1. Поверхностное явление при фильтрации пластовых жидкостей.
Поверхностное натяжение s – избыток свободной энергии сосредоточенной на одном квадратном сантиметре площади поверхностного слоя на границе раздела двух фаз. По поверхностному натяжению пластовых жидкостей на различных поверхностях раздела можно судить о свойствах соприкасающихся фаз, закономерностях взаимодействия жидких и твёрдых тел, процессах адсорбции, количественном и качественном составе полярных компонентов в жидкости, интенсивности проявления капиллярных сил и т.д.
Поверхностное
натяжение связано с такими понятиями
как свободная энергия поверхностного
слоя жидкости и сила поверхностного
натяжения.Свободная
энергия поверхности:
Е = s
×
s
где s
– поверхностное натяжение; s
– суммарная поверхность двух фаз. Сила
поверхностного натяжения – сила,
действующая на единицу длины периметра
взаимодействия двух фаз (линию смачивания):
где
– линия смачиваемости.
Смачиванием называется совокупность явлений на границе соприкосновения трёх фаз, одна из которых обычно является твёрдым телом и две другие – не смешиваемые жидкости или жидкость и газ. Интенсивность смачивания характеризуется величиной краевого угла смачивания Q, образованного поверхностью твёрдого тела с касательной, проведённой к поверхности жидкости из точки её соприкосновения с поверхностью Краевой угол Q измеряется в сторону более полярной фазы (в данном случае в сторону воды). Принято условно обозначать цифрой 1 водную фазу, цифрой 2 – углеводородную жидкость или газ, цифрой 3 – твёрдое тело. выражение для краевого угла Q:
Если
s23
> s13,
то 0<cosQ<1,
из чего следует, что угол Q
– острый (наступающий), а поверхность
– гидрофильная.
Если s23 < s13, то -1<cosQ<0, из чего следует, что угол Q – тупой (отступающий), а поверхность – гидрофобная.
Адгезия – прилипание (сцепление поверхностей) разнородных тел. Когезия – явление сцепления поверхностей разнородных тел, обусловленной межмолекулярным или химическим взаимодействием.
теплота смачивания.
Установлено, что при смачивании твёрдого тела жидкостью наблюдается выделение тепла, так как разность полярностей на границе твёрдое тело–жидкость меньше, чем на границе с воздухом. Теплота смачивания характеризует степень дисперсности твёрдого тела и природу его поверхности. Большее количество теплоты выделяется при смачивании той жидкостью, которая лучше смачивает твёрдую поверхность.
2.Осложнения и аварии при бурении скважин; классификация аварий; способы и устройства для ликвидации аварий.
Авариями при бурении называют такие отклонения от нормального хода работ, которые приводят к преждевременному выходу из строя части или всего оборудования (инструмента) и непроизводительному простою скважины, в результате нарушения технологического процесса бурения. Аварии могут быть с наземным оборудованием (с буровой вышкой, станком, двигателем, насосом, талевой системой) и внутри скважины. В результате аварии может частично или полностью выйти из строя оборудование и инструмент; иногда аварии приводят к потере скважины.
Осложнением при бурении называют такую ненормальную ситуацию в скважине, при которой дальнейшая ее проходка становится невозможной, либо бурение продолжается, но резко снижается его производительность.
Аварии, возникающие из-за неблагоприятных горно-геологических условий бурения, зачастую весьма трудно отличать от осложнений при бурении.
По причинам возникновения аварии разделяют на две группы (это разделение обусловливает оплату труда буровой бригады за время ликвидации аварии):
происшедшие по вине буровой бригады;
аварии, не зависящие от буровой бригады.
По степени тяжести аварии делятся на простые и сложные, однако нередки случаи, когда во время ликвидации простой аварии она может превратиться в сложную.
По характеру возникновения аварии классифицируются на следующие виды:
с колонной бурильных труб (оставление в скважине бурильных колонн или их частей из-за поломок в теле или в соединительных элементах бурильных, ведущих и утяжеленных труб; падение в скважину элементов бурильных колонн; нередки случаи аварий с колоннами бурильных труб как следствие ликвидации аварий других видов, например, прихватов);
в результате прихвата бурильной колонны (это аварии, при которых полностью теряется возможность спуска или подъема бурильной колонны; вызываются прилипанием бурильных труб к стенкам скважины, заклиниванием породоразрушающего инструмента, колонковых или бурильных труб, возникновением сальников в скважине, обвалами и осыпаниями стенок скважин, прижогами бурового инструмента, затяжкой бурильной колонны);
с обсадными трубами (разъединение по резьбовым или сварным соединениям спускаемых или уже спущенных обсадных труб; разрыв труб по телу; падение обсадных труб в скважину; смятие и протирание обсадных труб; прихваты обсадных колонн при спуске и подъеме; отвинчивание и обрыв башмаков);
с буровыми коронками и долотами (прижоги или оставление в скважине коронок, долот);
при скважинных работах (обрыв и оставление в скважине различных скважинных приборов, троса или каротажного кабеля);
падение посторонних предметов в скважину;
оставление керна в скважине.
способы и устройства для ликвидации аварий:
При обрыве бурильной колонны необходимо выяснить причину, место и характер излома по поднятой части бурильной колонны или спуском печати. Если бурильная колонна не прихвачена, спускается правый метчик или колокол (в зависимости от формы обрыва) и после соединения его с оставшейся частью колонны производится ее подъем из скважины.
Возможные осложнения в этом случае:
уход оставленной в скважине части бурильной колонны в сторону (при наличии каверн в стенках скважины);
расклинивание бурильными трубами, их частями и соединениями (двойной обрыв, падание бурильных труб и соединений).
Способы ликвидации - применение отводных крюков, соединение с отдельными элементами и попытки извлечь их поочередно; разбуривание зоны расклинивания до накрытия расклиненного инструмента колонковой трубой, цементация интервала у верхнего конца бурильной колонны с последующим забуриванием нового ствола скважины.
При обрыве бурильной колонны в результате прихвата для его ликвидации спускается метчик (или колокол) на бурильных трубах с левой резьбой и после соединения с оставшейся частью бурильных труб вращением влево производят их отворачивание от колонковой трубы.
Возможные осложнения и способы их ликвидации те же, что и в предыдущем случае.
При невозможности соединения с оставшейся частью бурильной колонны метчиком или колоколом из-за формы обрыва (косой слом с малым углом; развальцевание краев трубы) для соединения может быть применена труболовка, а при невозможности ее применения обуривание колонны
Ликвидация прихвата натяжкой колонны
При невозможности подъема с вращением и интенсивной промывкой следует ликвидировать прихват натяжкой колонны лебедкой или гидравликой станка. Если эти меры не дают положительного эффекта, необходимо отвернуть бурильные трубы от переходника и колонковой трубы; при отсутствии в составе инструмента отсоединительного переходника эту операцию производят бурильными трубами с левой резьбой, соединяющимися с бурильными трубами с правой нарезкой метчиками или колоколами.
Обуривание колонковой трубы
После подъема бурильных труб из скважины производят обуривание колонковой трубы с помощью фрезера или разбуривают керн внутри ее с дальнейшим бурением скважины коронками меньшего диаметра. При невозможности обуривания или разбуривания колонковой трубы можно разрезать ее и поднять частями.
Применение погружного гидравлического вибратора
Для устранения прихватов бурового снаряда применяют также погружной гидравлический вибратор, который с присоединенным ловильным инструментом опускается в скважину, стыкуется с верхним концом прихваченного бурового снаряда и работает в быстроударном вибрационном (или в комбинированном) режиме, что достигается регулировкой клапанов. При тяжелых прихватах (оставление в скважине прихваченной колонковой трубы и заваленных бурильных труб и невозможность извлечь их) авария ликвидируется забуриванием второго ствола.
Осложнения при ликвидации прихватов
Наиболее частые осложнения при ликвидации прихватов:
обрывы бурильных труб и их соединений при вращении и натяжках;
вторичные прихваты и обвалы стенок скважины при разбуривании или обуривании колонковой трубы;
обвалы стенок скважины при разбуривании заваленных бурильных труб
Прижоги алмазных коронок
В случае прижога, т.е. спекания коронки с породой забоя, и невозможности подъема снаряда обычным способом следует попытаться оторвать коронку от забоя, используя усилие гидравлики станка, а остатки коронки на забое разбурить фрезерной коронкой. Однако силовое извлечение рекомендуется только в тех случаях, когда есть уверенность, что наиболее слабые звенья в колонне (обычно резьбовые соединения) выдержат высокие нагрузки, требующиеся для отрыва снаряда от прижженной коронки. Так, для отрыва колонковой трубы от прижженной коронки требуется приложить силу (из расчета предела прочности материала труб на растяжение 70 МПа) к трубе: диаметром 73 мм -390 кН; диаметром 57 мм - 300 кН; диаметром 44 мм - 230 кН.
Разрыв звеньев бурильных колонн
Звенья бурильных колонн разрываются при следующих нагрузках:
1. Ниппели из стали 40Х (в основании резьбы): диаметром 55 мм - 750 кН; диаметром 42 мм - 500 кН; диаметром 33,5 мм - 340 кН.
2. Резьбовые концы бурильных труб ниппельного соединения (в основании резьбы): диаметром 50 мм - 430 кН; диаметром 42 мм - 370 кН; диаметром 33,5 мм - 190 кН.
Если прочность бурильной колонны не обеспечена, следует развернуть и извлечь буровой снаряд, а оставшуюся коронку разбурить на забое твердосплавным фрезером.