Осложнения при бурении

  обеспечить  качественное крепление скважины промежуточными и эксплуатационной колоннами с обязательным подъемом цемента до башмака предыдущих колонн.

  Возникновение грифонов и межколонных проявлений вызывает тяжелые последствия, а в ряде случаев даже гибель скважин. На ликвидацию грифонов затрачивается много времени и средств. Вместе с тем, при соблюдении всех необходимых требований в процессе бурения и опробования скважин можно избежать этих осложнений.

  Для борьбы с действующими грифонами, образовавшимися  при проводке скважин, следует осуществлять форсированный отбор жидкости и  газа из соседних скважин, приостановив при этом законтурное заводнение (если оно проводится). В случае когда в результате действия грифона доступ к устью бурящейся скважины закрыт, для ликвидации фонтана (грифонов) бурят наклонно-направленные скважины. 

1.5. Особенности проводки скважин в условиях сероводородной агрессии.

  Во  многих нефтегазовых районах (Прикаспийская  впадина, Волго-Уральский регион, Днепрово-Донецкая впадина, Тимано- Печорский регион и др.) в составе нефти и газа содержится сероводород (H₂S). Скопления газов, нефтей и вод, содержащих большое количество сероводорода, часто приурочены к залежам с аномально высоким пластовым давлением (АВПД), что в значительной мере усложняет процесс бурения. В этих условиях для избежания серьезных осложнений недостаточно реализовать мероприятия, указанные в подразд. 1.4.

  Сероводород — сильный яд, поражающий нервную  систему. Попадая в легкие, сероводород  растворяется в крови и соединяется с гемоглобином. При концентрации сероводорода 1 мг/л и более возможна мгновенная смерть от паралича дыхательного центра. При отравлении быстро возникающие судороги и потеря сознания приводят к смертельному исходу из-за остановки дыхания.

  Явный запах сероводорода ощущается уже  при концентрации 0,0014... 0,0024 мг/л, значительный запах — при концентрации 0,004 мг/л, а при концентрации 0,007...0,010 мг/л запах трудно переносится  даже теми, кто привык к нему. При  более высокой концентрации сероводорода запах менее сильный, поэтому  можно отравиться, не заметив опасного увеличения концентрации сероводорода. Предельно допустимая концентрация сероводорода в воздухе — 0,01 мг/л, а в смеси с углеводородами — 0,003 мг/л.

  Сероводород легко воспламеняется, а в смеси  с воздухом взрывается. Температура его самовоспламенения 290 °С. Нижний и верхний пределы взрывоопасной концентрации сероводорода в воздухе составляют соответственно 4,0 и 45,5% (по объему).

  Сероводород тяжелее воздуха, относительная  плотность его 1,17. Способность сероводорода образовывать скопления приводит к  его взрывоопасной концентрации. Вследствие этого при проявлениях  сероводорода возможны взрывы и пожары, которые могут распространяться на огромной территории и стать причиной многочисленных жертв и больших убытков.

Исходя  из этого, при бурении скважин, которые  могут вскрыть пласты с H₂S, предъявляются очень жесткие требования к технике безопасности. Этим обусловливаются мероприятия по выбору и размещению оборудования, обучение и тренировка буровой бригады. В условиях сероводородной агрессии имеет место ряд специфических осложнений: сильное коррозионное воздействие сероводорода на стали и их сульфидное растрескивание, в результате чего разрушаются бурильные, обсадные и насосно-компрессорные трубы, устьевое буровое и нефтепромысловое оборудование, цементный камень; резкое ухудшение свойств буровых растворов — загустевание, рост показателя фильтрации, интенсивное образование высокопроницаемой фильтрационной корки и др. Особенно сложно бороться с этими осложнениями при бурении глубоких скважин (более 4000 м) на месторождениях нефти и газа с содержанием сероводорода до 25... 30%, углекислого газа до 25% и наличием зон АВПД. К таким месторождениям, прежде всего, следует отнести очень крупное Тенгизское нефтяное месторождение, расположенное в Прикаспийской впадине.

  Согласно  правилам техники безопасности в  нефтегазодобывающей промышленности при вскрытии пластов, содержащих сероводород, должны быть организованы постоянные наблюдения за концентрацией сероводорода, выделяющегося из бурового раствора, для принятия мер по предупреждению отравления людей.

  Наиболее  простым способом контроля за содержанием сероводорода в воздухе или газе является определение его с помощью индикаторной бумаги. Индикаторную бумагу, выдержанную в исследуемой среде в течение 30 с, сопоставляют по цвету с эталонными образцами и определяют концентрацию сероводорода. При отсутствии эталонных образцов содержание сероводорода оценивают не количественно, а только качественно. Для количественного его определения используют колориметрический метод, основанный на принципе прямого отсчета концентрации сероводорода по длине индикаторной трубки газоанализатора после прокачивания через нее исследуемого воздуха. В нефтяной промышленности с этой целью используют газоанализаторы типов УГ-2 и ГХ-4.

  В настоящее время разработана  автоматизированная система сбора  и обработки геологической, геофизической  и технологической информации в процессе бурения (АССБ-1). Лабораторная станция предназначена для определения показателей физических свойств бурового шлама и раствора, а также содержания в них газа.

  Одним из видов разрушения бурильного инструмента  и бурового оборудования является коррозионное растрескивание, которое значительно более опасно, чем общая коррозия. Коррозионное растрескивание происходит, как правило, внезапно при относительно неповрежденных стальных металлических частях оборудования. Вследствие этого, очень сложно заранее предугадать возможность и место разрушения такого вида и принять соответствующие меры по его предотвращению.

  Часто встречающимся видом коррозионного  растрескивания нефтепромыслового  оборудования является сероводородное растрескивание, происходящее под действием сероводорода в присутствии воды. Механизм разрушения этого вида связан с проникновением в сталь водорода, образующегося при электрохимической сероводородной коррозии.

  Зарубежная  и отечественная практика бурения  скважин в условиях сероводородной агрессии показала, что наиболее целесообразно использовать бурильные, обсадные и насосно-компрессорные трубы, устьевое буровое и нефтепромысловое оборудование, изготовленные из специальных сталей, стойких к наличию в среде H₂S и С0₂.

  Для цементирования скважин в условиях сероводородной агрессии используют стойкие к H₂S тампонажные материалы или химически ингибированные тампонажные цементы. При этом в тампонажную смесь включают компоненты, способные к взаимодействию с присутствующим сероводородом. Образующиеся в результате упомянутого взаимодействия продукты должны представлять собой нерастворимые соединения, способные препятствовать проникновению агрессивного агента в цементный камень.

  Главное, что надо всегда иметь в виду при  проводке скважин в условиях сероводородной агрессии, это то, что все работы по строительству скважин в этих условиях должны быть подчинены следующим  основным задачам: охране труда, технике  безопасности и охране окружающей среды.

1.6. Осложнения при бурении скважин в многолетнемерзлых породах.

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

  Суммарная льдистость мерзлой породы Л_с — отношение содержащегося в объеме породы льда к объему мерзлой породы — определяется из следующего выражения, %:

Л_с = Л_в + Л_ц,

где Л_в — льдистость породы, избыточная за счет ледяных включений, %; Л_ц — льдистость породы за счет порового льда (льда-цемента), %.

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

  Многолетнемерзлые (вечномерзлые) породы (ММП) — это  породы, находящиеся в мерзлом  состоянии в течение многих лет (от трех и более).

  В верхней части геологического разреза  многих северных районов (Коми, Западная Сибирь, Аляска, Канада и др.) залегает толща многолетнемерзлых пород; 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 лёд.

  При бурении в толще многолетнемерзлых пород возникают следующие осложнения:

  интенсивное кавернообразование (К_к > 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, неподъем цемента за направлением, кондуктором, разгерметизация резьбовых соединений, смятие обсадных колонн, насосно-компрессорных труб в случае обратного промерзания при 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 между мерзлых 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 Миннефтегазпрома). 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_к< 1,3 в интервале криолитовой зоны и спуска кондуктора; качество цементирования 40 % длины колонны в интервале криолитовой зоны отмечается как хорошее и удовлетворительное, причем ниже криолитовой зоны, 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 в процессе всего цикла строительства скважины, а также 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 др.), предотвращающие смятие колонн и нарушение резьбовых соединений при обратном промерзании.

  Основным  способом предотвращения осложнений при  бурении в многолетнемерзлых породах является сохранение отрицательной температуры стенок скважины. Для этой цели применяют различные буровые среды: от охлажденного воздуха и буровых растворов до устойчивой пены. 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 скважин, что часто наблюдается при растеплении мерзлых пород.

  Учитывая, что зона ММП, как правило, состоит из рыхлых и неустойчивых пород, большое значение имеет продолжительность бурения под кондуктор, которая должна составлять (для условий Западной Сибири) не более 1 ...2 сут. 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.