Технологическая безопасность при строительстве скважин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Самарский государственный технический университет

Курсовая работа

Технологическая безопасность при строительстве скважин

Ветлов Д.С.

Самара 2019 г.



Оглавление

Введение

1.Технологический раздел

1.1 Сведения о возможных авариях и зонах осложнений по геологическому разрезу скважины

1.2 Анализ и оценка технологического риска

2. Специальный вопрос

2.1 Нарушение геометрии стенок скважины

2.2 Мероприятия по нарушению геометрии стенок скважины

Заключение

Список литературы

Приложение



Введение

Под осложнениями в бурении следует понимать всевозможные нарушение нормального технологического процесса, кроме поломок инструмента и оборудования, вызывающие дополнительные затраты времени, материально-технических ресурсов и рабочей силы. Осложнения неразрывно связаны с процессом бурения скважины, и возникают как по геологическим причинам, так и в связи с человеческим фактором.

Одним из наиболее опасных и материально затратных в устранении является прихват бурильной колонны. Несмотря на множество методов предотвращения прихватов, всего разнообразия буровых растворов и технологий безаварийного бурения скважин, прихваты все равно происходят, и наносят материальный ущерб буровым компаниям, в частности за счёт простоя, так и за счёт привлечения дополнительного оборудования для его ликвидации.

В данном курсовом проекте я постараюсь осветить проблематику данного осложнения, основные причины и последствия, обозначу меры по предупреждению и ликвидации прихватов на примере скважины № 390 Ванкорского месторождения.



1. Технологический раздел

1.1 Сведения о возможных авариях и зонах осложнений по геологическому разрезу скважины

В рамках курсовой работы, рассматривается строительство эксплуатационной скважины №390 куста №15 Ванкорского месторождения.

Скважина имеет следующие проектные данные:

Назначение скважины: Нагнетательная;

Проектный горизонт: Яковлевская свита;

Проектная глубина 2405м;

Профиль скважины: Наклонно-направленная.

Название колонны	Диаметр долота, мм	Диаметр ОК, мм	Глубина спуска, м
Кондуктор	393,7	324	150
Тех.колонна	295,3	245	620
Экспл.колонна	215,9	178	2405

Сведения о геологических осложнениях и авариях

Интервал залегания, м	Тип осложнения
0-600	Возможно кавернообразование, интесивные осыпи и обвалы стенок скважины, прихваты инструмента, наличие в разрезе ММП
600-1050	Возможно частичное поглощение бурового раствора, слабые осыпи и обвалы стенок скважин.
1050-2360	Возможное частичное поглощение бурового раствора, прихваты бурового инструмента, НГВП, разжижение бурового раствора, каверноеобразование, сужение ствола скважины.

1.2 Анализ и оценка технологического риска

Для минимизации материальных, финансовых и временных ресурсов на этапе строительства скважины, необходимо проводить анализ и оценку технологического риска с указанием зон риска по разрезу скважины и степени риска. Для каждой отдельно бурящейся секции скважины, произведем анализ возможных рисков и их оценку.

бурение скважина прихват колонна

Интервал №1 -Кондуктор 0-150 м

Возможные риски	Причины возможных осложнений	Степень риска
Высокая кавернозность ствола скважины.	Растепление ММП в виду, в виду разницы температур пласта и промывочной жидкости, эрозионного размыва поток очистного агента	Высокий
Интенсивные осыпи и обвалы	Неустойчивые четвертичные отложения, наличие глинистых отложений раннего катагенеза.	Высокий
Прихваты инструмента	Нарушение правил ведения буровых работ в зонах обвалов и осыпей, неправильно подобранные реологические свойства бурового раствора, неправильные режим бурения	Высокий

Интервал №2 -Техническая колонна 150-620 м

Возможные риски	Причины возможных осложнений	Степень риска
Частичные поглощения бурового раствора	Согласно ГТН, пластовое давление равно гидростатическому.	Низкий
Слабые осыпи и обвалы стенок скважины	Неустойчивые четвертичные отложения, наличие глинистых отложений раннего катагенеза.	Низкий

Интервал №3 - Эксплуатационная колонна 620-2405 м

Возможные риски	Причины возможных осложнений	Степень риска
Разжижение бурового раствора, каверноеобразование, сужение ствола скважины	Не соблюдение режимов бурения, проработки и промывки. Отклонение от программы по промывке скважины. Не качественная подготовка ствола скважины к ГИС, спуску обсадных колонн.	Средний
Прихваты бурового инструмента	Отклонения от программы на бурение скважины, не соблюдения регламента по «безаварийному бурению и предупреждению осложнений и аварий». Низкая профессиональная квалификация буровой бригады и ИТР сервисных компаний.	Высокий
Частичные поглощения бурового раствора	Наличие транзитных пластов, с пластовым давлением близким к гидростатическому	Низкий



2. Специальный вопрос

2.1 Нарушение геометрии стенок скважины

Осложнением называют нарушение нормального состояния скважины, сопровождающееся затруднением или полной остановкой бурения. В большинстве случаев при осложнениях бурение продолжается, но с более низкой скоростью. Иногда для возобновления бурения требуется проведение специальных работ в скважине (чистка, разбуривание, тампонирование, крепление и др.).

Осложнениями, вызванными нарушением целостности ствола скважины, являются: обвалы горных пород, набухание, ползучесть и растворение пород под действием горного давления. В результате обвалов могут резко повыситься давление на выкиде буровых насосов, вынос кусков породы на устье скважины, недохождение бурильной колонны до забоя, а обсадной колонны до проектной отметки спуска. В результате наступления предельного состояния породоприствольной зоны (осыпи, обвалы, обрушения, кавернообразования, желобообразования).

Причины:

1) геологические факторы (литологический состав пород, механические факторы твердость/образивность, угол залегания пластов)

2) технико-технологические:

1.тип и параметры бурового раствора (с увеличением плотности увеличивается устойчивость)

2.скорость потока бурового раствора в кольцевом пространстве в затрубъе - чем выше скорость потока, тем выше эрозия в стенах, тем выше кавернообразование.

3.механическое воздействие буровой колонны на стенках скважины при СПО и вращении.

4.Время нахождения неустойчивости пород в необсаженном состоянии.Признаки:

1) увеличение содержания бурового шлама на поверхности

2) затяжки/посадки бурового инструмента

3) резкое повышение/скачки давления на буровом насосе.

Осложнения, вызывающие нарушение целостности стенок скважины

Произведенные за последнее время исследования, а также накопленный опыт бурения позволяют выделить основные виды нарушений целостности стенок скважины.

Обвалы, (осыпи) происходят при прохождении уплотненных глин, аргиллитов или глинистых сланцев. В результате увлажнения буровым раствором или ее фильтратом снижается предел прочности уплотненной глины, аргиллита или глинистого сланца, что ведет к их обрушению (осыпям). Обвалам (осыпям) может способствовать набухание. Проникновение свободной воды, которая содержится в больших количествах в растворах, в пласты, сложенные уплотненными глинами, аргиллитами или глинистыми сланцами, приводит к их набуханию, выпучиванию в ствол скважины и в конечном счете к обрушению (осыпанию). Небольшие осыпи могут происходить из-за механического воздействия бурильного инструмента на стенки скважины. Обвалы (осыпи) могут произойти также в результате действия тектонических сил, обусловливающих сжатие пород. Горное давление при этом значительно превышает давление со стороны столба бурового раствора. Характерные признаки обвалов (осыпей) - резкое повышение давления на выкиде буровых насосов, обильный вынос кусков породы, интенсивное кавернообразование и недохождение бурильной колонны до забоя без промывки и проработки, затяжки и прихват бурильной колонны; иногда - выделение газа. Интенсивное кавернообразование существенно затрудняет вынос выбуренной породы на дневную поверхность, так как уменьшается скорость восходящего потока и его подъемная сила, возрастает аварийность с бурильными трубами, особенно при роторном бурении. Из-за опасности поломки бурильных труб приходится уменьшать нагрузку на долото, а это ведет к снижению механики скорости прохода.

2.2 Мероприятия по предупреждению нарушении геометрии стенок

1.Правильный выбор типа бурового раствора. Регулировка параметров бурового раствора. Ввод смазочных добавок в раствор Ввод полимеров CaCl, KCl в раствор итд.

2.Основными мерами предупреждения и ликвидации обвалов (осыпей) являются:

1) бурение в зоне возможных обвалов (осыпей) с промывкой буровым раствором, имеющим минимальный показатель фильтрации и максимально возможно высокую плотность;

2) правильная организация работ, обеспечивающая высокие механические скорости проходки;

3) выполнение следующих рекомендаций:

а) бурить скважины по возможности меньшего диаметра;

б) бурить от башмака (нижней части) предыдущей колонны до башмака последующей колонны долотами одного размера;

в) поддерживать скорость восходящего потока в затрубном пространстве не менее1,5м/с;

г) подавать бурильную колонну на забой плавно;

д) избегать значительных колебаний плотности бурового раствора;

е) перед подъемом бурильной колонны утяжелять раствор, доводя его плотность до необходимой, если в процессе бурения произошло ее снижение;

ж) не допускать длительного пребывания бурильной колонны без движения.

3. Основными мерами предупреждения и ликвидации набухания

Набухание происходит при прохождении глин, уплотненных глин, в отдельных случаях аргиллитов (при значительном содержании минералов типа монтмориллонита). В результате действия бурового раствора и его фильтрата глина, уплотненная глина и аргиллиты набухают, сужая ствол скважины. Это приводит к затяжкам, посадкам, недохождениям до забоя и часто к прихватам бурильного инструмента.

Основными мерами предупреждения и ликвидации набухания являются:

1) бурение в зоне возможных сужений с промывкой утяжеленными буровыми растворами, в фильтрате которых содержатся химические вещества, способствующие увеличению предельного напряжения сдвига, а также степени и давления набухания;

2) правильная организация работ, обеспечивающая высокие механические скорости проходки;

3) после приготовления глинистого раствора, отвечающего требованиям, указанным в п. 1, следует заполнить им скважину и выждать некоторое время, необходимое для протекания физико-химических процессов. Это нужно делать потому, что процесс бурения связан с резкими колебаниями давления при спускоподъемных операциях;

4) выполнение рекомендаций б), в), г), д), е) и ж), перечисленных выше, как мер предупреждения и ликвидации обвалов (осыпей).

4. Основными мерами предупреждения и ликвидации ползучести являются:

Ползучесть происходит при прохождении высокопластичных пород (глин, глинистых сланцев, песчанистых глин, аргиллитов, ангидрита или соляных пород), склонных под действием возникающих напряжений деформироваться со временем, т. е. ползти и выпучиваться в ствол скважины. В результате недостаточного противодействия на пласт глина, песчаные глины, ангидриты, глинистые сланцы или соляные породы ползут, заполняя ствол скважины. При этом кровля и подошва пласта (горизонта) глины, глинистых сланцев или соляных пород сложены устойчивыми породами, не склонными к ползучести. Осложнение может происходить и вследствие того, что кровля и подошва пласта (горизонта) глины или аргиллита ползет, выдавливая последние в скважину. При этом кровля и подошва пласта (горизонта) глины, глинистых сланцев или аргиллита сложены породами (например соляными), склонными к ползучести. Явление ползучести особенно проявляется с ростом глубины бурения и увеличения температуры пород. Характерные признаки ползучести - затяжки, посадки бурильной колонны, недохождение бурильной колонны до забоя; иногда прихват и смятие бурильной или обсадной колонны.

Основными мерами предупреждения и ликвидации ползучести являются:

1) разбуривание отложений, представленных породами, склонными к ползучести, с промывкой утяжеленными глинистыми растворами;

2) правильная организация работ, обеспечивающая высокие механические скорости проходки;

3) использование при бурении вертикальных скважин такой компоновки бурильной, колонны, при которой искривление скважин сводится к нулю;

4) подъем при цементировании обсадных колонн цементного раствора в затрубном пространстве на 50-100 м и выше отложений, которые представлены породами, склонными к ползучести (вытеканию);

5) при креплении скважины обсадной колонной в интервале пород, склонных к ползучести, установка трубы с повышенной толщиной стенки для предотвращения смятия обсадной колонны.

5. Основными мерами предупреждения и ликвидации желобообразования являются:

Желобообразование может происходить при прохождении любых пород, кроме очень крепких. Основные причины желобообразования - большие углы перегиба ствола скважины, большой вес единицы длины бурильной колонны, большая площадь контакта бурильных труб с горной породой. Особенно часто желоба вырабатываются при проводке искривленных и наклонно-направленных скважин. Характерные признаки образования в скважине желоба-проработки, посадки, затяжки, прихваты, а также заклинивание бурильных и обсадных труб. Опыт бурения показал, что желобообразование происходит не сразу, а постепенно с ростом числа рейсов бурильного инструмента. В условиях желобообразования опасность заклинивания возрастает, если диаметр бурильных труб превышает ширину желоба в 1,14-1,2 раза.

Основными мерами предупреждения и ликвидации желобообразования являются:

1) использование при бурении вертикальных скважин такой компоновки бурильной колонны, при которой искривление скважин сводится к минимуму. Недопущение различных азимутальных изменений;

2) стремление к максимальной проходке на долото;

3) использование предохранительных резиновых колец;

4) при прохождении уплотненных глин, аргиллитов, глинистых сланцев в целях предупреждения желобообразования, которое может предшествовать обвалам (осыпям), соблюдение всех рекомендаций, перечисленных как меры предупреждения обвалов (осыпей);

5) при бурении наклонно-направленных скважин для предупреждения заклинивания труб в желобах соблюдение отношения наружного диаметра спускаемых труб к диаметру желоба не менее 1,35-1,40;

6) колонну бурильных труб следует поднимать на пониженной скорости, чтобы не допустить сильного заклинивания;

7) при заклинивании трубы надо сбивать вниз.

Желоба ликвидируют проработками ствола скважины в интервале их расположения. Одной из распространенных мер ликвидации образовавшихся желобов является взрыв шнуровых торпед (ТДШ).

Растворение происходит при прохождении соляных пород. Соляные породы, слагающие стенки скважины, растворяются под действием потока жидкости. Характерный признак растворения соляных пород-интенсивное кавернообразование, а в особо тяжелых случаях-потеря ствола скважины.

Устойчивость (по отношению к растворению) стенок скважины, сложенных однородными породами, независимо от скорости восходящего потока, может быть достигнута лишь при условии полного насыщения бурового раствора солью (соль, содержащаяся в растворе, должна быть такой же, как соль, из которой сложены стенки скважины). При небольшой мощности неоднородных солей основной мерой предупреждения их растворения является максимальное форсирование режима бурения с последующим спуском колонны и ее цементирование. При большой мощности неоднородных солей наиболее надежное средство предотвращения их интенсивного растворения - бурение с применением безводных буровых растворов. Хорошие результаты дает использование солестойких буровых растворов и растворов, приготовленных из палыгорскита.

Использование многократной кавернометрии для оценки устойчивости горных пород. Многократная кавернометрия для оценки устойчивости горных пород широко применяется в практике бурения скважин на нефть и газ. Многократная кавернометрия позволяет судить о состоянии ствола скважины в процессе бурения, определять эффективность применяемых методов для предотвращения осложнений, разрабатывать мероприятия по предотвращению осложнений, связанных с нарушением целостности стенок скважин.

Потеря устойчивости стенок скважины, набухание пород и вспучивание их на стенках скважины, осыпи и обвалы горных пород в стволе скважины нередко приводят к тяжелым последствиям, среди них первое место занимают затяжки и посадки бурильных и обсадных колонн.

Раннее диагностирование потери устойчивости стенок скважины проводится по данным непрерывного контроля за изменением давления в нагнетательной линии бурового насоса и крутящего момента на роторе, а также за проходимостью бурового инструмента по скважине. Если наблюдается постепенное повышение давления в нагнетательной линии без изменения подачи бурового раствора, которое сопровождается ростом крутящего момента, это может служить одним из признаков начавшейся деформации стенок скважины, которая выражается в изменении профиля поперечного сечения ее ствола.

Представления о превалирующей роли горного давления в обвалообразованиях привели к тому, что в ряде районов страны широко применяют утяжеление промывочных жидкостей как метод борьбы с потерей устойчивости стенок скважины и весьма мало учитывают физико-химическую природу этого явления, также был предложен ряд растворов: силикатных, известковых высококальциевых, меловых. Возможные случаи потери устойчивости стенок скважин разнообразны, но все они выражаются в отклонении от номинального размера сечения скважины.

Наиболее серьезные осложнения при бурении скважин возникают в случае потери устойчивости горных пород, слагающих стенки скважин. Возможные случаи потери устойчивости стенок скважин разнообразны, но все они выражаются в отклонении от номинального размера сечения скважины.

Большинство осложнений во время бурения происходит по причине неустойчивости стволов скважин, не зависимо от того, вызвано ли это поглощением бурового раствора, закупоркой ствола или же прихватом КНБК и обсадных труб.

Разработана технология для моделирования и прогнозирования устойчивости ствола скважины и использование данных этих предварительных расчетов в реальном времени для уменьшения геологических осложнений при бурении.

Повышение устойчивости ствола скважин в среде растворов на нефтяной основе и инвертных эмульсий обусловлено их инертностью к проходимым породам, никакой фильтрацией и трудностью проникновения высоковязкого фильтрата в разбуриваемую толщу. Потеря устойчивости ствола скважины возможна лишь при большом числе температурных циклов, несоизмеримом с условиями и временем проведения исследований. Названные причины нарушения устойчивости ствола скважины с увеличением удельного веса промывочной жидкости не только не уменьшают обвалообразование, а, наоборот, увеличивают его, так как с увеличением перепада давления от скважины к пласту увеличится и скорость фильтрации промывочной жидкости.

Лучшие результаты с точки зрения сохранения устойчивости ствола скважины следует ожидать при применении композиции реагентов: КМЦ 4 - КССБ, КМЦ - f - силикат натрия, гуматы или гипан силикат натрия.

При бурении скважин возникают проблемы с устойчивостью ствола скважины и с отбором керна из-за хрупкости угля и высокой трещиноватости породы. Для традиционных газовых промыслов характерны высокие дебиты скважин в начальный период и обводнение на завершающих стадиях разработки.

Следует отметить, что наилучший способ сохранить устойчивость ствола скважины - уменьшить время, в течение которого скважина остается открытой.

В качестве исключения, подтверждающего значение бурового раствора в обеспечении устойчивости ствола скважины, необходимо отметить, что в некоторых нефтегазопромысловых геологический разрез сложен весьма крепкими породами. Создаваемая в массиве таких пород цилиндрическая буровая скважина является устойчивой горной выработкой. Поэтому при проходке стволов в крепких породах отпадает необходимость создания компенсирующего противодавления на стенки скважины.

Большинство осложнений, связанных с загустеванием раствора, сальникообразованием и нарушением устойчивости ствола скважины, обусловлено наличием в разрезе высококоллоидных глин, хорошо гидратирующихся и легко диспергирующихся глинистых сланцев. Для снижения интенсивности перехода выбуренной породы в глинистый раствор и повышения устойчивости стенок скважины используют так называемые ингибированные системы, в состав которых входит неорганический электролит или полиэлектролит. Снижение размокаемости и диспергирования выбуренных шламов достигается путем: уменьшения поверхностной гидратации за счет замены катиона обменного комплекса глин менее гидратирующимся;

1 преобразования глинистых минералов и устранения межплоскостной гидратации;

2 регулирования процессов осмотического влагопереноса в результате поддержания более высокой концентрации электролита в растворе, чем в проходимых породах;

3 модифицирования поверхности глинистых минералов за счет молекулярного поглощения гидроокисей двух - и трехвалентных, металлов; капсулирования глин полимерами; гидрофобизации поверхности глинистых минералов.

Происходящее при бурении указанных пород поглощение промывочной жидкости служит дополнительным фактором снижения устойчивости ствола скважины.

Повышение удельного веса, весьма благоприятное с точки зрения сохранения устойчивости ствола скважины, зачастую неприемлемо при заканчивании скважин при наличии в разрезе газоносных объектов с относительно низким градиентом пластовых давлений.

Вода как буровой раствор имеет недостатки: глинистые отложения набухают, разупрочняются, снижается устойчивость ствола скважины. Поэтому применение воды как эффективного бурового раствора допустимо лишь при бурении в твердых неглинистых породах карбонатно-песчаного комплекса, а также в гипсах и других отложениях.

Среди всех факторов глубинной среды особое место занимает температура, так как она оказывает влияние на устойчивость ствола скважины, стабильность бурового и тампонажного растворов, а также на прочность и работоспособность спущенных в скважину обсадных колонн, элементов их оснастки и сформировавшийся в заколонном или межколонном пространстве цементный камень. Темп увеличения температуры с глубиной, характеризующийся геотермическим градиентом, сильно зависит от особенностей строения недр.

Результаты кавернометрии показали, что вскрытие отложений терригенно толщи нижнего карбона с использованием полимерного раствора обеспечило устойчивость ствола скважины от разрушения аргиллитов, которые в этой части разреза составляют 40 - 60 % мощности.



Заключение

Входе выполнения данной практической работы, была исследована скважина №390 Ванкорского месторождения. Была рассмотрена конструкция данной скважины, рассмотрены интервалы с осложнениями и выявлена степень риска (пункт 1.2.). Также было рассмотрено такое осложнение, как нарушении геометрии стенок скважины.

Интервал, м	Тип осложнения	Возможные причины осложнения	Действия для предотвращения
150-620 м	Затяжка и посадка колонны	Потеря устойчивости стенок скважины, набухание пород и вспучивание их на стенках скважины, осыпи и обвалы горных пород в стволе скважины.	Контроль за изменением давления в нагнетательной линии бурового насоса и крутящего момента на роторе, а также за проходимостью бурового инструмента по скважине
620-2405м	Затяжка и посадка колонны	Потеря устойчивости стенок скважины, набухание пород и вспучивание их на стенках скважины, осыпи и обвалы горных пород в стволе скважины	Разработка технологии для моделирования и прогнозирования устойчивости ствола скважины и использование данных этих предварительных расчетов в реальном времени для уменьшения геологических осложнений при бурении

Помимо разработки и контроля за технологией бурения с необходимыми свойствами следует также провести инструктаж с буровой бригадой, оценить их знания по ликвидации данного осложнения. Так же следует разработать режим бурения, при котором возникновение данного осложнения будет минимальным.



Список используемой литературы

1. Балаба В.И. Управление качеством в бурении: Учебное пособие. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2008.

2. . Аварии при бурении скважин и их ликвидация: Учеб.пособ./А.М. Изосимов; Самар. гос. техн. ун-т/ Самара, 2006. 96 с.

3. Уолт Алдрид, ШуйаГорайа, Дик Плам и др. Управление риском в бурении/Нефтегазовое обозрение, 2001.

4. Осложнения при бурении скважин: Учеб. пособ. /Э.А. Айзуппе; Самар. гос. техн. ун-т. Самара, 2007. 70 с.

5. ГОСТ Р МЭК 62502-2014 Менеджмент риска. Анализ дерева событий. НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Менеджмент риска. АНАЛИЗ ДЕРЕВА СОБЫТИЙ.

6. Городнов В.Д. Физико-химические методы предупреждения осложнений в бурении.-2-еизд.перераб. и доп.-М.:Недра,1984. 229с.

7. Диссертация «Исследование и разработка технологий ликвидации рапопроявлений» Ефимов А.В. Тюмень 2007г. 171с.

8. Промысловая химия: Учебное пособие: М.А. Силин, Л.А. Толстых Л.И. и др.- М.: Издательство центр РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М.Губкина, 2016.-350 с.



Приложение

Размещено на Allbest.ru