Table Of ContentМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Тюменский государственный нефтегазовый университет»
ТЕХНОЛОГИЯ БУРЕНИЯ
НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ
СКВАЖИН
В пяти томах
Допущено Учебно-методическим объединением вузов
Российской Федерации по нефтегазовому образованию
в качестве учебника для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлению подготовки бакалавров
131000 «Нефтегазовое дело»
Под общей редакцией профессора, доктора технических наук, лауреата
Государственной премии Российской Федерации В. П. Овчинникова
Тюмень
ТюмГНГУ
2014
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Тюменский государственный нефтегазовый университет»
ТЕХНОЛОГИЯ БУРЕНИЯ
НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ
СКВАЖИН
Том 4
Тюмень
ТюмГНГУ
2014
УДК 622.243.2
ББК 33.131
Т 38
Авторы-составители:
В. П. Овчинников, Ф. А. Агзамов, Т. О. Акбулатов, Н. А. Аксенова, А. Е. Анашкина,
Е. Г. Гречин, Т. В. Грошева, М. В. Двойников, Н. Н. Закиров, Р. А. Исмаков,
И. И. Клещенко, Г. В. Конесев, В. Г. Кузнецов, Г. А. Кулябин, Я. М. Курбанов,
А. В. Кустышев, Л. М. Левинсон, П. В. Овчинников, А. С. Оганов, А. Н. Попов,
О. В. Рожкова, Р. М. Сакаев, Р. Х. Санников, С. Л. Симонянц, С. В. Сенюшкин,
Б. Н. Трушкин, Н. М. Уляшева, А. А. Фролов, Г. Н. Шешукова,
В. М. Шенбергер, А. К. Ягафаров
Рецензенты:
доктор технических наук, профессор Г. Г. Ишбаев
кандидат технических наук, доцент Л. Н. Долгих
Технология бурения нефтяных и газовых скважин : учебник для студен-
Т 38 тов вузов. — В 5 т. Т. 4 / под общ. ред. В. П. Овчинникова. — Тюмень :
ТюмГНГУ, 2014. — 496 с.
ISBN 978-5-9961-0801-5
В соответствии с образовательным стандартом и учебным планом подго-
товки бакалавров по направлению «Нефтегазовое дело» в учебнике рассмат-
риваются все циклы строительства скважин на нефть и газ: бурение, вскрытие
продуктивных пластов и их разобщение, заключительные, ремонтные работы
и т.д. Описаны современные технологии и технические средства.
Использован практический и научный опыт широкого круга исследователей,
профессорско-преподавательского состава известных нефтегазовых вузов Рос-
сийской Федерации: Тюменского государственного нефтегазового университета,
Уфимского государственного нефтяного технического университета, Российско-
го государственного университета нефти и газа им. академика И. М. Губкина,
Ухтинского государственного технического университета, а также сотрудников
ряда отраслевых институтов и предприятий – ООО «Газпромбурение», ЗапСиб-
БурНИПИ, ТюменНИИгипрогаз, СургутНИПИнефть.
Учебник предназначен для студентов нефтегазовых вузов, обучающихся
по направлению «Нефтегазовое дело» и специальности «Бурение нефтяных и
газовых скважин». Также будет полезен для инженерно-технических работ-
ников нефтегазодобывающих и геологоразведочных предприятий.
УДК 622.243.2
ББК 33.131
ISBN 978-5-9961-0801-5 © Федеральное государственное
бюджетное образовательное
учреждение высшего
профессионального образования
«Тюменский государственный
нефтегазовый университет», 2014
© Коллектив авторов, 2014
УДК 622.243.2 ОГЛАВЛЕНИЕ
ББК 33.131
Т 38
ГЛАВА 17. АВАРИИ И ОСЛОЖНЕНИЯ
Авторы-составители:
ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ СКВАЖИН
В. П. Овчинников, Ф. А. Агзамов, Т. О. Акбулатов, Н. А. Аксенова, А. Е. Анашкина,
Е. Г. Гречин, Т. В. Грошева, М. В. Двойников, Н. Н. Закиров, Р. А. Исмаков, Авторы-составители: Яковлев И. Г., Овчинников П. В.
И. И. Клещенко, Г. В. Конесев, В. Г. Кузнецов, Г. А. Кулябин, Я. М. Курбанов,
17.1. Понятие об осложнениях, авариях и браке .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 6
А. В. Кустышев, Л. М. Левинсон, П. В. Овчинников, А. С. Оганов, А. Н. Попов,
О. В. Рожкова, Р. М. Сакаев, Р. Х. Санников, С. Л. Симонянц, С. В. Сенюшкин, 17.2. Прихваты бурильных труб .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 7
Б. Н. Трушкин, Н. М. Уляшева, А. А. Фролов, Г. Н. Шешукова, 17.3. Предупреждение прихвата колонны труб и их ликвидация .. .. .. .. ..21
В. М. Шенбергер, А. К. Ягафаров
17.4. Ликвидация прихватов .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..25
17.5. Профилактика возникновения поглощений и их ликвидация .. .. .. ..35
Рецензенты:
17.6. Аварийность в бурении .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..47
доктор технических наук, профессор Г. Г. Ишбаев
кандидат технических наук, доцент Л. Н. Долгих 17.7. Инструменты для выполнения ловильных работ .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..89
17.8. Порядок расследования и учета аварий .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 124
Технология бурения нефтяных и газовых скважин : учебник для студен-
Т 38 тов вузов. — В 5 т. Т. 4 / под общ. ред. В. П. Овчинникова. — Тюмень :
ГЛАВА 18. РЕМОНТНО-ИЗОЛЯЦИОННЫЕ РАБОТЫ В СКВАЖИНАХ
ТюмГНГУ, 2014. — 496 с.
ISBN 978-5-9961-0801-5 Авторы-составители: Курбанов Я. М., Овчинников В. П.,
Кустышев А. В., Клещенко И. И.
В соответствии с образовательным стандартом и учебным планом подго-
товки бакалавров по направлению «Нефтегазовое дело» в учебнике рассмат- 18.1. Обоснование и выбор модели насыщенности нефтегазовых залежей
риваются все циклы строительства скважин на нефть и газ: бурение, вскрытие и методов ремонтно-изоляционных работ в скважинах .. .. .. .. .. .. 126
продуктивных пластов и их разобщение, заключительные, ремонтные работы
18.2. Обоснование выбора технологий и материалов для производства
и т.д. Описаны современные технологии и технические средства.
ремонтно-изоляционных работ в скважинах. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 151
Использован практический и научный опыт широкого круга исследователей,
18.3. Практика выбора и применения технологий и материалов
профессорско-преподавательского состава известных нефтегазовых вузов Рос-
сийской Федерации: Тюменского государственного нефтегазового университета, для ремонтно-изоляционных работ в скважинах .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 276
Уфимского государственного нефтяного технического университета, Российско- 18.4. Технологии проведения ремонтно-изоляционных работ . .. .. .. .. .. 322
го государственного университета нефти и газа им. академика И. М. Губкина,
18.5. Виды ремонтно-изоляционных работ и изолирующих составов .. 364
Ухтинского государственного технического университета, а также сотрудников
18.6. Изоляция притока пластовых вод
ряда отраслевых институтов и предприятий – ООО «Газпромбурение», ЗапСиб-
БурНИПИ, ТюменНИИгипрогаз, СургутНИПИнефть. с использованием колтюбинговой техники .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 446
Учебник предназначен для студентов нефтегазовых вузов, обучающихся
Список используемой и рекомендуемой литературы .. .. .. .. .. .. .. .. 468
по направлению «Нефтегазовое дело» и специальности «Бурение нефтяных и
газовых скважин». Также будет полезен для инженерно-технических работ- Список обозначений .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 469
ников нефтегазодобывающих и геологоразведочных предприятий.
Приложения .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 471
УДК 622.243.2
ББК 33.131
ISBN 978-5-9961-0801-5 © Федеральное государственное
бюджетное образовательное
учреждение высшего
профессионального образования
«Тюменский государственный
нефтегазовый университет», 2014
© Коллектив авторов, 2014
5
ГЛАВА 17
АВАРИИ И ОСЛОЖНЕНИЯ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ СКВАЖИН
Авторы-составители:
Яковлев И. Г., Овчинников П. В.
17.1. Понятие об осложнениях, авариях и браке
Осложнение в бурении – это отклонение технологии ведения работ
от проекта или приостановка технологического цикла работ, восстановле-
ние которого возможно только после устранения причин, повлиявших на
это.
Осложнения в бурении в основном возникают вследствие несоответ-
ствия технологии ведения работ горно-геологическим условиям проводки
скважины. Остановка технологического цикла работ, вызванного ослож-
нением, возможна по причине ухудшения условий проводки скважины, ко-
торые могут привести к аварии, росту экономических затрат или сущест-
венным материальным затратам при проводке скважины, угрозе возникно-
вения значительного экологического ущерба, ухудшению условий труда и
промышленной безопасности.
Осложнения могут быть вызваны геологическими и организационно-
технологическими причинами. Геологические осложнения возникают при
проводке скважины в малоизученных горизонтах, на новых площадях, на
участках залежей, где ранее данный вид осложнений не встречался. Орга-
низационно-технологические осложнения вызваны в первую очередь на-
рушением технологии ведения работ, неудовлетворительной организацией
производства работ, применением некачественного технологического обо-
рудования и материалов. Все осложнения, которые не были учтены в про-
ектной документации и были вызваны горно-геологическими условиями,
принято считать геологическими, и все риски по их возникновению и лик-
видации, как правило, лежат на недропользователе. Остальные виды ос-
ложнений принято считать организационно-технологическими, все риски
по их возникновению и ликвидации лежат на организации, ведущей строи-
тельство скважины.
Возникновение и несвоевременная ликвидация одного осложнения
может провоцировать другое. Например, поглощение бурового раствора в
одном пласте может вызвать флюидопроявление из другого пласта, причем
флюид может достигнуть устья скважины, а может только перетекать из
одного пласта в другой.
Авария – это непредвиденное нарушение непрерывности технологи-
ческого процесса бурения или испытания скважин, требующее для его ли-
квидации проведения специальных работ, не предусмотренных проектом,
с привлечением дополнительных ресурсов: разрушение оборудование или
6
выброс опасных веществ. По терминологии, принятой в ФЗ-116 «О про-
мышленной безопасности», существует также понятие инцидента.
Инцидент – отказ или повреждение технических устройств, применяе-
мых на опасном производственном объекте, отклонение от режима техноло-
гического процесса, нарушение положений Федерального закона № 116.
В практике ведения буровых работ все виды осложнений, которые
продолжаются свыше 48 часов, переходят в аварии, так как их ликвидация
связана с увеличением экономических и экологических потерь. Например,
нефтегазопроявление, перешедшее в выброс или открытое фонтанирова-
ние, в соответствии с ФЗ-116 принято считать аварией.
17.2. Прихваты бурильных труб
Бурильные трубы считаются прихваченными, когда часть бурильной
колонны теряет возможность перемещения в осевом направлении и вокруг
свой оси при приложении к ней нагрузки сверх собственного веса с учётом
дополнительных потерь на сопротивление движению и вращению.
По характеристике удерживающей силы и однородности обстоя-
тельств, предшествующих возникновению, прихваты делятся на три груп-
пы:
1) прихваты из-за перепада давления, или дифференциальные;
2) прихваты из-за затяжки в желобной выработке, заклинивания колон-
ны труб в суженной части ствола скважины и заклинивание посто-
ронним предметом;
3) прихваты из-за осыпей и обвалов, течения (ползучести) пластичных
пород, образования сальника, оседания твердой фазы или шлама.
Рассмотрим каждый тип прихвата более детально.
17.2.1. Прихват из-за перепада давления
Нередко для подъема колонны из скважины требуется приложить
усилие, значительно превышающее вес колонны, которое принято назы-
вать затяжкой. Если же для страгивания колонны с места требуется при-
ложить усилие, при котором напряжение в трубах приближается к их пре-
делу прочности, либо усилие, близкое к пределу, допустимому для вышки
или талевой системы, осложнение называют прихватом.
Так называемый дифференциальный прихват приурочен к интервалам
проницаемых пластов и относится к первой группе. Этот прихват возника-
ет, когда разность между гидростатическим давлением столба бурового
раствора и пластовым давлением становится чрезмерно большой и колонна
труб в скважине находится без движения даже незначительное время, в те-
чение которого труба соприкасается со стенкой скважины.
2 7
На отдельных участках колонна труб всегда прижата к стенкам сква-
жины боковой составляющей собственного веса. На участке, сложенном
проницаемыми породами и покрытом фильтрационной коркой, при прижа-
тии колонны фильтрационная корка уплотняется и может стать почти не-
проницаемой. В результате на ту часть поверхности труб, которая не при-
жата к стенке, будет действовать сила давления столба бурового раствора,
направленная от оси скважины перпендикулярно к площадке прижатия. На
другую же часть поверхности, которая прижата к стенке, может действо-
вать только сила пластового давления, направленная в сторону скважины.
При давлении в скважине больше пластового возникает гидравлическая
прижимающая сила, величина которой примерно пропорциональна разно-
сти давлений в скважине и в приствольной зоне и площади контакта ко-
лонны с уплотненной фильтрационной коркой. Чем больше время нахож-
дения бурильной колонны в неподвижном состоянии, тем существеннее
толщина бурильной корки, а следовательно, и больше величина гидравли-
ческой прижимающей силы. При возникновении прихвата из-за перепада
давлений циркуляция бурового раствора сохраняется.
17.2.2. Прихват в желобной выработке
Данный вид прихвата относится ко второй группе и возникает при
подъеме или вращении бурильной колонны.
В процессе бурения бурильные тубы постоянно находятся в растяну-
том состоянии, и при проходке искривленного интервала ствола они ста-
раются принять вертикальное положение, в результате чего создается
прижимающая сила, направленная горизонтально, которая способствует
тому, что бурильный замок врезается в пласт на дуге участка искривления,
вырабатывая новый ствол при спуско-подъемных операциях (СПО) или
вращении бурильной колонны. Этот новый ствол называют желобом (рис.
17.1). Желоб в стенке ствола скважины может образовываться, если раз-
буриваемый пласт сложен мягкими породами и вес бурильной колонны
ниже искривления достаточен для создания прижимающей силы.
Наличие желоба можно установить по ситуации, когда бурильная ко-
лонна спускается, но нельзя произвести ее подъем, или по данным профи-
леметрии. При возникновении прихвата в желобной выработке циркуляция
бурового раствора сохраняется, а дополнительное натяжение инструмента
лишь усугубляет прихват.
17.2.3. Прихват из-за заклинивания в суженной части ствола
Это вид прихватов относится ко второй группе и возникает при спуске
инструмента. Он приурочен в большинстве случаев к интервалам, сложен-
ным крепкими абразивными породами, при значительном износе долота
8 3
по диаметру, а также к зонам локального искривления ствола скважины.
Циркуляция бурового раствора обычно сохраняется.
Рис. 17.1. Образование желоба
17.2.4. Прихват посторонними предметами
Данный вид относится ко второй группе и возникает при бурении или
СПО. Этот тип прихвата возможен по всему стволу скважины вследствие
падения в скважину посторонних предметов. Прихват характеризуется за-
тяжкой инструмента при подъеме или резкой посадкой при спуске буриль-
ного инструмента. Циркуляция бурового раствора сохраняется.
17.2.5. Прихват из-за осыпей, обвалов и текучести пластичных пород
Этот вид относится к третьей группе. Основной причиной обвалов
и осыпей является нарушение равновесия между напряжением в пласте
и поровым давлением с одной стороны и давлением бурового раствора
в скважине – с другой. Признаками данного типа прихвата могут являться
резкое повышение давления на стояке, увеличение момента на роторе, воз-
никновение посадок при спуске и затяжек при подъеме бурильного инст-
румента. В отдельных случаях при обвале может произойти гидроразрыв
пласта с последующим поглощением. Прихват сопровождается потерей
циркуляции бурового раствора.
4 9
17.2.6. Прихват из-за сальникообразования
Относится к третьей группе и возникает при разбуривании глинистых
или высокопроницаемых пластов при формировании толстой глинистой
корки. Образованию сальников, состоящих из вязкой смеси глинистого ма-
териала с частицами выбуренной породы, способствуют загрязненность
скважины шламом из-за неудовлетворительной промывки, плохая работа
системы очистки бурового раствора, спуск инструмента без промежуточ-
ных промывок, бурение без проработок пробуренного интервала, ступен-
чатость ствола скважины, наличие каверн, желобов, большая кривизна
ствола.
Сальники могут образовываться как при бурении, так и при расшире-
нии и проработке ствола скважины. Признаками образования сальника яв-
ляются уменьшение механической скорости, возникновение затяжек при
отрыве долота от забоя, увеличение крутящего момента при роторном бу-
рении, а иногда и перепад давления при промывке. Подъем бурильной ко-
лонны при наличии сальника может вызвать поршневание, понижение
давления под сальником, что служит причиной обвалов и проявлений.
Обычно циркуляция бурового раствора невозможна или осуществляется
частично.
17.2.7. Прихват вследствие оседания твердой фазы бурового раствора
Относится к третьей группе и происходит в основном при прекраще-
нии циркуляции седиментационно неустойчивого бурового раствора, что
может вызвать накопление шлама или утяжелителя в трубах и затрубном
пространстве. Признаками данного типа прихвата являются повышение
давления при промывке, затяжки бурового инструмента, а затем и полное
прекращение циркуляции бурового раствора.
17.2.8. Потеря устойчивости ствола скважины (осыпи и обвалы)
Понимание причин возникновения осыпей и обвалов стенок скважин
при их бурении – одно из основных условий успешного выполнения про-
ектных заданий и повышения технико-технологических и экономических
показателей бурения. Причины, вызывающие потерю устойчивости, для
всех месторождений идентичны. Одной из главных причин потери устой-
чивости являются процессы диффузионно-осмотического влагопереноса в
системе «буровой раствор – глинистая порода», которые ускоряются
вследствие больших колебаний давления в стволе, превышающих допус-
тимые значения показателя фильтрации, учитывая состав раствора.
Колебания давления в стволе (относительно гидростатического давле-
ния столба раствора) вызываются:
– большой подачей бурового раствора;
– высокой плотностью бурового раствора;
10 5
