§ 3. Аварии при креплении скважин

Аварии с обсадными колоннами

При креплении скважин обсадными колоннами встречаются следующие группы аварий: прихваты обсадных колонн, падение отдельных труб и секций колонн в скважину, смятие обсадных колонн, разъединение обсадной колонны по резьбовому соединению и другие аварии.

Прихваты обсадных колонн.

Аварии этой группы происходят в основном из-за: недоброкачественной подготовки ствола скважины перед спуском колонны — проработка ствола проводилась не с жесткой компоновкой бурильной колонны, завышенная скорость проработки, спуск компоновки в осложненных участках без проработки;

применение бурового раствора несоответствующего качества — недостаточное количество противоприхватных добавок, несоответствующие проекту параметры бурового раствора;

наличия в стволе резких изменений кривизны и азимута;

недостаточно продуманного плана работ по спуску колонны или его невыполнения.

Причины других случаев прихвата обсадных колонн подобны причинам прихватов бурильных колонн.

Падение труб и секций обсадных колони.

Обсадные колонны падают в скважину по ряду причин. Основные из них:

1. Неисправность спускоподъемного инструмента (элеваторов, клиньев, встроенных в ротор и т.д.) - частая причина падения обсадной колонны и отдельных труб в скважину. В последнее время для спуска обсадных колонн, особенно сварных, стали широко применять спайдер-элеваторы. Однако слабое закрепление трубы или плохое состояние сухарей спайдера вызывает проскальзывание трубы в спайдере, что приводит к падению колонны в скважину. Длительная эксплуатация спайдер-элеваторов без проверки их состояния ультразвуковой дефектоскопией не позволяет выявить своевременно развитие усталостных трещин, в результате происходит разрушение элеватора и падение колонны в скважину.

2. Наличие уступов в стволе скважины нередко способствует остановке на них спускаемой колонны, что приводит к открытию элеватора и падению труб в скважину.

3. Вырыв труб из муфты — одна из частых причин падения колонн в скважину. Этой подгруппе аварий способствуют:

некачественная нарезка резьбы, особенно в подгоночных патрубках, переходниках с одного диаметра груб на другой (например, с 140 на 146 мм). Как правило, некачественная нарезка резьбы осуществляется там, где трубная резьба нарезается в местных мастерских с применением в качестве калибра ниппеля или муфты трубы. Встречаются случаи вырыва трубы из муфты из-за заводских браков (несоответствие профиля резьбы и погрешности в конусности).

Недостаточное крепление трубы в муфте. Особенно часты такие случаи в местах крепления трубы с муфтой на заводе. Незакрепленное резьбовое соединение не в состоянии удержать вес колонны, и происходит выход трубы из сопряжения с муфтой. Чаще всего это наблюдается при снятии с клиньев большого веса спущенной колонны. Как правило, вырыв приходится на первую муфту или муфты, находящиеся недалеко от устья скважины. Эти соединения испытывают наибольшие растягивающие нагрузки.

Свинчивание резьбовых соединений с перекосом их осей. При этом происходит неправильное сопряжение резьбы, которая деформируется, или два-три витка ее разрушаются полностью, и труба выходит из сопряжения с муфтой. Свинчивание с перекосом отмечается в основном при креплении муфты с трубой буровой бригадой.

Приложение растягивающих нагрузок, превышающих допустимые. Чрезмерные нагрузки, как правило, прилагаются, когда колонна оказалась заклинена или прихвачена. Желание освободить ее быстрее порождает приложение недопустимых нагрузок, которые приводят к вырыву трубы из муфты.

Во всех случаях выход резьбы из сопряжения сопровождается пластической деформацией резьбы и незначительным расширением муфты. Образующая резьба имеет форму изогнутой кривой, шаг резьбы несколько растянут, а профиль витков приобретает наклонную форму, направленную в сторону, противоположную выходу трубы из муфты [16].

Отсутствие повсеместного контроля моментомерами, устанавливаемыми на ключе, за величиной крутящего момента при свинчивании обсадных труб в колонну.

Известны случаи падения колонн в скважину из-за поперечного обрыва труб по телу вне трубной резьбы. Исследование аварийных труб показало, что они имеют относительное удлинение меньше допустимых норм и местное упрочнение металла, вызванное местной закалкой. Перезакалка приводит к обрыву трубы по телу.

При безрезьбовом соединении труб в колонне с помощью сварки отмечены случаи разрушения труб в зоне сварки из-за нарушения технических правил сварки (наличия непроваров в корке шва, несплавления кромок, наличия большого количества газовых пор и других дефектов сварного соединения), а также несоблюдения режима сварки по току и напряжению, неточное направление электрода в разделку кромки, плохая газовая защита или влажный углекислый газ.

Нарушения технических правил сварки приводят к обрыву резьбовых труб, когда для упрочнения соединения трубы с муфтой производят дополнительную приварку трубы к муфте. Группа прочности стали муфты всегда выше группы прочности стали трубы. Соединение сталей разных групп прочности в условиях буровой приводит не к упрочнению, а к ослаблению прочности трубы в месте сварки.

Смятие обсадных труб.

Аварии этой группы многочисленны, а причины их разнообразны. Характерно, что смятия происходят преимущественно с колоннами, спускаемыми с применением тарельчатого обратного клапана. Несвоевременный долив спускаемой колонны приводит к смятию трубы над обратным клапаном. На величину гидродинамического давления влияют скорость спуска колонны, разность диаметров скважины и спускаемой колонны, чистота стенок скважины, параметры бурового раствора.

Обсадная колонна часто сминается в нижней части из-за чрезмерной ее разгрузки, особенно в интервалах, осложненных кавернами и при большой разнице диаметров скважины и колонны. Нередко причиной смятия обсадной колонны является плохое крепление спущенной колонны на устье. В таком случае колонна проскальзывает или проседает с последующим разрушением трубы.

При работе в скважинах, закрепленных промежуточными колоннами, возникают смятия последних от наружного давления, возникающего выше цементного кольца вследствие обвала пород, вызванного боковыми давлениями.

Известны случаи смятия обсадных колонн от наружного давления, возникающего в результате опорожнения скважины при подъеме бурильной колонны. Такие аварии характерны для кондукторов и первых промежуточных колонн, затрубные пространства которых зацементированы не до устья.

Прочие аварии с обсадными колоннами.

Редко, но встречается отсоединение нескольких нижних труб от кондукторов или промежуточной колонны после цементирования или во время работы в ней. Эта подгруппа аварий характерна для роторного бурения. Они происходят, как правило, там, где колонна не спущена до забоя или до места перехода на меньший диаметр, а также при установке башмака колонны в мягкие породы, легко поддающиеся размыву.

Ускорению отсоединения способствуют наличие каверн под башмаком, кривизна скважины, несоосность бурильной и обсадной колонн.

Невозможность отсоединения секции обсадной колонны от колонны бурильных труб, на которых она спускалась. Такое довольно частое явление происходит по следующим причинам:

применение резьбовых разъединителей, у которых трудно определить нейтральное нагружение левой резьбы (она бывает или сжата частью веса бурильных труб, или растянута);

применение разъединителей с левой термически незакаленной резьбой, которая при большом весе подвешенной колонны деформируется и не отвинчивается.

В связи со все большим распространением спуска секционных обсадных колонн появилась новая подгруппа аварий — прорезание обсадной колонны и забуривание нового ствола при разбуривании оснастки и узлов соединения секций. Частицы металла от них, оседая на забое нижеусталовленной секции, образуют как бы клинья, которые в начале бурения (если их не удалить) приводят к про резанию стенок трубы.

Аварии из-за неудачного цементирования

При цементировании обсадных колонн наиболее частыми являются аварии из-за разрушения обсадных колонн под действием внутреннего давления. Происходят они при восстановлении циркуляции бурового раствора после спуска обсадной колонны; при продавке цементного раствора, особенно в момент его выдавливания в затрубное пространство; при преждевременном схватывании цементного раствора; во время создания внутреннего давления при испытании колонны на герметичность, а также при ликвидации водогазонефтепроявлений.

Создаваемые давления в момент аварии, как правило, бывают выше допустимых. В тех случаях, когда давления в момент аварии были .ниже допустимых, разрушениям способствовали заводские дефекты в трубах (закаты металла, плены, раковины и т.д.).

Аварии этой группы являются типовыми и многократно повторяются. Например:

1. Во время закачивания продавочной жидкости при цементировании первой секции обсадной колонны был обнаружен преждевременный выход через устье цементного раствора. Впоследствии выяснилось, что спущены неопрессованные обсадные трубы: цементный раствор при закачке был продавлен через продольную трещину в трубе длиной около 300 мм.

2. Приготовление цементного раствора с замедлителем схватывания проводилось непосредственно в мерниках цементировочных агрегатов без достаточного контроля. При этом порции цементной смеси имели неоднородную концентрацию и различные сроки схватывания, которые привели к преждевременному схватыванию цементного раствора в колонне и последующему разрыву трубы от внутреннего давления.

К преждевременному схватыванию цементного раствора иногда приводят остатки цемента и растворенного замедлителя схватывания в цементно-смесительных машинах и цементировочных агрегатах.

Посадка башмака и нижней части обсадной колонны в шлам, а также несвоевременная остановка цементировочных агрегатов по достижению давления "стоп" нередко являются причиной разрыва обсадной колонны от внутреннего давления.

Рассмотрим другие типовые причины аварий из-за неудачного цементирования.

Установка неправильно собранного перед спуском разъединительного устройства между обсадной колонной и бурильными трубами не позволяла продавить цементный раствор в затрубное пространство. В результате он был оставлен внутри обсадной колонны.

Спуск секции обсадной колонны на неопрессованных бурильных трубах привел во время продавливания цементного раствора к продольному разрыву бурильной трубы и последующему зацементированию бурильной колонны.

Цементирование без продавочных пробок, особенно при спуске секционных колонн, а также с пробками, не отвечающими требованиям надежного разделения цементного раствора и продавочной жидкости, часто является причиной образования цементных стаканов высотой до нескольких сот метров, при разбуривании которых нарушаются обсадные колонны.

Удаление цементного раствора, находящегося над разъединителем секции обсадной колонны, и последующая промывка скважины одним насосом с малой подачей приводят к одностороннему движению цементного раствора и зацементированию бурильных труб. Ошибки в расчетах объема продавочной жидкости, образование воздушных пробок между цементным раствором и продавочной жидкостью, насыщение продавочной жидкости воздухом приводят к оголению башмака обсадной колонны.

Как видно из сказанного, неудачному цементированию способствуют: несоответствие качества цементного раствора температурным условиям скважины; применение для затворения цементного раствора и воды, загрязненной примесями, которые ускоряют сроки схватывания; применение плохого качества продавочных пробок и стоп-кольца и другой оснастки обсадных колонн; слабый контроль за качеством приготовления цементного раствора и соблюдением технологических требований по спуску колонны и ее цементированию.

К неудачному цементированию очень часто приводит разрыв во времени между окончанием закачивания цементного раствора и началом закачивания продавочной жидкости. Нередко в подобных случаях сразу же после закачки 5-10 м³ продавочной жидкости наблюдается резкое повышение давления до сверхдопустимых норм. В таких случаях работы по цементированию прекращаются, а колонна оказывается почти полностью заполненной цементным раствором.