» » Спуск обсадных колонн

Спуск обсадных колонн

03.08.2016

После проведения ГИС в открытом стволе скважины (стандартный каротажный комплекс, в том числе кавернометрия, инклинометрия) уточняются места установки центраторов на колонне (Центраторы рекомендуется размещать в тех участках, где диаметр ствола близок к номинальному. Если зенитный угол не превышает 3°, расстояние между центраторами может составлять 20-25 м; на участках же с большим зенитнъш углом, а также на участках интенсивного изменения зенитного или азимутального углов центраторы целесообразно ставить на каждой обсадной трубе.)
Участки резких изменений зенитного и азимутального углов, участки сужений, выступов и перегибов ствола скважины тщательно прорабатывают новыми долотами и расширяют до нормального диаметра. Прорабатывать ствол рекомендуется новыми долотами со скоростью 35-40 м/ч, а участки наиболее опасных сужений и перегибов - со скоростью 20-25 м/ч. Жесткость компоновки низа бурильной колонны при проработке должна соответствовать жесткости обсадной колонны.
После проработки и промывки глубокой скважины ствол ее часто шаблонируют и промывают при турбулентном режиме течения жидкости в кольцевом пространстве в течение полутора-двух циклов циркуляции для полного удаления шлама
Для проработки и промывки скважины следует использовать промывочную жидкость с минимальной водоотдачей, низкими значениями статического и предельного динамического напряжений сдвига и возможно меньшей вязкостью. Состав этой жидкости должен обеспечивать устойчивость стенок скважины.
Спуск обсадной колонны
Обсадную колонну спускают в скважину в один прием от забоя и до устья или отдельными секциями с применением бурильной колонны.
Способ спуска колонн и порядок спуска секции зависят от геологических, технических и технологических условий проводки скважины:
• назначения обсадной колонны;
• глубины спуска;
• конфигурации ствола скважины в интервале спуска предыдущей колонны и объема работ в ней;
• техники и технологии бурения в обсаженной скважине до спуска проектируемой колонны;
• давления высоконапорных горизонтов и градиента гидроразрыва пластов, перекрываемых колонной;
• гидравлической мощности бурового оборудования, ограничивающей возможности углубления скважин на больших глубинах при значительных гидравлических потерях в циркуляционной системе.
Спуск обсадной колонны в один прием используется при следующих условиях:
а) для крепления скважин, стволы которых достаточно устойчивы и не осложняются в течение трех-четырех суток при оставлении их без промывки, т.е. за время, необходимое для производства комплекса работ от последней промывки до окончания спуска обсадной колонны;
б) при общей массе обсадной колонны, не превышающей грузоподъемности бурового оборудования, вышки, талевой системы;
в) при наличии ассортимента обсадных труб по маркам стали и толщинам стенок, соответствующей прочности, на всей протяжённости обсадной колонны.
Спуск обсадных колонн секциями необходим при следующих условиях:
а) если нет возможности обеспечить стабильность ствол скважины в течение полутора-двух суток и при большой вероятности осложнений с потерей проходимости обсадных труб в скважину без проработки ствола (осыпи, сужения, нарастание толстых глинистых корок, выпучивание или пластическое течение горных пород и др.);
б) если общая масса обсадной колонны превышает грузоподъёмность бурового оборудования;
в) при необходимости подъема тампонажного раствора на большую высоту при наличии поглощающих пластов или пластов с низким градиентом гидроразрыва;
г) если отсутствуют обсадные трубы с прочностной характеристикой, соответствующей расчетным данным по страгивающим усилиям;
д) при поэтапном креплении ствола (например, при протирании предыдущей колонны в верхней ее части).
Крепление стволов скважин с использованием секционного спуска обсадных колонн позволяет:
• перекрывать интервалы осложнений на больших глубинах с минимальной затратой времени от конца последней промывки до начала цементирования;
• надежно изолировать два или более продуктивных горизонта скважин с высоким пластовым давлением или какие-либо осложненные интервалы, разделенные между собой мощной устойчивой толщей горных пород;
• применять комбинированный бурильный инструмент, в результате чего увеличивается прочность бурильной колонны, снижаются гидравлические сопротивления при прокачке промывочной жидкости в трубах, обеспечивается эффективность буровых работ и возможность углубления скважины на большую глубину;
• экономить металл в результате использования обсадных труб с меньшими толщинами стенок по сравнению со сплошными колоннами, а также использовать трубы с пониженными прочностными характеристиками.
Длину первой секции обсадной колонны выбирают из геологических требований перекрытия интервала осложнений в минимально возможное время и из условий прочности верхних труб секции на растягивающую нагрузку.
К спуску обсадной колонны приступают сразу же после шаблонирования скважины, если во время подъема бурильных труб с шаблоном не было затяжек.
Перед соединением труб в колонну тщательно очищают резьбу свободного от муфты конца трубы жесткой капроновой щеткой и смазывают ее; через трубу пропускают жесткий шаблон. Обсадную трубу навинчивают с помощью механизированных ключей или вручную с помощью кругового ключа, а докрепляют машинными ключами. В случаях, когда труба навинчивается до конца резьбы свободно или навинчивание вручную идет с трудом и длина оставшихся свободными ниток резьбы превышает регламентированную величину натяга, труба выбраковывается.
При быстром спуске обсадной колонны возникает значительное гидродинамическое давление в скважине, которое может явиться причиной поглощения промывочной жидкости, разрушения обратных клапанов и смятия колонны. Поэтому скорость спуска колонны ограничивают. Скорость спуска считается допустимой, если сумма гидродинамического и статического давлений столба промывочной жидкости меньше давления разрыва пород в стволе скважины.
Если колонна оборудована обратными клапанами не дифференциального типа, после спуска каждых 300-400 м в нее следует доливать промывочную жидкость. При спуске длинных колонн рекомендуется делать промежуточные промывки через каждые 500-800 м, чтобы освежить промывочную жидкость, удалить скопившийся шлам и уменьшить опасность газирования. По окончании спуска всей колонны скважину вновь тщательно промывают в течение одного-двух циклов циркуляции. Восстанавливать циркуляцию всегда следует с малой скоростью, а после разрушения тиксотропной структуры промывочной жидкости скорость необходимо увеличивать до достижения турбулентного режима в кольцевом пространстве.
По окончании промывки колонну обвязывают с цементировочной техникой.
Для спуска обсадных колонн и соединения резьбовых элементов применяются различные механизмы: элеваторы, спайдеры, пневматические клинья, механические и автоматические ключи.
Спуск обсадных колонн в зависимости от диаметра и грузоподъемности может производиться с помощью двух элеваторов, одного элеватора и пневматического клинового устройства в роторе или элеватора и спайдера (элеваторы могут быть торцевые или клиновые). Обсадные колонны длиной до 3000-3500 м обычно спускают с помощью механизированных клиньев и одного элеватора (при большей длине колонны клинья не применяют из-за опасности повреждения труб сухарями. Вместо клиньев используют второй элеватор).
В зависимости от способа удержания обсадных колонн изменяются нагрузки, действующие на трубы при спуске в скважину. В одних устройствах вес колонны передается на торец удерживающего устройства, в других воспринимается клиновым захватом. Если в первом случае трубе передается только растягивающее усилие, то во втором действует как растягивающее, так и радиальное усилие.
К первой группе устройств относится торцевой элеватор. Элеватор представляет собой устройство, предназначенное для удержания колонны в подвешенном состоянии в процессе её спуска и крепления резьбовых соединений. Элеваторы могут быть использованы в том случае, если требуется докрепление заводского конца муфты. Осевая нагрузка передаётся через торец муфты на торец элеватора.
Ко второй группе устройств относится клиновой захват, при котором спускаемая труба обжимается плашками клиньев (рис. 4.20).
Спуск обсадных колонн

Верхняя труба колонны, спущенной в скважину, фиксируется в клиновом устройстве, вмонтированном в роторе. Пневматический клиновой захват позволяет подвешивать как муфтовые, так и безмуфтовые - гладкие трубы и значительно снижает трудоёмкость спуска обсадной колонны по сравнению со спуском с помощью двух элеваторов.
Напряжения в обсадных трубах, подвешенных в клиновом захвате
Клинья можно применять для спуска обсадной колонны, если напряжения в теле труб меньше предела текучести металла и соблюдается условие прочности
Спуск обсадных колонн

где Ртек - осевая нагрузка, при которой напряжения в теле трубы достигают предела текучести, H
Спуск обсадных колонн

G - вес колонны, подвешенной в клиньях, Н; kпр - коэффициент запаса прочности; для труб с пределом текучести σт ≤ 650 МПа kпр = 1,1, а с σт ≥ 650 МПа kпр = 1,15; σт - предел текучести материала труб, Па; с, - коэффициент, учитывающий неравномерное распределение контактных давлений по окружности трубы; F - площадь поперечного сечения тела трубы, м2; dcp - средний диаметр трубы, м; lкл - длина линии соприкосновения клина с трубой (длина клина), м; α - угол наклона клина к продольной оси трубы (α=9°27'45"); φ - угол трения; tg(α + φ) - 0,4; βкл - угол охвата трубы плашками одного клина, градус; iкл - число клиньев.
Для спуска обсадной колонны могут использоваться спайдер-элеваторы (рис. 4.21).
Предназначен для спускоподъемных операций, захвата и удержания на весу или на столе ротора обсадных колонн или насоснокомпрессорных труб при свинчивании и развинчивании бурильной свечи, извлеченной из скважины или предназначенной для спуска, при строительстве и ремонте нефтяных и газовых скважин. Сменные кулачки и плашки позволяют использовать спайдеры и спайдер-элеваторы в широком диапазоне диаметров обсадных труб отечественного и зарубежного производства.
Спуск обсадных колонн

При использовании узла в качестве слайдера на нижней части корпуса монтируется плита, которая соответствует размеру ротора, вместе с которым спайдер работает; плита обеспечивает защиту клиньев в поднятом положении и направляет обсадную трубу при ее входе в корпус слайдера. При использовании узла в качестве элеватора на нижней части корпуса монтируется направляющая воронка.
Привод спайдера и элеватора осуществляется либо вручную, либо пневматически.
Для работы в комплексе с клиновым захватом предназначен автоматический ключ (рис. 4.22).
Спуск обсадных колонн

Автоматический ключ состоит из трубозажимного устройства (3), пневматического цилиндра и перемещающейся каретки. По направляющим полозьям блок ключа (6) перемещается вдоль каретки под воздействием двух пневматических цилиндров двойного действия, подводится к колонне бурильных труб и отводится от нее. Вращение трубозажимного устройства блока ключа осуществляется от пневматического двигателя (5) через редуктор. Каретка свободно вращается в верхней части колонны труб, ее положение при работе фиксируется. Каретка с блоком ключа может перемещаться вдоль колонны труб по высоте. Нижней частью ключ с помощью тумбы жестко крепится к основанию буровой установки. Дистанционное управление ключом осуществляется с помощью специального пульта.
Автоматический ключ обеспечивает быструю и точную остановку вращающихся частей специальным устройством и снабжен указателем крутящего момента.
Усилия для крепления резьбовых соединений обсадных труб
Для надежного свинчивания резьб необходим определенный крутящий момент. Это условие должно быть выдержано в связи с тем, что в случае наличия значительных отклонений элементов резьбы (шаг, угол профиля, конусность, средний диаметр в основной плоскости) свинчивание на величину натяга произойдет при меньшей величине момента, что не обеспечит надежного крепления.
Особенность конических резьб заключается в том, что при введении одной детали в другую в первый момент контакт резьб происходит на небольшом участке. Это создает значительное удельное давление, обусловленное весом наращиваемой трубы. По мере ввинчивания одной резьбы в другую постепенно увеличивается площадь соприкосновения и уменьшается удельное давление
Для свинчивания соединений необходимо, чтобы резьбы переместились в осевом направлении на определённую длину.
В том случае, когда конус трубы входит в конус муфты, длина контакта резьбы не должна быть меньше трех витков из-за возможного перекоса при свинчивании.
После свинчивания резьбы следует её докрепление на величину натяга. Согласно стандартам на обсадные трубы крепление резьбовых соединений треугольного профиля производится таким образом, чтобы при свинчивании соединения торец муфты доходил до конца сбега резьбы трубы (при допуске ± 3.2мм), для резьб трапецеидального профиля величина натяга устанавливается в зависимости от вида соединения.
При этом для надежного свинчивания резьб необходимо обеспечение определенного крутящего момента. Это условие должно быть выдержано в связи с тем, что в случае наличия значительных отклонений элементов резьбы (шаг, угол профиля, конусность, средний диаметр в основной плоскости) свинчивание на величину натяга произойдет при меньшей величине момента, что не обеспечит надежного крепления.
Момент, необходимый для свинчивания резьбы M на величину натяга, равен сумме
M=M1 + М2,

где MI - момент для создания упругой деформации соединения в процессе свинчивания, М2 - момент для преодоления сил трения в соединении.
Максимальный крутящий момент при свинчивании обсадных труб доходит до 3840 Нм, а при докреплении до 20000 Нм.
Расчёт допустимой скорости спуска колонны
При спуске в скважину обсадная колонна вытесняет часть промывочной жидкости. Если колонна оборудована обратным клапаном, то вся вытесняемая жидкость направляется в кольцевое пространство и давление на стенки скважины возрастает за счет гидродинамической составляющей.
Во избежание гидроразрыва слабой породы и поглощения промывочной жидкости при спуске колонны гидродинамическое давление должно быть всегда меньше разности давления разрыва породы и статического давления столба промывочной жидкости на нее. Если башмак колонны находится выше кровли слабой породы, то предельное гидродинамическое давление развивается у башмака спускаемой колонны.