Неустойчивость стенок скважины – это группа осложнений, которая обобщает любые явления, связанные с изменение профиля стенки скважины, которые отличают ее поверхность от цилиндрической.
К видам неустойчивости стенок скважины стоит отнести: осыпи, обвалы, сужение ствола скважины, ползучесть стенок скважины, набухание стенок скважины, растворение, растепление, желобообразование. Это осложнения, связанные со стенками скважины – первого рода – то есть они проявляются при создании определенной совокупности внешних условий (геологические условия, свойства бурового раствора, режим промывки, профиль скважины, количество спускоподъемных операций). Сочетание внешних условий обуславливает какое именно из указанных осложнений возникнет.
В некоторых случаях, к этим категориям добавляют группу осложнений, связанных с неустойчивостью стенок скважины, второго рода – кавернообразование, сальникообразование и заклинку инструмента горными породами. Их особеннось заключается в том, что они провоцируются за счет осложнений первого рода. Например, кавернообразование происходит, как следствие обвалов стенок скважины, растворения или растепления. Заклинка горными породами возможна, как результат обвала крепких горных пород или попадания инструмента в желобную выработку. Сальникообразование – может стать результатом любого осложнения, которое обеспечит избыточное количество глинистой горной породы в стволе скважины (осыпи, обвалы, сужение ствола скважины, набухание, ползучесть, растепление).
В общем виде можно их классифицировать по следующим признакам:
- По характеру изменения сечения ствола скважины: выделяют осложнения связанные с увеличением сечения ствола скважины (осыпи, обвалы, растворение, растепление, желобообразование) и с уменьшением сечения ствола скважины (набухание, сужение, ползучесть).
- По природе возникновения – химические и физические. К химическим относятся те, которые провоцируются за счет химического взаимодействия бурового раствора со стенками скважины (растворение, осыпи, обвалы, набухание). К физическим, те которые обеспечиваются за счет физических явлений – фильтрационные (сужение ствола), гравитационные (сужение ствола, осыпи, обвалы, ползучесть), тепловые (растепление), механические (желобообразование). Безусловно, не обязательно, чтобы осложнение имело единую приподу – оно может провоцироваться группой внешних физико-химических факторов.
- По влиянию на количество шлама в кольцевом пространстве – увеличивающие количество шлама (осыпи, обвалы, сужение ствола скважины, ползучесть стенок скважины, набухание стенок скважины, растепление), не изменяющие количество шлама (растворение, желобообразование).
- По влиянию на свойства бурового раствора – активно влияющие (растворение), пассивно влияющие (желобообразование), избирательно влияющие (осыпи, обвалы, сужение ствола скважины, ползучесть стенок скважины, набухание стенок скважины, растепление). Последняя группа может активно влиять, а может не влиять на свойства бурового раствора, что обуславливается преимущественно генезисом попадающих в буровой раствор пород и их химическим взаимодейсвиями.
- По зависимости от профиля скважины – принципиально зависящие от профиля скважины (желобообразование), принципиально не зависящие от профиля скважины (осыпи, обвалы, сужение ствола скважины, ползучесть стенок скважины, набухание стенок скважины, растворение, растепление).
Керноотборный инструмент – это группа скважинного оборудования, которая используется для отбора керна.
Керн – это образец горной породы, который извлекается из скважины в процессе бурения и служит для проведения исследований, оценки фильтрационно-емкостных свойств горной породы, изучения ее состава, структуры и текстуры.
Параметры керна определяются параметрами используемого для его отбора скважинного оборудования, которое в свою очередь может быть классифицировано на следующие категории:
- Бурильная головка – это тип керноотборного инструмента, который непосредственно выбуривает образец горной породы. Бурильная головка также является породоразрушающим инструментом, который формирует столбик горной породы, обуривая ее по кольцевому забою. Бурильные головки классифицируются по типу инструмента – шарошечный, лопастной, алмазный.
- Керноотборный снаряд – это та часть бурильного инструмента, внутрь которой размещается образец керна после его отбора и перед транспортировкой. Керноотборные снаряды включают в себя грунтоноску и кернорватель.
Грунтоноска используется для расположения, хранения и перемещения керна. Грунтоноски или керноотборники бывают съемные и несъемные по способу транспортировки керна на поверхность. Также они отличаются по способу защиты керна от внешних воздействий – выделяют снаряды для отбора изолированного (защищенного от скважинных условий) и неизолированного керна.
Кернорватели используются для отрыва керна от забоя и удержания его в пределах керноотборника при транспортировании. Кернорватели бывают различных типов в зависимости от типа горной породы, в которой отбирается керн – цанговые для твердых пород, рычажковые (лепестковые) для мягких пород, комбинированного типа.
Открыть тему
ГНВП (газонефтеводопроявления) - это поступление пластового флюида (газ, нефть, вода или их смесь) в ствол скважины, не предусмотренное технологией работ при ее строительстве, освоении и ремонте.
Важно понимать, что при условии обеспечения контроля мы будем наблюдать уже не осложнение в виде ГНВП, а, например, бурение на депрессии (условно «бурение в условиях ГНВП») или стандартную работу скважины в режиме фонтанирования (добычу флюда).
Сама аббревиатура дает представление о потенциальной опасности возможных флюидов – от самого опасного газа, к самой неопасной воде. Хотя нужно отметить, что пластовые воды могут приводить также к серьезным негативным последствиям при условии, что они сильно минерализованы или имеют такие опасные примеси, как сероводород.
По составу компонентов флюидов различают: газопроявления, нефтеводопроявления, водопроявления и ГНВП. Газопроявления более опасны из-за физических свойств газа – малой вязкости и плотности, способности в больших пределах изменять свой объем и давление, пожаро- и взрывоопасности, возможного наличия отравляющих примесей типа сероводорода. Газопроявление возникает и переходит в открытый фонтан значительно быстрее, чем жидкостное, при герметизации скважины давление на устье растет быстрее и достигает значений, близких к пластовому давлению. Опасностью газового фонтана является то, что он воспламеняется практически сразу после своего начала. Это обусловлено возможным искрообразованием между песчаными примесями в газе и колонной головкой при выходе газового потока на устье скважины.
Нефтепроявления имеют высокую проникающую способность, при условии низкой плотности пластового флюида, и поэтому могут также иногда мигрировать по стволу скважины, но давления на устье они создают меньшие, чем газопроявления (поскольку часть создаваемого давления компенсируется собственно самим столбом поднимающегося флюида). При переходе в открытый фонтан – нефтепроявление покрывает все окрестности устья скважины нефтяной пленкой. Самопроизвольно воспламениться нефтяной фонтан практически не может, но если произойдет возгорание то оно имеет «ковровый» характер распространения, при котором горит нефтяная пленка по всей ее поверхности.
Водопроявления по сравнению с проявлениями нефти и газа являются относительно безопасными. При переходе в открытый фонтан они приводят к покрытию территории кустовой площадки водой в летнее время, а в зимнее время – к формированию на месте буровой установки – ледяного нароста. При сильной минерализации пластовых вод – водопроявлением может привести к интенсивной коррозии оборудования, а при наличии большого содержания сероводорода – к отравлению персонала или при его интенсивном выделении – к образованию пожаров и взрывов.
Открытые нефтяные и газовые фонтаны являются наиболее сложными авариями в нефтяной промышленности. Нередко они приобретают характер стихийных бедствий, требуют больших затрат материальных ресурсов, существенно осложняют деятельность буровых и нефтегазодобывающих предприятий, а также прилегающих к району аварии объектов промышленности и населенных пунктов, наносят невосполнимый ущерб окружающей среде.
Поскольку ликвидация аварий сопряжена с возможным возгоранием и травмированием работающих на устье скважины, каждый открытый фонтан следует рассматривать как потенциальную возможность группового несчастного случая.
Открыть тему
Породоразрушающий инструмент – это категория бурового оборудования, которая используется для разрушения не только горной породы, но также цемента и технологической оснастки в скважине.
Существует достаточно широкое многообразие породоразрушающих инструментов, которые отличаются областью применения, конструкцией и принципом работы.
В общем виде можно выделить следующий категории породоразрушающего инструмента: буровые долота, бурильные головки, калибраторы, расширители, фрезеры.
Важно отметить, что бурильные головки также относятся к категории керноотборного инструмента, фрезеры – к категории аварийного инструмента, а калибраторы – опорно-центрирующего инструмента.
Буровые долота используются непосредственно для разрушения горной породы, а также для нормализации забоя после цементировочных работ, то есть для разбуривания технологической оснастки.
Бурильные головки используются также для разрушения горной породы на забое, но с тем отличием, что они имеют в центральной части отверстие, куда происходит отбор столбика керна.
Расширители – необходимы для увеличения диаметра скважины поступательно за долотом меньшего диаметра или локально в определенном интервале.
Калибраторы используются для выравнивания стенок скважины, поддержания номинального диаметра скважины, а также для удаления со стенок скважины неустойчивых элементов, формирующих зону предразрушения.
Фрезеры необходимы для разрушения на забое твердых элементов (преимущественно металлических и твердосплавных), оставленных на забое при инцидентах и авариях. Также они могут использоваться для нормализации забоя и разбуривания ненормативных цементных стаканов.
В данном разделе мы с Вами обсудим в формате вебинаров и видеолекций все, что мне удалось собрать по теме такого интересного и важного элемента бурового оборудования, как яс/ясс.
Скважина – это цилиндрическая горная выработка, длина которой многократно превышает ее диаметр, сооруженная без доступа человека на забой. Относительно данного определения стоит сделать несколько уточнений.
Например, понятие «цилиндрическая» обусловлено наиболее распространенным способом сооружения скважины – механический вращательный. Если бы при сооружении скважины использовались другие технологии, которые позволяли бы создавать ее с сечением отличным от окружности, то данное утверждение было бы не совсем корректным.
Понятие «без доступа человека на забой» подразумевает именно процесс строительства скважины. Это не исключает того, что после строительства скважины человек может спуститься на забой для решения каких-либо задач.
Скважина состоит из ряда элементов:
- Устье;
- Забой;
- Ствол скважины;
- Обсадная колонна;
- Цементный камень;
- Колонна НКТ;
- Зона перфорации;
- Фонтанная арматура.
Устье скважины – это верхняя точка скважины, откуда начинается бурение, где изначально размещается буровое оборудование, а затем устанавливается фонтанная арматура. Через устье скважины осуществляется доступ к подземной части скважины. Устье характеризуется следующими параметрами: координаты (широта и долгота), а также абсолютное положение относительно уровня мирового океана.
Забой скважины – это нижняя точка скважины на данный момент или на момент окончания бурения. Забой может характеризоваться по-разному. Существуют понятия: текущего и проектного забоя, искусственного и естественного забоя, эксплуатационного забоя. Забой характеризуется значениями координат (широта и долгота), а также глубиной измеренной (по стволу) и абсолютной (по вертикали) с учетом альтитуды.
Текущий забой – это точка в скважине, на которой в данный момент ведутся работы. Не обязательно, чтобы он соответствовал глубине скважины на данный момент. К примеру, если глубина скважины 3220 м, а на глубине 2890 м ведутся работы по установке цементного моста, то текущий забой в момент проведения работ – 2890 м. Понятие текущего забоя часто упоминается в отчетах и сводках по бурению за определенный период.
Проектный забой – это конечная точка скважины, достижение которой определяет окончание бурения. Обычно проектный забой коррелирует с определенной точкой в продуктивном пласте.
Естественный забой – это забой, который представлен реальными горными породами. При проведении обыкновенного бурения работы обычно ведутся всегда на естественном забое.
Искусственный забой – это забой, который представлен внедренным элементом в стволе скважины – например, цементным мостом или опорой клина-отклонителя. Обычно искусственный забой используется для обхождения мест аварий в стволе скважины или для изменения траектории скважины в целях наклонно-направленного бурения.
Эксплуатационный забой – это забой, через который ведется эксплуатация скважины. Эксплуатационный забой бывает открытый, закрытый и смешанный.
Открытый забой – обычно представлен необсажнным стволом и применяется при условии, если пласт-коллектор сложен прочными горными породами.
Закрытый забой – представляет собой полностью обсаженную часть ствола, которая была затем проперфорирована любым из известных методов для обеспечения сообщения с продуктивным пластом. Обычно такой тип забоя применяется при пластах-коллекторах, сложенных неустойчивыми породами.
Смешанный забой – это тип забоя, который представлен обсаженной частью ствола с помощью специального фильтра без цементирования. Такой тип забоя применяется обычно в породах, которые достаточно устойчивы к обрушению, но склонны к интенсивному выносу песка.
Открыть тему
Поглощение бурового раствора - правильнее говорить поглощение технологических жидкостей — это уход технологических жидкостей в пласт в процессе сооружения скважины или в процессе ликвидации других осложнений и аварий.
Другими словами, поглощение может произойти в отношении любого флюида, закачиваемого в скважину или выходящего из пласта.
В скважине может поглощаться закачиваемый буровой раствор, тампонажный раствор, буферная жидкость, жидкость глушения при КРС, жидкости ванн для ликвидации прихватов, в некоторых случаях даже продавочная жидкость.
Также может поглощаться и флюид, выходящий из пласта (нефть, газ, вода). Например, поглощение при ГНВП – когда флюид выходит из напорного (активного) пласта и поглощается вышележащим «слабым» пластом при миграции флюида (для газа) или при нарушении равновесия давлений при проведении процедур глушения.
Для того, чтобы возникло явление поглощения в первую очередь нужно, чтобы в горной породе были каналы для ухода флюида. Эти каналы могут быть естественно-образованными (естественная пористость или трещиноватость) или новообразованными в результате создания в скважине избыточного давления, превышающего прочность горных пород открытой части ствола скважины (давления гидравлическго разрыва пород).
Вторым условием возникновения поглощения в скважине является создание такого забойного давления (под забоем подразумеваем образно точку или интервал возникновения поглощения), которое превышало бы либо давление поглощения, либо давления гидравлического разрыва.
При превышении давления поглощения – нарушается равновесие в системе «скважина-пласт» и при наличии определенной проницаемости у естественно-образованных каналов в горной порода начинается уход флюида по ним.
При превышении давления гидравлического разрыва – в первую очередь происходит разрыв сплошности горной породы (при превышении ее прочностных характеристик) и инициируется уход флюида в оклоствольное пространство. Проницаемость новообразованной трещины в данном случае играет не самую значительную роль, поскольку создаваемое давление значительно превышает возможные гидравлические потери движению жидкости.
Общая классификация способов разрушения горной породы
Как известно для того, чтобы создать скважину необходимо разрушать горную породу. При строительстве нефтяных и газовых скважин преимущественно используется механический вращательный способ разрушения горной породы, который, однако нельзя назвать единственным. Важно понимать, что при этом имеют место гидравлическое и химическое воздействие, а также термические процессы в точке контакта породоразрушающего инструмента и горной породы.
Если же рассматривать в общем разрушение горных пород, то существует множество классификаций, которые стараются дать общее представление о разнообразии существующих способов и механизмов.
Попытаемся их категорировать по виду физического воздействия:
- Механическое – это способ разрушения, когда создается определённое статодинамическое воздействие (вдавливание, удар, вращение, вибрация, комбинация) породоразрушающего инструмента на горную породу.
- Гидравлическое – это способ разрушения породы струей жидкости методом размыва.
- Химическое – это способ разрушения, при котором происходит растворение горной породы от воздействия потока жидкости (в исключительном случае – газа).
- Термическое – это способ разрушения горной породы, при котором происходит ее сжигание или растрескивание под действием высокой температуры. По сути вариациями термического способа разрушения являются способы основанные на применении плазмы, термоядерной реакции или лазера.
- Электроимпульсное – это способ разрушения породы посредством энергии пробоя, проходящей через горную породу электрической дуги.
- Взрывное – это способ разрушения горной породы, который обеспечивает разрушение массива за счет энергии, возникшей при детонации взрывчатого вещества.
- Имплозивное – это способ разрушения, основанный на явлении кавитации (создании импульсов давления при схлопывании пузырьков газа или специальных капсул).
- Комбинированное (гидроабразивное, шароструйное, механо-гидравлическое, термодинамическое и т.п.).
Каждый из этих способов характеризуется технологией и комплексом оборудования, которое должно использоваться для их реализации. В данном разделе мы будем последовательно рассматривать эти способы разрушения горных пород и оценивать возможную широту его их применения.
Открыть тему
Процесс строительства скважины построен на контроле вполне определенного перечня давлений, которые определяют условия физического равновесия. Физическое равновесие необходимо, чтобы предотвратить возможные осложнения в процессе бурения скважины.
Все давления, которые создаются в скважине и околоствольном пространстве можно разделить на две группы:
- Естественные (геологические) – это группа давлений, которые определяются особенностями залегания и генезиса горных пород;
- Антропогенные – создаваемые человеком.
Антропогенная группа давлений определяется совокупностью естественных условий, с которыми человек сталкивается при строительстве скважин.
Группу естественных (геологических) давлений составляют – горное давление, пластовое (поровое) давление, давление поглощения (гидравлического разрыва) пород.
Горное давление определяется массой вышележащих пород.
Пластовое (поровое) давление определяется давлением, которое создается жидкостью или газом, располагающимися в пустотном пространстве массива.
Давление поглощения коррелирует с пластовым давлением, поскольку с физической точки зрения оно является его антагонистом. Точно также, как и давление гидравлического разрыва коррелирует с горным давлением, которое в некоторой степени определяется прочностными характеристиками породы.
Антропогенная группа давлений в скважине представлена гидростатическим давлением и забойным давлением. Важно понимать, что гидростатическое давление определяется количеством и характеристиками (плотностью) жидкости в стволе скважины, а забойное давление включает в себя только гидростатическое давление, если циркуляция отсутствует, а также включает в себя и дополнительные гидравлические сопротивления, которые возникают при циркуляции жидкости.
Открыть тему
