В процессе увлажнения глинистых пород на их прочность ока-зывает влияние и расклинивающее давление, возникающее вследствие проникновения жидкости в трещины и щели

Следовательно, обвалообразование со стенок скважины обуславливается литологическим и минералогическим составом вме-щающих пород, гидродинамическими нагрузками, наличием и ха-рактером физико-химических процессов при бурении. Поскольку все породы способны выдерживать определенное напряжение, разность давлений в скважине и пласте не может вызвать обвала сразу после вскрытия пород. На практике замечено, что для обвала требуется определенное время, зависящее от перечисленных факторов. Чем меньше нарушены породы и чем меньше разность давлений на стенки скважины, а также частота изменения этого давления, тем больше времени требуется для начала проявления обвала.

Причинами обвалообразований могут также служить: интенсивное естественное искривление скважин, сложный профиль многоступенчатой конструкции скважины; наличие уступов и разности кольцевых пространств в местах изменения диаметра ствола скважины; значительные углы наклона скважины и др.

Осыпание стенок скважин – это нарушение их устойчивости вслед-ствие хрупкого поверхностно-объемного разрушения пород в скважине. Осыпи чаще всего встречаются при пересечении скважиной пластов пород с большими углами падения, особенно при бурении наклонно-направленных скважин. При бурении скважин нарушается равновесие напряжений в массиве, а выравнивание напряженного состояния приводит к появлению горного давления на стенки скважины, вследствие чего происходит растрескивание пород. Вода или фильтрат БР, проникая в эти трещины, откалывают частицы пород, которые под действием гравитационных сил, механического воздействия бурильной колонны и напора движущегося потока смещаются в ствол скважины. Осыпи обычно характеризуются выносом в желобную систему обильного шлама в виде остроконечных обломков породы при промывке скважин спустя некоторое время после перебурки осыпающихся пластов. В зависимости от качества раствора и физико-механических свойств пород проявляется различная интенсивность осыпания частиц со стенок скважины и сопровождается запесоченностью раствора и увеличением его вязкости. Осыпи нередко приводят к посадкам и небольшим затяжкам снаряда во время СПО. При инклинометрических замерах и геофизических исследованиях в скважинах датчики аппаратуры часто заклиниваются в интервалах, наиболее подверженных осыпям пород.

Обрушение стенок скважин – это нарушение их устойчивости вследствие скоростного процесса хрупкой деформации пород в скважине, выражающееся в откалывании со стенок скважины большой массы породы. Зоны обрушений наиболее часто приурочены к песчано-глинистым комплексам (сланцам, аргиллитам и др.), характеризующимся сильно развитой трещиноватостью и не способным адсорбировать большие количества воды. В метаморфизованных формациях пород обрушения приурочены к зонам тектонических нарушений, где вмещающие породы, как правило, сильно разрушены, перемяты с включениями различных по мощности глинок трения. При бурении площадей с крутопадающими пластами (с углами падения до 70–80°) из-за неравномерного распределения напряжений в сечении ствола скважины наблюдаются многочисленные обрушения больших масс вмещающих пород. Обрушение чаще всего наблюдается за счет чрезмерного увлажнения стенок скважины или отдельных пластов горных пород при бурении водой, обильном выделении фильтрата из глинистого раствора, водопроявлении в скважине и агрессивном воздействии пластовых вод с различной химической активностью. Во всех случаях большую роль играет длительность контакта породы с перечисленными агентами.

Обрушение породы в отдельных интервалах ствола скважины происходит в том случае, когда она не выдерживает напряжений и разрушается. В отличие от других форм нарушения целостности ствола скважины для обрушения характерна внезапность и скоротечность процесса. Это объясняется высвобождением сжатого под большим давлением газа из трещин, наблюдаемого на устье скважины. Обрушения сопровождаются выносом большого количества крупного шлама, а также резким уменьшением плотности раствора.

Выпучивание стенок скважины – это нарушение устойчивости скважины вследствие выпирания породы в горную выработку без заметных нарушений ее целостности. На величину упругой деформации при явлениях выпучивания главное действие оказывает литологический состав пород и их физико-механические свойства. Состояние глинистых пород или отдельных пропластков на стенках скважины будет зависеть от соотношения степени выпучивания и величины сил связи и пластичности породы. При значительном набухании и довольно хрупкой структуре глинистых пород может быть растрескивание, расслоение и осыпание пород с образованием каверн, а при достаточных силах связи и высоких пластических свойствах при той же набухаемости возможно выпучивание породы. Поэтому отличительной особенностью бурения высокопластичных пород является то, что при сравнительно небольшом перепаде между горным и гидростатическим давлением в скважине происходит сужение ствола. Это является причиной различных осложнений: прихватов бурильного инструмента, вынужденных проработок ствола, смятия обсадных колонн после крепления ствола скважины и др.

Часто причинами сужения ствола скважины является несоответствие качества БР условиям бурения, а именно: высокая водоотдача обуславливает поступление большого количества фильтрата в породу. Этому может способствовать большое гидродинамическое давление столба жидкости при наличии хорошей проницаемости пласта, отложение на стенках скважины толстых, рыхлых или липких глинистых корок.

Выпучивание стенок скважины в процессе бурения носит временный характер и способствует последующему образованию каверн за счет обрушения отдельных интервалов, достигающих мощности 20–35 м.

На стадии проектирования строительства скважины, с целью предупреждения осложнений и аварий, следует большое внимание уделить выбору конструкции скважины исходя не только из графика совмещенных давлений, но и с точки зрения возникновения осложнений ствола в процессе бурения. Для правильного выбора диаметра и глубины спуска обсадных колонн, а значит, и длины интервалов бурения из-под башмака предыдущей колонны необходимо руководствоваться временем использования открытого ствола с целью недопущения его осложнения. Чтобы правильно спроектировать новую скважину, нужно тщательно проанализировать все осложнения и аварии при бурении предыдущих скважин и разработать комплекс мероприятий по их предупреждению в дальнейшем (изменение конструкции, профиля, свойств или типа БР, режимов бурения, применение новых способов и технологий).

Газонефтеводопроявления (ГНВП) являются одним из наиболее распространенных видов осложнений, возникающих на всех этапах строительства скважин. В некоторых регионах, особенно в разведочном бурении при наличии в разрезе газоносных горизонтов, доля ГНВП от общего числа осложнений составляет более 30 %. Соответственно весьма существенными являются и затраты, расходуемые на ликвидацию ГНВП, что отрицательно сказывается на экономических показателях деятельности буровых предприятий.

Особую опасность ГНВП, как осложнения технологических процессов строительства и ремонта скважин, представляют из-за возможности их трансформации (перехода) в открытые фонтаны – один из самых тяжелых видов аварий, которые наносят огромный материальный ущерб и создают опасность для жизни людей и окружающей среды, сравнимый с экологическими катастрофами.

Эффективность мероприятий по предупреждению возникновения ГНВП и их развития в открытые фонтаны во многом зависит от уровня знаний и наличия практических навыков персонала, непосредственно участвующего в процессах строительства, ремонта и эксплуатации нефтяных и газовых скважин на предприятиях нефтегазового комплекса.

Характер выполняемых работ (строительство, ремонт или эксплуатация скважин), степень участия в технологических процессах (рабочий, помощник бурильщика, бурильщик, буровой мастер, мастер капитального ремонта, инженер-технолог, супервайзер, руководящий состав и т. п.), уровень ответственности (исполнитель или руководитель), наряду с общими знаниями в области предупреждения, обнаружения и ликвидации ГНВП, предъявляют определенные специфические требования к квалификации работников различных категорий.

Под физическими условиями возникновения ГНВП и открытых фонтанов понимается наличие в скважине (как правило, в зоне открытого ствола) геологических или технологических факторов, которые потенциально могут вызвать непредусмотренное технологией работ и неуправляемое поступление пластового флюида в ствол скважины в процессе ее сооружения, эксплуатации или ремонта.

Под ГНВП, как физическим явлением, понимается перенос пластовых флюидов из пород, слагающих разрез, в буровой раствор (БР), заполняющий пространство скважины. Открытый фонтан – это последняя стадия развития ГНВП, когда пластовый флюид, поступающий из проявляющего пласта, полностью вытесняет БР из скважины и беспрепятственно изливается на дневную поверхность. Пластовые жидкости и газы могут поступать в скважину только из проницаемых пород, насыщенных соответствующим флюидом. Поэтому можно, безусловно, констатировать, что горно-геологическим фактором возникновения ГНВП и открытых фонтанов является наличие по разрезу геологических объектов, характеризующихся различного рода проницаемостью, и насыщенных пластовым флюидом.

Первостепенное значение имеет наличие пластового флюида. Это значит, что насыщенность объекта потенциального проявления жидкостью или газом является необходимой при отнесении его к объекту потенциальной опасности возникновения ГНВП и открытого фонтана, но не достаточной. Только сов-местное наличие пластовых флюидов и проницаемость пласта позволяют считать этот пласт фактором потенциального возникновения проявлений.

Каждый конкретный геологический объект, потенциально предрас-положенный к возникновению ГНВП и открытого фонтана, по-разному воспринимается технологическими службами с позиций опасности воз-никновения подобных осложнений и аварий. Это восприятие зависит, во-первых, от способности предотвратить возможное ГНВП, а во-вторых, от степени опасности последствий от ГНВП или открытого фонтана для обслуживающего персонала и окружающей среды. В свою очередь, возможность предотвращения ГНВП и открытого фонтана, а также степень опасности последствий от их возникновения определяется геолого-физическими характеристиками флюидосодержащих пластов и свойствами пластовых флюидов.

Механизм осложнений в бурении основан на закономерностях взаимодействия системы скважина–пласт. Прихваты – самые распространенные аварии. По статистике они составляют 37 % от общего числа аварий, а затраты времени на их ликвидацию составляют практически половину от времени на ликвидацию всех аварий.

Использование качественных БР при бурении скважин в различных гидрогеологических условиях обеспечивает первоначальный контроль над давлением в скважине при прохождении флюидопроявляющих пластов. Наиболее определяющими параметрами, отвечающими за изменение давления в скважине, степень ее очистки от выбуренного шлама, устойчивость стенок, гидроразрыв пласта и вызов притока являются реологические показатели БР. Умение регулировать реологические характеристики БР позволит применить для конкретных условий бурения (особенно в горизонтальном стволе) наиболее оптимальный тип и состав раствора для снижения гидродинамических сопротивлений при прокачивании, обеспечения выноса шлама и повышения производительности бурения.

В разделе: «Техника и технология предупреждения аварий» можно воспользоваться данными таблицы 2 или имеющимися материалами производственных практик.

В таблице 2 приведено 23 вариантов заданий. В соответствии с порядковым номером в списке группы студент производит разработку конкретных мероприятий по предупреждению и ликвидации аварий. Этот раздел необходимо сделать на основе полученных знаний при изучении дисциплины, анализа современной литературы по специальности, анализа и обработки фактического материала, собранного во время прохождения производственной практики по предупреждению и ликвидации осложнений и аварий на месторождении.

Таблица 2 – Исходные данные по вариантам

В разделе 5 необходимо обосновать, привести технические характеристики и схемы применяемого на скважине устьевого оборудования.

Устьевое оборудование является неотъемлемой частью конструкции скважины при ее строительстве и эксплуатации. Оно предназначено для обвязки всех спущенных в скважину обсадных колонн с целью контроля за состоянием межтрубного пространства и при необходимости – воздействия на возникающие в нем проявления; управления скважиной при возникновении осложнений, эксплуатации скважины фонтанным или механизированным способом. Оборудование противовыбросовое представляет собой комплекс, состоящий из сборки превенторов, манифольда и гидравлического управления превенторами., Предназначено для управления проявляющей скважиной с целью обеспечения безопасных условий труда персонала, предотвращения открытых фонтанов и охраны окружающей среды от загрязнения в умеренном и холодном макроклиматических районах.