Коломоец А,В., Ветров А.К. Современные методы предупреждения и ликвидации аварий в разведочном бурении. Изд. 2, перераб. и доп. М., "Недра". 1977, 115 с.

Ликвидация аварий с обсадными колоннами - весьма сложный и трудоемкий процесс, особенно при большой глубине крепления. В первое время внедрения алмазного бурения в связи с ростом скоростей вращения и вибраций снаряда участились случаи разрушения, развертывания и прихватов обсадных колонн. Иногда данные аварии вообще не могут быть ликвидированы, так как при этом необходимо извлекать обсадные трубы и тем самым раскреплять неустойчивые интервалы.

Разрушение обсадных колонн.

Кольца, надетые на бурильные трубы с целью повышения их износостойкости, замки и муфты нередко протирают обсадные колонны. Эти разрушения тела труб могут быть различной формы. В Качарской ГРЭ из скважины были подняты обсадные трубы для замены их новыми. Повреждения с неправильными очертаниями располагались хаотично. Назовем такие разрушения местными разрывами обсадных труб. В той же экспедиции три трубы потайной колонны имели вдоль образующей ровный вырез шириной 60 мм. Такие повреждения производятся торцами замков и муфт, работающих при вращении снаряда подобно торцевым фрезам. Отнесем их к продольным разрывам обсадных труб. Исследования СевКавНИПИнефть установлено, что аналогичные односторонние желоба могут образовываться в обсадной колонне при спуско-подъемных операциях. Вероятность протирания труб увеличивается в наклонных и искривленных скважинах. Значительному износу подвергаются кондукторы и приустьевые трубы. Наличие коррозионных впадин, царапин, раковин, уступов ниппелей ускоряет процесс возникновения местных и продольных разрывов. В СКГУ имели место также разрушения обсадных труб по окружности, в виде вырезанного кольца, которые будем классифицировать как поперечные разрывы. Они происходят, как правило, в ниппельных соединениях. Этот вид аварий имеет наибольшее распространение. Встречаются разрушения тела обсадных труб под действием внутреннего и внешнего давления из-за наличия заводский дефектов (раковины, расслоения, риски, изменения структуры металла, пленки и т.д.). Нередко наблюдаются обрывы колонн по резьбовым соединениям (ниппельным и муфтовым). Основными причинами их следует считать выход витков из сопряжений при деформации труб; несовпадение осей труб и соединений (перекос) и неполное свинчивание их между собой; несоответствие размеров и геометрии резьб ГОСТу. Разрушения обсадных колонн возможны при бурении, креплении, расхаживании и извлечении прихваченных труб, цементировании, испытании на герметичность, разбуривании цементного стакана и при других операциях.

Признаки разрыва обсадных труб в скважине: 1) при спуске и подъеме бурильные трубы, колонковый набор и породоразрушающий инструмент цепляются за поврежденные участки; 2) если встречаются неустойчивые породы, на забое значительно увеличивается количество шлама.

Развертывание обсадных труб.

Основными причинами отвинчивания труб в верхней части колонны являются недостаточно плотное и прочное соединение резьб, а также отсутствие связи со стенками скважин. В Донбассе при пересечении горных выработок и каверн крепление часто осуществляется без цементирования этих интервалов и фиксирования ниппелей и муфт сваркой. В нарушенных, трещиноватых зонах цементный раствор может полностью уходить в пласты, если количество его определено без учета конкретных геолого-технических условий. Когда за обсадными трубами нет цементного камня, то вращающийся и вибрирующий буровой снаряд может сильно расслаблять резьбы.

Развертывание низа обсадных колонн обусловливается тем, что башмак не имеет твердой (жесткой) опоры при незафиксированных соединениях. Это объясняется не только некачественным цементированием, но и обрушением пород под башмаком и в затрубном пространстве. Оставляя после спуска обсадных труб один или два запасных диаметра (при плохом снабжении это - вынужденная мера), искусственно создают большой уступ, который разбивается за счет ударов по нему инструмента. Аналогичные аварии наблюдаются при постановке башмака в легко размывающиеся породы (соли, пески, глины и др.), а также при углубке скважины, когда цементный камень за колонной не окреп.

Прихват обсадных труб.

В большинстве случаев обсадные трубы при закрытии скажин оказываются прихваченными и не извлекаются, что приводит к их перерасходу и низкой оборачиваемости.

Данный тип аварий происходит при плохой проработке и промывке ствола перед спуском колонны; креплении неустойчивых горизонтов, солей и вспучивающихся пород, зажимающих трубы и препятствующих их подъему; длительном пребывании труб в скважине и их коррозии, вызывающих дополнительные силы сцепления (адгезионные) вследствие химических реакции металла с породами; неудовлетворительной герметизацией кольцевого зазора между устьем скважины, кондуктором и другими колоннами; отдельных вывалах, частичном или полном обрушении слабоустойчивых зон; задавливании башмака и низа колонны в шлам; сильной зашламованности, высокой водоотдаче или разжижении раствора, находящегося в затрубном пространстве; значительном горном давлении в рыхлых породах, коэффициент трения в которых с металлом велик (кварцевые, глауконитовые, и другие пески, опоки, опоковые глины, песчаники и д.т.).

Выбор метода подъема и спуска обсадных колонн зависит от силы и места прихвата. Рассмотрим характер процессов, протекающих во время извлечения труб. В начальный период связь колонны, длительно находящейся в скважине, с окружающими породами обусловливается сцеплением между ними, упругим сопротивлением и внешним трением. После того как колонна начнет перемещаться, т.е. произойдет "срыв", эти связи будут определяться лишь внешним трением, действующим по боковой поверхности. Для пород обладающих внешним сцеплением с металлом (глины, суглинки, супеси, кора выветривания), максимальное боковое сопротивление в момент срыва значительно превосходит силы внешнего трения.

Предупреждение аварий с обсадными трубами.

Предотвращение аварий с обсадными колоннами зависит прежде всего от правильного крепления скважин.

Обсадные трубы должны быть проштампованы дважды: при замере их длины и после затаскивания в буровое здание (перед свинчиванием). Трубы, в которых шаблон застревает или проходит с трудом, в скважину спускать нельзя.

Прямолинейность обсадных труб проверяется специальными приборами или путем пропуска через них колонковой трубы длиной не менее 1,0-1,5 м с навинченной на нее коронкой или шаблоном. Если кривизна концевых участков более 1,3 мм на 1 м или стрела прогиба превышает 1/2000 длины трубы, то последняя выбраковывается.

Нельзя спускать в скважину трубы, имеющие дефекты в резьбовых соединениях (заусеницы, вырывы и др. пороки, нарушающие непрерывность, прочность и плотность витков) или по телу (расслоение металла, закаты, раковины, риски, трещины и т.д.). резьбы после тщательной проверки смазываются. Если при свинчивании будет нарушено более 3 ниток, то такое резьбовое соединение удаляется из колонны (труба и ниппель или муфта). Соединение, сильно нагревающееся при свинчивании, также следует заменить. Резьбовое соединение нельзя не доворачивать более чем на 1-1,5 нитки. Пи спуске потайной колонны на переходнике с правой и левой резьбой нельзя допускать ее проворачивание. Верх потайной колонны развальцовывается грушевидной оправкой. Во избежание развертывания обсадных труб при бурении свинчивание резьбовых соединений рекомендуется производить на разогретых смолах (например, эпоксидных), битуме или с точечной сваркой верхних и нижних звеньев. При большой длине обсадной колонны категорически запрещается ее разгружать, что особенно часто наблюдается в процессе оборудования устья скважины. Нагрузка на трубы во время спуска и остановок не должна превышать предельной. Расхаживание колонны без заполнения ее промывочной жидкостью не разрешается. Нельзя допускать резкий спуск колонны и резкое торможение. Скорость спуска надо уменьшать в интервалах, склонных к поглощению промывочной жидкости и обрушению. До крепления скважины желательно с забоя забурить следующим меньшим диаметром новый ствол длиной 1-1,5м. забуривание должно осуществляться специальным колонковым набором, состоящем из 2 труб: верхняя соответствует диаметру обсадной колонны, а нижняя - меньшего диаметра. После этой операции скважина прорабатывается и очищается от шлама, промывка продолжается до тех пор, пока не стабилизируются параметры раствора. Затем производится каверно- или профилеметрия и контрольный замер глубины скважины. До начала спуска колонны необходимо проверить состояние вышки, отцентрировать ее, а также убедиться в исправности всего оборудования, обращая особое внимание на тормозную систему, лебедку, кронблок, талевый блок, амортизатор, серьги, болты, канат, КИП, приспособления СПО. При значительной длине обсадной колонны для предупреждения обрывов не рекомендуется в случае прихвата использовать поверхностные вибромеханизмы большой мощности. Для этих целей в зоне прихвата, внутри труб, надлежит установить погружной вибратор, например гидравлический. При извлечении колонны домкратом труболовку или другой ловильный инструмент также следует раскреплять в зоне прихвата. Для уменьшения сил прихвата необходимо принимать следующие меры: внизу колонны обязательно ставить башмак; боковую поверхность обсадных труб смазывать отработанными нефтепродуктами для предохранения их коррозии и снижения коэффициента трения; перед спуском колонны заполнять скважины вязкой промывочной жидкостью с низкой водоотдачей и малым содержанием песка (не более 1-2 %); надежно закреплять башмак и изолировать нижнюю часть затрубного пространства от скважины, особенно при поглощении промывочной жидкости (в слабых породах надо обязательно цементировать низ колонны, а в крепких - допускается задавливание в глинистый сальник); не допускать последующей отбурки через диаметр и больше, т.к. в противном случае под башмаком колонны формируются большие уступы, при разрушении которых образуются каверны и нарушается изоляция затрубного пространства; тщательно герметизировать затрубное пространство устья скважины и кольцевой зазор между кондуктором и обсадными трубами; во избежание размыва земной поверхности у устья скважины устанавливать сливной желоб или патрубок; для перекрытия пустот, каверн, круто падающих трещин и горных выработок отбурку надо производить длинным жестким снарядом, чтобы предотвратить искривление и изгиб колонны. Аварии с обсадными трубами возможны также при несоблюдении профилактических мер в процессе бурения. В СКГУ очень часто встречается протирание колонн муфтами и замками. Для предотвращения этого бурильные трубы, работающие в обсадной колонне, должны оснащаться резиновыми протекторами или иметь ниппельные соединения. Для обнаружения локальных нарушений (трещин, разрывов, внутреннего износа) обсадных колонн можно использовать скважинный индукционный дефектомер ДСИ. Снижение аварийности с обсадными трубами в значительной мере зависит от качества и прочности их соединений. Практика показала, что сварные соединения более прочные и износостойкие, чем резьбовые. Чтобы предупредить оставление большого количества цементного раствора в обсадкой колонне и повысить качество цементирования, необходимо выполнять следующие мероприятия: не допускать несоответствие марки цемента геологическим условиям; во избежания посадок обсадных колонн в шлам последние две трубы опускать во время промывки; не применять деревянные продавочные пробки, заменяя их самоуплотняющимися резиновыми и пластмассовыми; правильно рассчитывать объем кольцевого пространства по данным профелеметрии; точно знать сроки схватывания и образования цементного камня. Цементную пробку и стакан надо разбуривать пикообразным долотом, а обратный клапан и др. металлические детали - торцевой фрезой . Исследования состояния цементного камня и определение толщины стенки обсадных труб могут производиться скважины гамма-дефктомером-толщиномером СГДТ-2.