Аварии с обсадными колоннами

Прихваты обсадных колонн, главным образом кондукторов и промежуточных колонн, происходят в основном на площадях, где разрез представлен неустойчивыми породами, бурение в которых вызывает сужение стенок скважин или обвалы пород.

Причинами прихвата обсадных колонн часто являются неудовлетворительная организация спуска колонн (несвоевременная промывка или отказ от предусмотренных планом промежуточных промывок, плохая проработка скважины перед спуском колонны, длительные остановки при спуске и т.д.) и технология бурения ствола скважины под обсадную колонну (бурение без УБТ и центраторов, несоблюдение оптимальных параметров режимов бурения в породах с чередующейся твердостью, использование кривых труб и бурового раствора плохого качества и т.д.).

Обсадные трубы разрушаются по телу в связи с образованием внутренних давлений при восстановлении циркуляции после окончания спуска колонны, закачивании в затрубное пространство последней порции цементного раствора, испытании обсадной колонны на герметичность и т.д.

Смятие обсадных колонн происходит как при спуске, так и в процессе бурения скважины. В зависимости от сложившихся обстоятельств трубы сминаются по-разному. Отдельные технологические упущения приводят к возникновению избыточных наружных давлений, которые вызывают смятие обсадных колонн. При действии на трубу избыточных давлений увеличивается и напряжение, которое достигает больших значений вначале в одной точке, а при дальнейшем росте давления зона повышенных напряжений начинает расширяться и труба сминается.

При спуске в скважину опасность смятия больше у тех обсадных колонн, которые имеют обратный клапан, так как не учитываются внешние добавочные усилия, возникающие из-за давления на некотором участке в колонне и за колонной, а также вследствие большой скорости погружения колонны.

При спуске колонны с обратным клапаном обычно стараются не допускать снижения уровня в колонне более чем на 200-250 м для труб диаметром 168 мм и более чем на 300-400 м для труб меньшего диаметра. В противном случае внешнее давление может достигнуть и даже превысить критическое, и колонна может смяться. Аварии такого вида особенно распространены при спуске колонн большого диаметра на большую глубину.

В практике встречаются следующие случаи обрыва обсадных труб по месту их соединения, которые происходят вследствие неправильного свинчивания резьбы труб из-за перекоса осей или неправильной установки трубы в муфте (перекос). При перекосе осей деформируются витки резьбы труб, резьбу «заедает» и трубы полностью не свинчиваются или свинчиваются под большим усилием, приводящим к сильному нагреву места их соединения. При спуске свинченных подобным образом труб места их соединения в колонне разрушаются. Неполное свинчивание резьбовых соединений обсадных труб наблюдается также из-за несоответствия размеров профиля резьбы и погрешности конусности, что приводит к разрушению резьбы.

При цементировании скважин могут иметь место поглощение тампонажного раствора и промывочной жидкости, резкое повышение давления в период вытеснения тампонажного раствора из обсадной колонны, газопроявления и перетоки через заколонное пространство, чаще всего в период схватывания и твердения тампонажного раствора, неполное заполнение заданного интервала заколонного пространства тампонажным раствором, оголение башмака колонны и другие осложнения.

Поглощения являются следствием возникновения чрезмерно высоких давлений на стенки скважины при цементировании.

Может быть несколько причин опасно высокого повышения давления:

а) неправильный выбор величины плотности тампонажного раствора без учета индексов давлений поглощения, гидродинамических давлений при движении в заколонном пространстве и высоты интервала цементирования;

б) неправильный выбор режима и способа цементирования, без учета тех же факторов; гидродинамическое давление, особенно при турбулентном режиме течения, увеличивается с ростом скорости; при неправильном выборе скорости движения суммарное давление в заколонном пространстве может превысить давление поглощения наиболее слабых пород;

в) обезвоживание тампонажного раствора в интервале, сложенном проницаемыми породами;

г) образование большого объема густой высокотиксотропной смеси тампонажного раствора и промывочной жидкости;

д) одностороннее продвижение тампонажного раствора по широкой части поперечного сечения заколонного пространства;

е) преждевременное загустевание и схватывание тампонажного раствора вследствие неправильного выбора состава его, нарушения заданной рецептуры при приготовлении, значительного увеличения срока цементирования по сравнению с расчетным, применительно к которому разработана рецептура, или сильного обезвоживания при контакте с проницаемыми породами.

Чтобы устранить опасность быстрого обезвоживания тампонажного раствора, необходимо, во-первых, не допускать ни малейшей остановки в движении его с момента выхода первой порции в заколонное пространство до завершения всего процесса цементирования; во-вторых, снижать водоотдачу раствора путем соответствующей обработки до уровня не более 10—15 см³ за 30 мин или кольматировать поровые каналы в стенках скважины, используя для этого специальную буферную жидкость.

Газопроявления и перетоки пластовых жидкостей через заколонное пространство являются следствием снижения противодавления на стенки скважины ниже пластовых давлений в проницаемых горизонтах; возникновения каналов в заколонном пространстве, обусловленного седиментационной неустойчивостью тампонажного раствора и суффозией его; оставления в цементируемом интервале невытесненной промывочной жидкости и фильтрационных глинистых корок; усадки загустевшей промывочной жидкости и тампонажного камня; растрескивания глинистой пленки при контракции цемента. Они могут возникнуть также вследствие образования зазора между тампонажным камнем и обсадной колонной, обусловленного уменьшением давления и температуры жидкости в последней.

Предотвратить газопроявления и перетоки в период собственно цементирования можно, если соблюдать правильное соотношение между плотностями и объемами жидкостей, закачиваемых в заколонное пространство, а при обратном цементировании — также регулировать противодавление на устье обсадной колонны так, чтобы давление на стенки скважины всегда было выше пластового.

Один из наиболее эффективных способов предотвращения осложнений при цементировании и в последующий период — применение разделительных пакеров на обсадной колонне, такие пакеры для предотвращения газопроявлений и перетоков должны устанавливаться выше кровли горизонта с повышенным коэффициентом аномальности, а также между горизонтами с относительным перепадом пластовых давлений, значительно отличающимся от единицы, а для предотвращения поглощения при ступенчатом цементировании — выше кровли поглощающего объекта, всегда на участке с номинальным диаметром ствола против устойчивых пород.

 

Методы освоения скважин

Освоение скважины — комплекс технологических операций по вызову притока и обеспечению ее продуктивности, соответствующей локальным возможностям пласта. После проводки скважины, вскрытия пласта и перфорации обсадной колонны, которую иногда называют вторичным вскрытием пласта, призабойная зона и особенно поверхность вскрытого пласта бывают загрязнены тонкой глинистой взвесью или глинистой коркой. Кроме того, воздействие на породу ударных волн широкого диапазона частот при перфорации вызывает иногда необратимые физико-химические процессы в пограничных слоях тонкодисперсной пористой среды, размеры пор которой соизмеримы с размерами этих пограничных слоев с аномальными свойствами. В результате образуется зона с пониженной проницаемостью или с полным ее отсутствием.

Цель освоения — восстановление естественной проницаемости коллектора на всем протяжении вплоть до обнаженной поверхности пласта перфорационных каналов и получения продукции скважины, соответствующей ее потенциальным возможностям. Все операции по вызову притока и освоению скважинысводятся к созданию на ее забое депрессии, т.е. давления ниже пластового. Причем в устойчивых коллекторах эта депрессия должна быть достаточно большой и достигаться быстро, в рыхлых коллекторах, наоборот, небольшой и плавной.

Различают методы освоения пластов с высоким начальные давлением, когда ожидаются фонтанные проявления, и с малым давлением (на разработанных площадях), когда угрозы открытого фонтанирования нет и предполагается механизированный способ эксплуатации.

Можно выделить шесть основных способов вызова притока:

- тартание,

- поршневание,

- замена скважинной жидкости на более легкую,

- компрессорный метод,

- прокачка газожидкостной смеси,

- откачка глубинными насосами.

Тартание —это извлечение из скважины жидкости желонкой, спускаемой на тонком (16 мм) канате с помощью лебедки. Желонка изготавливается из трубы длиной 8 м, имеющей в нижней части клапан со штоком, открывающимся при упоре на шток. В верхней части желонки предусматривается скоба для прикрепления каната. Диаметр желонки обычно не превышает 0,7 диаметра обсадной колонны. За один спуск желонка выносит жидкость объемом, не превышающим 0,06 м3. Тартание - малопроизводительный, трудоемкий способ с очень ограниченными возможностями применения, так как устьевая задвижка при фонтанных проявлениях не может быть закрыта до извлечения из скважины желонки и каната. Однако возможность извлечения осадка и глинистого раствора с забоя и контроля за положением уровня жидкости в скважине дают этому способу некоторые преимущества.

Поршневание. При поршневании (свабировании) поршень или сваб спускается на канате в НКТ. Поршень представляет собой трубу малого диаметра (25—37,5 мм) с клапаном, в нижней части открывающимся вверх. На наружной поверхности трубы (в стыках) укреплены эластичные резиновые манжеты (3—4 шт.), армированные проволочной сеткой; При спуске поршня под уровень жидкость перетекает через клапан в пространство над поршнем. При подъеме клапан закрывается, а манжеты, распираемые давлением столба жидкости над ними, прижимаются к стенкам НКТ и уплотняются. За один подъем поршень выносит столб жидкости, равный глубине его погружения под уровень жидкости. Глубина погружения ограничена прочностью тартального каната и обычно не превышает 75— 150 м. Поршневание в 10—15 раз производительнее тартания. Устье при поршневании также остается открытым, что связано с опасностями неожиданного выброса.

Замена скважинной жидкости. Замена осуществляется при спущенных в скважину НКТ и герметизированном устье, что предотвращает выбросы и фонтанные проявления. Выходящая из бурения скважина обычно заполнена глинистым раствором. Производя промывку скважины (прямую или обратную) водой или дегазированной нефтью, можно получить уменьшение забойного давления.

Таким способом осваиваются скважины с большим пластовым давлением и при наличии коллекторов, хорошо поддающихся освоению. Этим по существу и ограничиваются возможности метода. Замена жидкости в скважине проводится с помощью насосных агрегатов, а иногда и буровых насосов.

Компрессорный способ освоения. Этот способ нашел наиболее широкое распространение при освоении фонтанных, полуфонтанных и частично механизированных скважин. В скважину спускается колонна НКТ, а устье оборудуется фонтанной арматурой. К межтрубному пространству присоединяется нагнетательный трубопровод от передвижного компрессора.

При нагнетании газа жидкость в межтрубном пространстве оттесняется до башмака НКТ или до пускового отверстия в НКТ, сделанного заранее на соответствующей глубине. Газ попадая в НКТ, разгазирует жидкость в них. В результате давление на забое сильно снижается. Регулируя расход газа (воздуха), можно изменять плотность газожидкостной смеси в трубах, а следовательно, давление на забое рз. При рз<рпл начинается приток, и скважина переходит на фонтанный или газлифтный режим работы. После опробований и получения устойчивого притока скважина переводится на стационарный режим работы.

Освоение ведется с непрерывным контролем параметров процесса при герметизированном устье скважины. Поэтому этот способ наиболее безопасен и позволяет быстро получить значительные депрессии на пласт, что особенно важно для эффективной очистки призабойной зоны скважины. Однако применение компрессорного способа освоения ограничено в скважинах, пробуренных в рыхлых и неустойчивых коллекторах.

Освоение скважин закачкой газированной жидкости. Освоение скважин путем закачки газированной жидкости заключается в том, что вместо чистого газа или воздуха в межтрубное пространство закачивается смесь газа с жидкостью (обычно вода или нефть). Плотность такой газожидкостной смеси зависит от соотношения расходов закачиваемых газа и жидкости. Это позволяет регулировать параметры процесса освоения. Поскольку плотность газожидкостной смеси больше плотности чистого газа, то это позволяет осваивать более глубокие скважины компрессорами, создающими меньшее давление.

Для такого освоения к скважине подвозится передвижной компрессор, насосный агрегат, создающий по меньшей мере такое же давление, как и компрессор, емкости для жидкости и смеситель для диспергирования газа в нагнетаемой жидкости. При нагнетании газожидкостная смесь движется сверху вниз при непрерывно изменяющихся давлении и температуре. Скорость движения жидкости вниз должна быть больше скорости всплытия пузырьков газа. Иначе газ не достигнет башмака НКТ и давление на забое не снизится.

Освоение скважинными насосами. На истощенных месторождениях с низким пластовым давлением, когда не ожидаются фонтанные проявления, скважины могут быть освоены откачкой из них жидкости скважинными насосами (ШСН или ПЦЭН), спускаемыми на проектную глубину в соответствии с предполагаемыми дебитом и динамическим уровнем. При откачке из скважины жидкости насосами забойное давление уменьшается, пока не достигнет величины рс<рпл, при которой устанавливается приток из пласта. Такой метод эффективен в тех случаях, когда по опыту известно, что скважина не нуждается в глубокой и длительной депрессии для очистки призабойной зоны от раствора и разрушения глинистой корки.

Перед спуском насоса скважина промывается до забоя водой или лучше нефтью.