Институт геологии и нефтегазодобычи

Институт геологии и нефтегазодобычи

Кафедра «Бурение нефтяных и газовых скважин»

 

ОСЛОЖНЕНИЯ И АВАРИИ В БУРЕНИИ

 

Методические указания

к выполнению практических занятий и лабораторных работ

по дисциплине «Осложнения и аварии в бурении» для студентов направления 130500.65 «Нефтегазовое дело» специальности 130504.65 «Бурение нефтяных и газовых скважин», и бакалавров направления 131000.62 по профилю «Бурение нефтяных и газовых скважин» всех форм обучения

 

 

Составители: Яковлев И.Г., Семененко Т.М.

 

Тюмень

ТюмГНГУ

Методические указания к выполнению практических занятий и лабораторных работ по дисциплине «Осложнения и аварии в бурении» для студентов направления 130500.65 «Нефтегазовое дело» специальности 130504.65 «Бурение нефтяных и газовых скважин», и бакалавров направления 131000.62 по профилю «Бурение нефтяных и газовых скважин» всех форм обучения /сост. Яковлев И.Г., Семененко Т.М. 1 часть. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2013.- 32 с.

 

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию на заседании кафедры «Бурение нефтяных и газовых скважин»

«__ 19 _» _ января _ 2013 года, протокол № __ 1 _.

 

Аннотация

Методические указания к выполнению практических занятий и лабораторных работ по дисциплине «Осложнения и аварии в бурении» для студентов направления 130500.65 «Нефтегазовое дело» специальности 130504.65 «Бурение нефтяных и газовых скважин», и бакалавров направления 131000.62 по профилю «Бурение нефтяных и газовых скважин» всех форм обучения.

Данная дисциплина изучается в одном семестре.

Приведено содержание основных тем дисциплины, указаны перечень лабораторных работ и темы практических занятий. Приведены примеры расчетов, даны контрольные задания. Методические указания состоят из 5 разделов, в каждом разделе выполняется лабораторные работы, где выполняются необходимые исследования и выполняются расчёты, начиная со второго раздела выполняются и практические работы связанные с изучением устройства и принципа работы инструмента для ликвидации аварий и формированием практических навыков их использования при ликвидации аварии. Данное методическое указание переработанное, обновленное в соответствие с требованиями государственных нормативных актов, обновлён перечень производимого ловильного инструмента, рассмотрены передовые технологии ликвидации аварий, методы их определения и профилактики.

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Значительную долю инвестиционных и капитальных затрат нефтегазовых компаний при разработке и обустройстве месторождений, а также при проведении геологоразведочных работ приходится на бурение скважин. С каждым годом всё больше бурится скважин на глубокие горизонты со сложными по конструкции обсадными колоннами. Технологии бурения усложняются, риски и вероятности аварий, несмотря на постоянное совершенствование техники и технологии бурения всё равно остаются высокими. Бурение поисковых, разведочных и эксплуатационных скважин без осложнений и аварий возможно, только при соблюдении требований современных технологий бурения в сложных горно-геологических условиях. Особое место в этих вопросах занимают методы прогнозирования осложнений, поскольку целесообразнее предупредить возможные поглощения, флюидопроявления и др. виды осложнений, чем их ликвидировать. Технологические мероприятия, проводимые по предупреждению возникновения осложнений, и принятие правильных технологических решений при их ликвидации в первую очередь зависят от уровня квалификации специалистов, занимающихся технологией бурения.

Анализ показывает, что осложнения в процессе бурении нередко способствуют возникновению аварий, поэтому предупреждение и ликвидация осложнений весьма актуально. Работа по предупреждению осложнений и аварий начинается со сбора, анализа и систематизации информации по опыту строительства скважин, анализа свежей геологической информации, при проектировании необходимо вести авторский надзор и использовать результаты.

Работа 1 посвящена важной теме "Определение зон совместимых условий бурения", которая является определяющим звеном в проектировании буровой скважины. Работы 2.1 и 2.2 закрепляют знания студентов, изучающих такое осложнение, как поглощение буровых растворов. Студенты получает возможность изучить метод оценки размеров каналов поглощения, что является одним из основных факторов, с помощью которых определяется метод ликвидации поглощения, на основе полученных данных по размеру каналов поглощения выбираются инертные наполнители (работа 2.2).

Темы работ 3.1, 3.2 относятся к разделу "Аварии с элементами бурильной колонны". Студенты учатся определять глубину обрыва бурильной колонны с помощью показаний индикатора веса, изучают ловильный и вспомогательный инструмент для ликвидации аварий. Прихваты бурильных и обсадных колонн являются наиболее распространенным видом аварий. Предупреждению и ликвидации прихватов посвящены работы раздела 4. При первых признаках прихватов бурильных колонн приступают к расхаживанию колонны и отбивке прихвата ротором. Определение допустимых усилий при расхаживании и допустимого угла (числа оборотов) при закручивании неприхваченной части колонны посвящены соответственно работы 4.1 и 4.2.

В работе 4.3. студенты овладевают умением определять верхнюю границу прихвата бурильной колонны по упругому удлинению ее свободной части, что важно для расчетов установки жидкостных ванн. Выбору вида жидкостной ванны и ее расчету посвящена работа 4.4. Студенты изучают также ударные механизмы, применяемые для ликвидации прихватов из-за заклинивания колонны (работа 4.5).

В практике работ находит применение ликвидация прихватов колонн "встряхиванием".

Изучение этого метода проводится с определением числа рядов (ниток) детонирующего шнура (работа 4.6). Студенты изучают также расчет числа рядов торпеды из детонирующего шнура, необходимых для ослабления резьбовых соединений при развинчивании бурильной колонны (работа 4.7). Как правило, если ни один из известных методов ликвидации прихвата колонны не приносит успеха, приступают к обрыву колонны над местом прихвата с помощью торпеды. Выбор заряда помогает сделать студенту работа 4.8.

На предотвращение возникновения открытых фонтанов направлены расчеты в работах 5.1 и 5.2. Снижение уровня бурового раствора в стволе скважины приводит к уменьшению давления столба раствора на пласт. Нередко это вызывает нефтегазопроявления. Недолив бурового раствора является одной из главных причин открытых фонтанов. Целью работы 5.1 является научить студента определению максимально возможной длины бурильной колонны, поднятой без долива бурового раствора.

Работа 5.2 посвящена оценке вида нефтегазопроявления и определению исходных данных для расчета глушения скважины.

В работе 5.3 изучается оборудование для предупреждения и ликвидации открытых нефтяных и газовых фонтанов.

 

АВАРИИ С БУРИЛЬНОЙ КОЛОННОЙ

 

Гидравлическому индикатору веса (ГИВ), ИВЭ

 

Оперативное определение глубины поломки бурильных труб с помощью показаний по ГИВ производится по формуле

(1)

где l, Q -длина и вес оборванной части бурильной колонны, м; q - масса одного метра бурильных труб, кг; r_м, r_б.р - плотность металла труб и бурового раствора, кг/м³; плотность стали равна 7850 кг/м³, алюминиевого сплава Д16-Т - 2780 кг/м³.

Для определения веса оборванной части бурильной колонны Q фиксируют вес колонны по ГИВ во время бурения и после обрыва определяются соответствующие им усилия на одном конце талевого каната (табл. 10), рассчитывается цена 1-го деления ГИВ n и определяется уменьшение веса бурильной колонны Q при числе рабочих струн m.

(2)

где b - уменьшение веса бурильной колонны в делениях ГИВ.

Таблица 10 - Паспортные данные трансформатора давления

Показатели прибора	Усилие на один конец талевого каната, кН
	5,0
	15,4
	26,3
	39,0
	50,5
	65,4
	81,7
	99,1
	117,4
	136,8

 

Пример. Определить глубину обрыва бурильной колонны труб. Условия бурения: глубина скважины 2800 м; диаметр бурильных труб с толщиной стенки 11 мм - 140 мм. В момент бурения вес бурильной колонны по ГИВ составлял 80 делений; при поломке показания ГИВ составили 72 деления; плотность бурового раствора 1300 кг/м³. Оснастка талевой системы 4´5.

Решение. При обрыве колонны ее вес уменьшился на 80-72 = 8 делений. Согласно паспортным данным 80-ти делениям ГИВ соответствует усилие натяжения каната 99,1 кН, а 70 делениям - 81,7 кН. Таким образом, цена одного деления индикатора веса в этом интервале равна

.

Уменьшение веса бурильной колонны Q, соответствующее 8-и делениям, при числе рабочих струн 8 (при оснастке 4´5) равно: .

Рассчитаем, какой длине бурильной колонны соответствует вес 111,36 кН.

где q = 39,5 кг - масса 1 метра 140 мм бурильных труб; Р_б.р, Р_м, - соответственно плотность бурового раствора и стали бурильных труб. И так, обрыв бурильных труб произошел на глубине 2800 - 338=2462 м.

Контрольное задание. Определить глубину поломки бурильной колонны. Условия, при которых произошла авария, приведены в табл. 11.

 

Таблица 11 – Исходные данные для определения глубины обрыва бурильного инструмента по вариантам

Условия обрыва

Единица измерения

Номер варианта, последняя цифра студенческого билета

Глубина скважины

м

Плотность бурового раствора

кг/ м3

Бурильная колонна

м

ПК 114´9 (23,3 кг)

м

-

-

-

-

-

-

ТБНК 114´10 (25,7 кг)

м

-

-

-

-

-

-

ПК 127´9 (26.2 кг)

м

-

-

-

-

-

-

-

-

ТБНК 140´10 (34,2)

м

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

ЛБТ 114х10 (11,2 кг)

м

-

-

-

-

-

-

ЛБТ 129´11 (14,0 кг)

м

-

-

-

-

-

ЛБТ147´11 (22,5 кг)

м

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Оснастка талевой системы

5´6

4´5

4´5

4´5

4´5

4´5

4´5

5´6

4´5

4´5

Вес бурильной колонны при бурении по показаниям индикатора веса

Деления ГИВ

Вес бурильной колонны после обрыва по показаниям индикатора веса

Деления ГИВ

Институт геологии и нефтегазодобычи

Кафедра «Бурение нефтяных и газовых скважин»