при которой искривление скважины в процессе бурения сводится к минимуму.

Целесообразно использовать в процессе бурения многократную кавернометрию для оценки устойчивости горных пород. Поглощения бурового раствора очень распространенный вид осложнений. Одной из главных мер по предупреждению возможного поглощения считается снижение в процессе бурения гидростатического и гидродинамического давлений на стенки скважины.

Прежде чем принимать меры по ликвидации зоны поглощения ее надо исследовать разными методами - гидродинамическими, геофизическими и с помощью отбора керна или шлама. В большинстве случаев поглощение бурового раствора удается ликвидировать заливкой поглощающего пласта специальными тампонажными смесями.

Для ликвидации высокоинтенсивных поглощений бурового раствора, приуроченных к большим трещинам и кавернам, используют перекрывающие устройства вплоть до спуска промежуточной обсадной колонны.

В процессе бурения необходимо принимать меры по предупреждению газовых, нефтяных и водяных проявлений. Необходимо следить чтобы гидростатическое давление столба жидкости в скважине было на 5-15% выше пластового, в зависимости от глубины скважины. Избыточное давление на пласт достигается применением утяжеленных глинистых растворов. Для предотвращения от всяких случайностей устье скважины герметизируется специальным противовыбросовым оборудованием. Оно состоит из превенторов, переходных фланцевых катушек, задвижек, колонных головок и другой специальной арматуры.

Так как газовые, нефтяные и водяные проявления чреваты очень серьезными последствиями, каждый член буровой вахты должен четко знать, что он должен делать в экстремальной ситуации. Четкие взаимодействия достигаются постоянными тренировками.

Во многих нефтегазовых районах в составе нефти и газа содержится сероводород (Н₂S). Сероводород - сильный яд, поэтому во избежание несчастных случаев необходимо строгое соблюдение правил техники безопасности. В условиях сероводородной агрессии происходит сильное коррозионное воздействие на стали и их сульфидное растрескивание. Это приводит к разрушению труб и оборудования, разрушается также цементный камень. Сероводород ухудшает свойства бурового раствора.

В процессе бурения необходимо нейтрализовать сероводород, попавший в буровой раствор, специальными химреагентами. Во избежание разрушения оборудования и труб от сероводородной агрессии изготавливают их из специальных сталей, стойких к наличию в среде Н₂S и СО₂.

Основной способ предотвращения осложнений при бурении в ММП - сохранение отрицательной температуры стенок скважины. Для этой цели используют различные технологические приемы, но во всех случаях они должны отвечать требованиям охраны окружающей среды в зонах залегания ММП, в условиях Крайнего Севера.

Размещено на Allbest.ru