Бурильные колонны, бурильные трубы и их соединения, типы переводников
Обсадные колонны, обсадные трубы и их соединения. Элементы технологической оснастки
Методика спуска обсадных колонн, технология цементирования
Материалы для приготовления буровых и тампонажных растворов
Рецептура буровых и тампонажных растворов, их основные параметры, приборы контроля параметров
Основы вскрытия и испытания продуктивных пластов
Контрольно-измерительные приборы и аппаратуры
Профилактика и ремонт бурового оборудования
Список используемой литературы

Бурильные колонны, бурильные трубы и их соединения, типы переводников
Для проводки скважины необходимо иметь, кроме буровой установки или ремонтно-бурового агрегата, набор бурового инструмента. К этому инструменту относятся бурильные трубы с соединительными элементами, переводники, породоразрушающий буровой инструмент (бурильные долота, бурильные головки), забойные двигатели, из которых формируется бурильная колонна. В соответствии с ГОСТ 631-75 выпускаются стальные бурильные трубы различных групп прочности (Д, К, Е, Л, М, Р, Т) с изменением предела текучести от 380 до 1000 МПа и временного сопротивления разрыва от 650 до 1100 МПа.

Трубы диаметром 60-102 мм имеют длину 6, 8 и 11,5 м; трубы. В диаметром 114-168 мм - 11,5 м.

Выпускаются следующие виды бурильных труб:

трубы бурильные с высаженными внутрь концами (ТБВ);

трубы бурильные с высаженными наружу концами (ТБН);

трубы бурильные с приваренными замками (ТБПВ, ТБПН, ТБПК);

трубы бурильные с высаженными внутрь концами и стабилизирующими поясками (ТБВК);

трубы бурильные с высаженными наружу концами и стабилизирующими поясками (ТБНК);

легкосплавные бурильные трубы (ЛБТ), которые называют также алюминиевыми бурильными трубами (АБТ);

импортные бурильные трубы.

Исходя из условий работы бурильной колонны рекомендуется: для бурения неглубоких вертикальных скважин роторным способом использовать бурильные трубы типа ТБВ, ТБН, ТБВК, ТБГТВ и ТБПК;

для бурения глубоких скважин в осложненных условиях - трубы типа ТБВК, ТБНК, ТБПВ, ТБПН и ТБПК; для бурения вертикальных скважин с использованием забойных двигателей - трубы типа ТБН, ТБНК, ТБПВ и ТБПК; для бурения наклонно направленных скважин с использованием забойных двигателей - трубы типа ТБНК, ТБПВ и ТБПК.

Легкосплавные бурильные трубы по своим механическим свойствам несколько уступают стальным бурильным трубам группы прочности Д, но обладают и рядом преимуществ. Предельные глубины спуска бурильных колонн, составленных из ЛБТ (АБТ), значительно превышают предельные глубины спуска стальных бурильных колонн. ЛБТ (АБТ) диамагнитны, что позволяет замерять зенитные и азимутальные углы скважины без подъема колонны. За счет меньшей шероховатости внутренней поверхности труб гидравлические сопротивления в ЛБТ (АБТ) примерно на 20% ниже по сравнению со стальными бурильными трубами аналогичного сечения.

Однако ЛБТ (АБТ) имеют и недостатки. Нельзя эксплуатировать бурильные колонны, включающие ЛБТ (АБТ), при температурах выше 150°С, а также при наличии в скважине бурового раствора с рН > 10 недопустима установка кислотных ванн.

Легкосплавные бурильные трубы рекомендуется применять при бурении скважин с использованием забойных двигателей.

Кроме перечисленных бурильных труб, вверху бурильной колонны имеется ведущая труба, присоединяемая к стволу вертлюга. Ведущая труба имеет квадратное сечение, поэтому ее часто называют квадратом. Она состоит из квадратной (или шестиугольной) толстостенной штанги с внутренним каналом, верхнего переводника для соединения с вертлюгом и нижнего переводника. Для предохранения резьбы нижнего переводника от износа при частых свинчиваниях и развинчиваниях во время наращивания бурильной колонны на него навинчивается предохранительный переводник.

При спуско-подъемных операциях отвинчивают или свинчивают сразу несколько труб. Комплект таких труб называется свечой. Свеча имеет разную длину в зависимости от высоты вышки.

Бурильные трубы бывают обычной и повышенной (П) точности изготовления.

Примеры обозначения бурильных труб и муфт к ним.1-й тал. Труба В-114Х9-Д ГОСТ 631-75. Труба ВП-114Х9-Д ГОСТ 631-75. Муфта В-114-Д ГОСТ 631-75.2-й тип. Труба Н-114Х9-Д ГОСТ 631-75. Труба НП-114Х9-Д ГОСТ 631-75. Муфта Н-114-Д ГОСТ 631-75.3-й тип. Труба ВК-Н4Х9-Д ГОСТ 631-75.4-й тип. Труба НК-П4Х9-Д ГОСТ 631-75.

В трубах 1 и 2-го типов резьба обычная трубная, которая характеризуется треугольным профилем, углом при вершине 60°, шагом 3,175 мм, конусностью 1: 16, числом ниток на длине 25,4 мм - 8.

В трубах 3 и 4-го типов резьба трапецеидальная, которая имеет профиль трапеции с размером верхнего основания 1,99 мм и нижнего 2,18 мм, угол при вершине 30°, шаг резьбы 5,08 мм, конусность 1: 32, число ниток на длине 25,4 мм - 5.

Химический состав сталей, из которых изготовляют бурильные трубы группы Д, в ГОСТ 631-63 не регламентирован; указывается лишь содержание вредных примесей - серы и фосфора (не более 0,045% каждого).

Трубы группы прочности К и выше изготавливают из легированных сталей с последующей термообработкой (нормализация, нормализация с отпуском) или из углеродистых сталей с последующей закалкой и отпуском. Каждая поставляемая партия труб должна сопровождаться сертификатом, удостоверяющим соответствие труб требованиям стандарта.

Заводы-изготовители бурильных труб: Первоуральский новотрубный завод, Никопольский завод стальных труб, Синарский трубный завод, Таганрогский металлургический завод и другие.

Соединение бурильных труб с высаженными концами производится с помощью соединительных муфт или с помощью бурильных замков.

Резьба муфт оцинкована или фосфотирована. При свинчивании труб с муфтами их резьбу покрывают специальной смазкой, обеспечивающей герметичность соединения и предохраняющей резьбу от задиров и коррозии.

Муфты для труб условным диаметром 114 мм и менее поставляют из стали следующей группы прочности с более высокими механическими свойствами. Допускается поставка этих труб и муфт из стали одной группы прочности. Трубы диаметром свыше 114 мм и муфты к ним поставляются одной группы прочности. Для предохранения резьбы труб и муфт от повреждений применяют специальные кольца и ниппеля.

Бурильный замок по ГОСТ 631-63 состоит из двух деталей - ниппеля и муфты, соединяемых конической замковой резьбой (рис. 1)

Замки изготовляют по ГОСТ 5280-58, который предусматривает соединения трех типов, отличающиеся между собой гидравлическими и прочностными характеристиками:

Рис 1. Замковое соединение бурильных труб: слева - ниппель; справа - муфта

ЗН - замок с нормальным проходным отверстием;

ЗШ - замок с широким проходным отверстием;

ЗУ - замок с увеличенным проходным отверстием.

Замки могут быть изготовлены из стали, отличающейся по химическому составу и механическим свойствам от стали бурильных труб.

Примеры условных обозначений замков: А. Замок правый (с правой резьбой):

Замок ЗН-108 ГОСТ 5286 - 58;

Замок ЗШ-118 ГОСТ 5286-58;

Замок ЗУ-155 ГОСТ 5286-53.Б. Замок левый (с левой резьбой):

Замок ЗН-108Л ГОСТ 5286-58;

Замок ЗШ-118Л ГОСТ 5280-58;

Замок ЗУ-155Л ГОСТ 5280-58.

На ниппель и муфту каждого замка на поясках для маркировки наносят товарный знак предприятия-поставщика, типоразмер замка, дату выпуска, номер стандарта.

На замках с левой резьбой протачивается второй (меньшей ширины) поясок. Каждая партия замков сопровождается сертификатом, удостоверяющим соответствие качества замков требованиям стандартов.

Обсадные колонны, обсадные трубы и их соединения. Элементы технологической оснастки
Для крепления нефтегазовых скважин используют обсадные трубы. Отечественная промышленность выпускает 5 типов обсадных труб, которые отличаются типом резьбового соединения и производятся в соответствии с ГОСТ 632-80 "Трубы обсадные и муфты к ним":

трубы муфтового соединения с резьбой треугольного профиля, в том числе с удлиненной (обозначаются "удл");

трубы муфтового соединения с резьбой трапецеидального профиля ОТТМ;

трубы муфтового соединения с резьбой трапецеидального профиля повышенной герметичности ОТТГ;

трубы обсадные безмуфтовые (раструбные) с резьбой трапецеидального профиля повышенной герметичности ТБО;

трубы обсадные безмуфтовые (гладкие) с резьбой трапецеидального профиля ОПм.

Эти трубы выпускаются, как и бурильные трубы, из стали семи групп прочности (Д, К, Е, Л, М, Р, Т) в двух исполнениях:

А - повышенной точности и качества;

В - обычное.

По условному диаметру имеется 19 типоразмеров этих обсадных труб: 114,127, 140,146,168,178, 194, 219,245,273,299, 324, 340, 351, 377, 406, 426, 473 и 508 мм. Трубы выпускают длиной от 5 до 13 метров с различной толщиной стенки, регламентируемой ГОСТ 632-80.

Для крепления нефтегазовых скважин используют также стальные трубы, выпускаемые в соответствии со стандартами американского нефтяного института. Это трубы "Батресс" с трапецеидальным типом резьбы муфтового соединения и "Экстрем-Лайн" безмуфтовые раструбные с резьбой трапецеидального профиля.

На каждой обсадной трубе на расстоянии 0,4-0,6 м от конца, свободного от муфты, выбивают клеймом:

условный диаметр, мм;

порядковый номер в партии;

группу прочности металла;

длину резьбы, удя;

толщину стенки, мм:

товарный знак завода изготовителя:

месяц и год выпуска.

Маркировка дублируется светлой краской по телу трубы.

При освоении и эксплуатации скважины применяют насосно-компрессорные трубы и насосные штанги.

Насосно-компрессорные трубы изготовляют по ГОСТ 633-63 Трубы насосно-компрессорные и муфты к ним". Трубы выпускают двух типов: с гладкими концами и с высаженными наружу концами. Различие между ними заключается в соотношении прочности тела трубы и резьбового соединения. На рисунке 2 приведены разрезы соединительных элементов этих труб.

Гладкие трубы НКТ выпускают диаметрами 48,3; 60,3; 73,0; 88,9; 101,6; 114,3 с толщиной стенок 4,0; 5,0; 5,5; 7,0; 6,5; 7,0, соответственно. НКТ с высаженными наружу концами имеют диаметры 33,4; 42,2; 48,3; 60,3; 73,0; 88, 9; 101,6; 114,3 с соответствующей им толщиной стенок 3,5; 3,5; 4,0; 5,0; 5,5; 7,0; 6,5; 8,0; 6,5; 7,0.

По длине трубы поставляют:

а) нормальной длины трех групп: I группа - от 5, 5 до 8 м;

П группа - свыше 8 до 8,5 м;

III группа - свыше 8,5 до 10 м; количество труб каждой труппы

устанавливается соглашением сторон;

б) мерной длины - длины и допускаемые по ним отклонения устанавливают соглашением сторон.

Трубы и муфты к ним изготавливают из сталей групп прочности

Рис.2. Элементы резьбового соединения НКТ

Д, К, Е, Л и М. Трубы и муфты к ним изготавливают из материал одной группы прочности. Трубы гладкие и муфты к ним из стал групп прочности К, Е, Л и М и трубы с высаженными концами стали всех групп прочности для снятия остаточных внутренних напряжений подвергаются термической обработке.

Насосные штанги предназначены для передачи движения от поверхностного привода к скважинному насосу. Это стальные стержни круглого сечения, на концах которых высажены утолщенные головки. Головки имеют резьбу и участок с квадратным сечением для захвата ключом (рис.59).

В соответствии с ГОСТ 13877-80 штанги выпускаются длиной 8 метров. По заказу потребителя допускается изготовление штанг длиной 7,5 м. Кроме того, в комплект колонны штанг входят штанги укороченной длины - 1; 1,2; 1,5; 2; 3 м. Штанги соединяются между собой соединительными муфтами, штанги разного диаметра - переводными муфтами. Выпускаются муфты с лысками под ключ и без лысок. Сальниковый шток, совершающий возвратно-поступательное движение через сальниковое уплотнение на устье скважины, в отличие от обычных штанг, изготавливается без головок, на концах он также имеет стандартную резьбу. Для изготовления штанг используют различные стали, в том числе коррозионно-стойкие.

Важнейшим элементом спуско-подъемного комплекса является талевая система. Она предназначена для спуска и подъема бурильной колонны и колонны НКТ, для спуска обсадной колонны, поддержания бурильной колонны на весу во время бурения скважины и ее промывки, подачи бурильной колонны по мере углубления долота в породу. Талевая система состоит из неподвижного кронблока, подвижных талевого блока и крюка (крюкоблока), талевого каната, соединяющего неподвижные и подвижные блоки кронблока и талевого блока, бурового крюка и штропов, с помощью которых на крюке подвешивается груз. На стационарных и некоторых

предвижных буровых установках неподвижный конец талевого каната специальным устройством (механизмом крепления неподвижного конца талевого блока) крепится к основанию вышечного блока, а ходовой конец присоединяется к барабану лебедки. Механизм крепления неподвижного конца талевого каната закрепляется на основании. Он имеет барабан, на который укладывается несколько витков каната, идущего от бухты. Этот барабан дает возможность по мере износа каната перепускать его новые отрезки с бухты в талевую систему. При работе талевой системы барабан стопорится. У передвижных буровых установок, на подъемных и ремонтно-буровых агрегатах неподвижный конец талевой системы крепится к силовой раме транспортного средства.

Подвешенный к крюку груз Р распределяется между п струнами талевого каната, создавая натяжение в них, равное Р/п. Для увеличения грузоподъемности талевой системы увеличивают число работающих струн талевого каната, что снижает скорость подъема груза. В зависимости от условий бурения и класса буровой установки применяют оснастку талевой системы 3x4, 4x5, 5x6, 6x7, 7x8 (первая цифра означает число работающих роликов талевого блока, а вторая - кронблока). На подъемных агрегатах малой грузоподъемности может использоваться оснастка 1x2 и 2x3. На рисунке 22 приведена наиболее распространенная схема крестовой оснастки талевой системы, при которой ось кронблока должна быть параллельна оси барабана лебедки, а ось талевого блока при этом расположится перпендикулярно к оси кронблока. Крестовая оснастка обеспечивает стабилизирующий момент на талевый блок, который быстро гасит его колебания в горизонтальной плоскости.

На подъемных агрегатах может применяться параллельная оснастка, при которой талевый канат пропускается через шкивы кронблока и талевого блока последовательно при параллельном расположении их осей.

Для вышки высотой 41 м при оснастке 4x5 расходуется 450 м каната, а при оснастке 5x6 - 570 м. Для вышки высотой 53 м при оснастке 6x7 длина каната увеличивается до 850 м.

Кронблоки буровых установок и подъемных агрегатов конструктивно отличаются друг от друга главным образом числом канатных шкивов, числом и расположением осей, на которых они смонтированы. Имеются одноосные кронблоки, у которых канатные шкивы Установлены на одной оси. Такие кронблоки используют в передвижных буровых установках, подъемных и ремонтно-буровых агрегатах. Имеются также двухосные кронблоки с соосным расположением осей, на каждой из которых установлено по три канатных шкива. (Рис. 3)

Рис.3. Схема крестовой оснастки 5x6: 1 - барабан лебедки; 2 - талевый блок; 3 - кронблок; 4 - механизм крепления неподвижного конца; 5 - защитная труба; 6 - барабан с канатом

Методика спуска обсадных колонн, технология цементирования
Наиболее распространенный способ крепления скважин - спуск обсадных колонн и цементирование пространства между колонной труб и стенками скважины. Число спущенных в скважину обсадных колонн, их размеры, наружный диаметр, диаметр ствола под каждую колонну, местоположение интервалов цементирования определяют понятие конструкции скважины (рис.4). Конструкция должна обеспечивать:

прочность и долговечность скважины как технического сооружения;

проходку скважины до проектной глубины;

достижение проектных режимов эксплуатации;

максимально полное использование природной энергии для транспортировки нефти и газа;

надежную изоляцию газонефтеводонапорных горизонтов;

минимальный расход средств на разведку и разработку месторождения;

возможность проведения ремонтных работ в скважине.

Диаметр эксплуатационной колонны значительно влияет на стоимость скважины: чем он больше, тем, как правило, выше стоимость. Поэтому стремятся уменьшить этот диаметр. При бурении скважин в верхних слоях

Рис.4. Конструкция скважин: а-с промежуточной колонной; б-с хвостовиком; в-с комбинированной эксплуатационной колонной

(50-400 м) обычно проходят неустойчивые, мягкие, трещиноватые и кавернозные породы, осложняющие процесс бурения, поэтому такиегоризонты перекрывают и изолируют. Первая обсадная колонна, перекрывающая эти пласты, получила название кондуктор.

После спуска кондуктора не всегда удается пробурить скважину до проектной глубины вследствие прохождения новых "осложняющих" горизонтов (так называемые несовместимые условия бурения) или необходимости перекрытия продуктивных пластов, не подлежащих эксплуатации в данной скважине. В таких случаях возникает потребность в дополнительных обсадных колоннах называемых промежуточными (рис.78, а).

Пробурив скважину до проектной глубины, спускают и цементируют эксплуатационную колонну. Если не существует угрозы возникновения высокого избыточного внутреннего давления, в скважине с целью экономии металла и уменьшения стоимости новой обсадной колонны укрепляют лишь тот участок ствола, который не был перекрыт предыдущей колонной. Такая колонна называется хвостовиком (рис.4, б).

Для решения проблем, связанных с прочностью обсадных труб, применяют так называемую комбинированную эксплуатационную колонну (рис.78, в), у которой диаметр верхней части больше диаметра нижней.

От правильного проведения работ, выполняемых для успешного спуска колонн обсадных труб в скважину, зависит спуск башмака колонны до проектной глубины и качество цементирования. Работы, проводимые для успешного спуска обсадных колонн, можно подразделить на четыре этапа: подготовка обсадных труб и элементов оснастки колонны, подготовка бурового оборудования и инструмента, подготовка ствола скважины, непосредственно спуск колонны.

Подготовка обсадных труб и элементов оснастки заключается в том, что обсадные трубы и их резьбу проверяют на герметичность опрессовкой (обычно в специальном цехе), трубы заблаговременно доставляют на буровую, длину каждой трубы замеряют стальной рулеткой и проверяют на овальность шаблоном, пронумеровывают все трубы в порядке их спуска в скважину. Все сведения (диаметр, толщина стенки, марка стали, завод-изготовитель и т.д.) заносят специальный паспорт крепления скважины.

Одновременно с обсадными трубами доставляют на буровую элементы оснастки обсадной колонны (рис.5) и производят подготовку к спуску. К ним относятся башмачная направляющая пробка (конус), башмачный патрубок, башмак колонны, обратный клапан, упорное кольцо, центрирующие фонари и скребки.

Башмачная направляющая пробка (рис.5, а) служит для направления низа обсадной колонны по стволу скважины. Применяют чугунные пробки, соединяемые резьбой с башмаком или башмачным патрубком, бетонные или деревянные пробки.

Рис.5. Элементы оснастки обсадной колонны: а - оснастка низа обсадной колонны: 1 - направляющая пробка; 2 - башмак; 3 - башмачный патрубок с отверстиями; 4 - обратный клапан; б - обратный клапан: 1 гайка; 2 - шайба; 3 - пружина; 4 - стержень; 5 - седло клапана; 6 - тарелка; 7 - корпус; в - центрирующие фонари: 1 - пружинного типа; 2 жесткого типа; г - радиальные скребки

Башмак обсадной колонны (см. рис.5, а) делают из толстостенного патрубка с резьбой под обсадную колонну. Башмачный патрубок (см. рис.5, а) применяют в случае спуска обсадной колонны до забоя скважины, чтобы иметь возможность прокачать тампонажный раствор в затрубное пространство. Его изготовляют из толстостенной обсадной трубы. Нижний конец патрубка имеет резьбу под башмак, а верхний - под муфту обсадной трубы.

Обратный клапан (рис.5, б) препятствует обратному движению тампонажного раствора после окончания цементирования и не позволяет проникать вовнутрь колонны жидкости из скважины. Наиболее прост по конструкции тарельчатый клапан. Он состоит из седла, дискового клапана с направляющим штоком и пружины. Дисковой клапан притирают к седлу для обеспечения герметичности.

Упорное кольцо (стоп-кольцо) служит для остановки цементировочных пробок. Его устанавливают выше обратного клапана, обычно на ближайшем стыке труб.

Центрирующие фонари (рис.5, а) предназначены для расположения обсадной колонны концентрично оси скважины. Применяют фонари пружинного и жесткого типов. Более широко применяют пружинные фонари. Они состоят из нескольких пружинящих планок, которые своими концами закреплены электросваркой на кольцах. Фонарь свободно надевают на обсадные трубы. Чтобы ограничить его осевое перемещение, между верхним и нижним кольцами располагают упорное кольцо, которое приваривают к обсадной колонне. Установка фонарей предохраняет колонну от прилегания к стенкам скважины, тем самым облегчает ее спуск и улучшает качество цементирования.

Скребки используют для механической очистки стенок скважины от глинистой корки с целью обеспечения более прочной связи образующегося цементного камня с породами, слагающими стенки скважины. Применяют радиальные (рис.79, г) и гребенчатые скребки. Радиальные скребки могут быть установлены на кольцах пружинных фонарей. Во время спуска обсадной колонны при возвратно-поступательном, вращательном или поступательном вниз движении скребки своими щетками снимают глинистую корку и обнажают породу на стенках скважины.

После спуска очередной обсадной колонны производят ее цементирование. Перед проведением цементирования обсадных колонн определяют необходимую высоту подъема тампонажного раствора за колонной с учетом требований ее безопасной эксплуатации, выбирают способ цементирования и тампонажные материалы, взависимости от геологических и физико-химических условий проведения работ, производят расчет цементирования скважины, на основании которого определяют количество требуемых материалов, число цементировочных агрегатов, цементно-смесительных машин и другого оборудования. Для различных геологических условий проведения работ применяют несколько способов цементирования обсадных колонн: одноступенчатое цементирование с разделительными пробками, манжетное цементирование, двухступенчатое цементирование, двухступенчатое цементирование методом встречных заливок, цементирование хвостовика, обратное цементирование и цементирование под давлением.

Одноступенчатое цементирование с разделительными пробками (рис.80) в практике применяют наиболее часто. Процесс цементирования производят следующим образом. После подготовки скважины к цементированию и приготовления первой порции тампонажного раствора в обсадную колонну вставляют разделительную пробку. Одновременно с этим включают цементировочные агрегаты и цементно-смесительные машины. Тампонажный раствор поступает в скважину (рис.6, а). После закачивания требуемой порции тампонажного раствора из цементировочной головки спускают верхнюю разделительную пробку (рис.6, б) и приступают к закачиванию продавочной жидкости, объем которой рассчитывают. Тампонажный раствор между двумя пробками движется к забою скважины. Нижняя разделительная пробка, достигнув стоп-колъца, останавливается и под действием давления тампонажного раствора в ней разрушается перемычка. Тампонажный раствор через нижнюю пробку и башмак колонны поступает в затрубное пространство (рис.6, в).

Рис.6. Схема одноступенчатого цементирования с двумя разделительными пробками

Процесс продавливания тампонажного раствора заканчивается при достижении верхней разделительной пробкой нижней и резком увеличении давления нагнетания (рис.6, г). Перед этим по объему закаченной продавочной жидкости определяют остаток времени продавливания и переходят на работу одним агрегатом, чтобы избежать чрезмерного скачка давления в момент сигнала "Стоя".

Манжетное цементирование отличается от описанного выше способа тем, что возникает необходимость нижний интервал обсадной колонны не цементировать. Такая необходимость возникает при опасности зацементировать сильно дренированные продуктивные пласты. Для этого выше продуктивного пласта над кольцом "Стоп" устанавливают заливочную муфту, а над продуктивным пластом манжету или пакер, отделяющие продуктивный пласт от цементируемого пространства. Тампонажный раствор между двумя разделительными пробками поступает до заливочной муфты и далее через ее отверстия поднимается вверх по затрубному пространству, не попадая в продуктивный пласт.

Двухступенчатое цементирование осуществляют с выходом первой порции тампонажного раствора через башмак обсадной колонны, а второй порции - через заливочную муфту. Такой способ применяют с целью уменьшения гидростатического давления столба тампонажного раствора на стенки скважины.

Первый этап цементирования производится аналогично одноступенчатому цементированию, однако разделительные пробки не используются. Нижнюю разделительную пробку продавливают

В после закачивания первой порции тампонажного раствора и продавочной жидкости в объеме несколько меньшем, чем объем обсадной колонны от башмака до муфты. После продавливания нижней пробки закачивают вторую порцию тампонажного раствора, продавливают вторую разделительную пробку и закачивают продавочную жидкость. Процесс прекращается при получении сигнала "Стоп".

Схема двухступенчатого цементирования приведена на рисунке 81.

Муфты, применяемые при двухступенчатом цементировании, отличаются от муфт манжетного цементирования тем, что при закачивании первой порции тампонажного раствора их отверстия закрыты.

Их открытие осуществляется в момент посадки нижней разделительной пробки в свое гнездо за счет роста давления.

Цементирование хвостовика или нижней секции обсадной колонны при их секционном спуске, если колонна спускается на большую глубину, отличается тем, что спуск производят на бурильных трубах. Обсадную и бурильную колонны соединяют переводником с левой резьбой для их разъединения после цементирования. При спуске хвостовика его заполняют буровым раствором. После спуска в бурильные трубы закачивают требуемое количество тампонажного раствора и продавливают его жидкостью из расчета заполнения внутреннего объема бурильной и обсадной колонн, исключая объем тампотажного раствора в нижней части обсадной колонны (цементный стакан). После этого отвинчивают бурильную колонну вращением вправо, приподнимают на несколько метров и осуществляют промывку, чтобы удалить тампонажный раствор выше верхней муфты хвостовика.

Рис.7 Схема двухступенчатого цементирования: а - положение до открытия отверстий в цементировочной муфте; 6 - положение после открытия отверстий в цементировочной муфте: 1 - верхнее седло; 2 - верхний цилиндр; 3 - отверстие для выхода тампонажного раствора; 4 - нижнее седло; 5 - нижний цилиндр; 6 - муфта для двухступенчатого цементирования; 7 - обсадная колонна; 8 - обратный клапан; 9 - направляющий башмак

При цементировании хвостовиков может быть использована цементировочная пробка, состоящая из двух частей (рис.7). Верхняя часть пробки разделяет тампонажный раствор и продавочную жидкость и проходит через бурильные трубы. Нижняя часть закреплена на штифтах к бурильным трубам. Штифты срезаются при соединении обеих частей пробок за счет роста давления. При достижении нижнего положения (рис.7, в) получают сигнал "Стон", Обратное цементирование заключается в закачивании тампонажного раствора непосредственно в затрубное пространство. Его применяют при наличии в разрезе скважины пород низкой прочности, вызывающих поглощения при росте давления. Процесс цементирования заключается в следующем. После подготовки скважины к цементированию вокруг обсадной колонны на устье делают специальный короб, в который и заливают тампонажный раствор. Обсадная колонна оборудуется головкой с краном для выхода бурового раствора или воды. Открывая кран, создают возможность вытеснения тампонажного раствора буровым за счет разности их плотности. Скорость движения тампонажного раствора в затрубное пространство достигает значительных величин и регулируется величиной открытия крана. Таким образом, цементировочные агрегаты при этом способе цементирования можно не применять. К недостаткам способа относятся: скопление в зоне башмака обсадной колонны недоброкачественного тампонажного раствора из-за наличия в нем кусков породы со стенок скважины и смешивания его с буровым раствором; сложность точного определения момента вхождения тампонажного раствора через башмак в обсадную колонну. В настоящие время этот способ цементирования усовершенствован. В частности момент окончания цементирования можно определять с помощью радиоактивных изотопов и другими приборами.

Цементирование под давлением применяют в большинстве случаев при неудачном первичном цементировании с целью ликвидации пластовых перетоков. Для этого небольшие порции нагнетают в каналы, образованные перетоками пластового флюида, или пустоты в кольцевом пространстве, оставшиеся не заполненными при первичном цементировании. При цементировании под давлением обычно применяют способ, предложенный Н.К. Байбаковым. Устье скважины оборудуют согласно рисунку 8.

Рис.8. Составная цементировочная пробка для цементирования хвостовиков: 1 - бурильные трубы; 2 - верхняя часть пробки; 3 - нижняя часть пробки; а, б, в - этапы движения частей пробки

Рис.9. Схема обвязки для цементирования по способу Н.К. Байбакова: 1, 1', 2, 2'; 3, 3' 4, 5, 6, 7, 7' - задвижки (краны); 8 - цементировочные агрегаты; 9 - заливочные трубы

Для цементирования применяют два цементировочных агрегата. Цементирование осуществляют в следующем порядке. После испытания на поглощение и опрессовки обвязки оборудования начинают закачивать тампонажный раствор через задвижки 1,2, Г и 2\ Жидкость, заполняющая скважину, вытесняется и выходит через задвижки 3, 4 и 5. Задвижки 3, 6, 7 и 7' закрыты. Чтобы предотвратить закачивание тампонажного раствора в продуктивный пласт, задвижки 4 и 5 закрывают, когда по расчету тампонажный раствор не достигнет фильтра или интервала перфорации на высоту, занимаемую 1 м3 воды. С этого момента начинается продавливание тампонажного раствора. При этом давление продавливания может возрастать до значительных величин (иногда до 30 МПа). По окончании продавки тампонажный раствор вымывают при обратной циркуляции промывки. Воду закачивают через задвижки 6, 4, 3 и 3' а из скважины жидкость выходит по заливочным трубам и задвижкам 1, 1' 7 и 7' При этом задвижки 2, 2' и 5 закрыты. Давление в скважине сохраняют до начала схватывания тампонажного раствора, после чего его снижают и демонтируют оборудование.

После цементирования обсадных колонн производят оценку качества крепления скважины. Для этого производят скважинные геофизические исследования и колонны испытывают на герметичность. Наиболее часто применяют на этой стадии такие методы скважинной геофизики, как акустический, радиационный и термокаротаж, позволяющие определить высоту подъема тампонажных растворов, качество контактов цементного камня со стенками скважины и обсадными колоннами, фактическую плотность и наличие дефектов в цементном камне. Повторные замеры акустическим цементомером позволяют определить влияние на состояние контактов между обсадной колонной и цементным камнем воздействий. связанных с различными работами в колонне (опрессовка, перфорация и др.). После установленного времени ожидания затвердения цемента (ОЗЦ) и выполнения геофизических работ обсадную колонну и скважину проверяют на герметичность. Испытания проводят двумя методами - опрессовкой давлением и снижением уровня жидкости. Для проверки всех обсадных колонн на прочность и герметичность опрессовкой их выдерживают под определенным внутренним давлением в течение 30 минут. При таких испытаниях обсадных колонн давление опрессовки должно на 10% превышать максимальное ожидаемое давление на устье при бурении, освоении и эксплуатации скважины.

Во всех случаях давление на устье при опрессовке должно быть не менее приводимых в таблице 1 значений.

Кондукторы и промежуточные колонны при установке на них противовыбросового оборудования опрессовывают дважды. Первая опрессовка проводится до разбуривания цементного стакана. Колонна при этом заполняется водой на глубину 20-25 м, считая от устья, остальная ее часть может быть также заполнена водой либо буровым раствором. Повторная опрессовка проводится после разбуривания цементного стакана и углубления скважины ниже башмака колонны на 1-3 м. При этом проверяют герметичность цементной оболочки за обсадной колонной.

Таблица 1. Минимальные давления опрессовки обсадных колонн

Диаметр колонны, мм

377-426

273-351

219 -

245

178-194

168

141-146

114 -

127

Давление

на устье, МПа

7,5

Для опрессовки в скважину спускают бурильную колонну до забоя, закачивают порцию воды из расчета, чтобы вода поднялась выше башмака обсадной колонны на 10-20 м, затем закрывают превентор и на устье нагнетанием жидкости создают давление Ру = 1,05 Ртах где Ртах - ожидаемое максимальное внутреннее давление при закрытии превентора во время выброса.

Опрессовка эксплуатационных колонн проводится после проверки положения цементного стакана, а при необходимости после его разбуривания до установленной отметки. В скважинах с обсадными колоннами, зацементированными ступенчато или секциями, испытание на герметичность проводится до разбуривания цементного стакана верхней секции, а затем после разбуривания цементного стакана каждой следующей секции.

При опрессовке эксплуатационной колонны ее по всей длине заполняют водой. В скважинах, при опробовании и эксплуатации которых не ожидается избыточного давления на устье, эксплуатационные колонны проверяют на герметичность снижением уровня. После ремонтных цементирований и установки цементных мостов для испытания лежащих выше горизонтов эксплуатационные колонны также дополнительно проверяют понижением уровня жидкости в них.

В газовых и нефтяных скважинах с высоким давлением после монтажа колонной головки приустьевую часть эксплуатационных колонн и устьевое оборудование дополнительно опрессовывают газом. Испытание проводят с использованием компрессора, обеспечивающего необходимое давление. При отсутствии такого компрессора в скважину спускают насосно-компрессорные трубы, промывают ее водой с одновременной аэрацией имеющимся компрессором. Этим же компрессором создают максимальное давление в пространстве между опущенными трубами и обсадной колонной, тем в трубы нагнетают воду до необходимого давления опрессовки. Для эксплуатационных колонн может быть проведено только одно испытание инертным газом.

Колонна считается выдержавшей испытание на герметичность, если после замены раствора водой отсутствует перелив жидкости, выделение газа, а также, если давление за 30 мин снижается не более чем на 0,5 МПа при давлении испытания менее 7 МПа, а при давление испытания выше 7МПа - не более чем на 0,3 МПа. Наблюдение начинается через 5 мин после создания в колонне требуемого давления.

При удовлетворительном качестве крепления скважины производят вторичное вскрытие пласта перфорацией, если конструкцией скважины предусмотрен закрытый забой, и затем приступают к вызову притока пластового флюида в скважину. Вызов притока может быть совмещен со вторичным вскрытием пласта, когда оно проводится при превышении пластового давления над забойным, то есть на депрессии. Вскрытие пласта перфорацией и вызов притока пластового флюида может производиться не только при освоении скважины, но и при ее ремонте.

Материалы для приготовления буровых и тампонажных растворов
Для придания буровому раствору определенных свойств и поддержания их в процессе бурения его обрабатывают химическими веществами-реагентами. В качестве реагентов используют каустическую соду NaOH, кальцинированную соду Na2C03, углещелочной реагент (УЩР), гексаметафосфат натрия (ГМФН), сульфитспиртовую барду (ССБ), конденсированную сульфитспиртовую барду (КССБ), натриевую карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), хлористый натрий NaCl, хлористый калий КСl, хлористый кальций СаС12, гашеную известь Са (ОН) 2, крахмал, жидкое стекло Na2Si03, графит, нитролигнин, хлорлигнин, полифенолы, гидролизованный полиакрилонитрин (гипан) и многие другие.

Основное сырье для производства цемента - известковые и глинистые породы (известняк, глина, глинистый сланец), а также другие минералы с высоким содержанием карбоната кальция. Сырьем также может служить песок, железная руда и др.

Сухие сырьевые материалы тонко измельчают и смешивают в определенных пропорциях. Химический состав сухой смеси определяют лабораторным путем и при необходимости корректируют. Эту смесь равномерно подают в верхнее отверстие вращающейся печи, расположенной наклонно к поверхности земли. Пока смесь медленно перемещается к нижней части печи, с помощью горящего жидкого топлива и порошкообразного угля поддерживают в печи температуру 1427-1538°С. При этих условиях в сырьевой смеси происходит химическая реакция, в результате которой образуется новый материал - клинкер. Размеры клинкера бывают различными - от пыли до гранул диаметром в несколько сантиметров. Затем клинкер направляют в воздушные охладители, где его подвергают закалке за счет быстрого охлаждения воздухом и отправляют на хранение.

После определенного периода хранения клинкер измельчают совместно с определенной добавкой гипса и других веществ, и получается новый материал, называемый портландцементом.

При приготовлении цементных растворов применяют также цементы иного состава и различные добавки, изменяющие скорость затвердевания раствора и его плотность. В таблице 8 приведены области применения различных тампонажных цементов.

Рецептура буровых и тампонажных растворов, их основные параметры, приборы контроля параметров
На всех этапах сооружения и ремонта нефтегазовой скважины применяются различные материалы. Некоторые из материалов должны иметь строго регламентируемые свойства для безаварийной проводки скважины. К таким материалам относятся, прежде всего, буровые растворы, в более широком смысле называемые промывочными жидкостями, и их компоненты, и цементные, в более широком смысле тампонажные, растворы, используемые для крепления обсадных колонн.

Состав промывочной жидкости, обеспечивающей эффективность процесса бурения скважин, определяется:

1) геологическим строением района работ;

2) техническими условиями бурения;

3) требованиями к охране окружающей среды;

4) особенностями организации промывочного хозяйства.

Как правило, промывочная жидкость - это глинистый раствор, но применяют и безглинистые буровые растворы.

По влиянию на структуру и вязкость буровых растворов все реагенты можно разделить на три группы: стабилизирующие, структурообразующие и пептизирующие. Углещелочной реагент (УЩР) и торфощелочной реагент (ТЩР) широко применяются для обработки растворов с целью снижения водоотдачи, вязкости, статического напряжения сдвига (СНС) и повышения стабильности. Эти реагенты являются натриевыми солями гуминовых кислот, растворимых в воде. Их можно получить непосредственно на буровой из бурого угля или торфа путем воздействия на них каустической содой. Для этого в определенном лабораторным путем соотношении помещают в глиномешалку дробленый бурый уголь или торф и каустическую соду, добавляют воду, проводят тщательное их перемешивание. Через некоторое время (порядка суток) основная масса растворимых гуминовых кислот перейдет в раствор и прореагирует с каустической содой.

Страницы: 1, 2