Цементировочная головка предназначена для создания герметичного соединения обсадной колонны с нагнетательными линиями цементировочных агрегатов и для ввода цементировочных пробок внутрь обсадной колонны (рис. 4.30).
Цементировочная головка монтируется на колонне обсадных труб с целью соединения с системой нагнетания цементировочного агрегата или бурового насоса и содержит полость для размещения Цементировочной пробки. Высота цементировочных головок обоих типов позволяет размещать их в подъемных штропах талевой системы и при соответствующем оснащении использовать при цементировании с расхаживанием обсадной колонны.
Головки цементировочного типа ГУЦ (рис. 4.30, а) поставляются с кранами высокого давления. При установке на устье скважины верхние разделительные пробки в эти головки закладываются заранее, так что отпадает необходимость разборки этой головки после закачивания тампонажного раствора, как это делается в случае применения цементировочных головок типа ГЦК (рис. 4.29, б).
Головки с одной пробкой требуют остановки насосов для установки второй пробки, в результате чего во время этой остановки перед второй пробкой образуется воздушный карман.
В промысловой практике часто используются цементировочные головки, разработанные для цементирования с расхаживанием и вращением обсадной колонны, с 2-3 разделительными пробками, с дополнительными боковыми отводами и пр. Эти цементировочные головки (например, рис. 4.31) позволяют:
• надежное выравнивание давления в полостях корпуса головки выше и ниже разделительной пробки;
• получение сигнальной информации о начале движения пробки в головке после освобождения ее фиксатора;
• вращение обсадной колонны в процессе ее цементирования;
• облегченное снятие крышки головки при наличии вакуума в колонне над столбом тампонажного раствора;
• промывку нагнетательных линий от цементного раствора без отсоединения их от головки.
Чтобы обеспечить равномерное заполнение заколонного пространства тампонажным раствором, необходимо обеспечить хорошее вытеснение из кольцевого пространства бурового раствора, по возможности совместить оси скважины и колонны (установка центраторов) и создать турбулентный режим течения тампонажного раствора в кольцевом пространстве при продавке. Это условие не всегда легко выполнить, так как при высоких скоростях течения (2...4 м/с) гидравлические сопротивления могут привести к гидроразрыву пластов, в этом случае прибегают к «пробковому» режиму течения тампонажного раствора в заколонном пространстве (что достигается соответствующей гидравлической программой цементирования при значениях скорости восходящего потока, не превышающих 0,5...0,6 м/с и соотношении плотностей бурового и тампонажного растворов (рц - pб) > 250 кг/м3.
Вращение и расхаживание обсадной колонны в процессе ее цементирования являются эффективными технологическими приемами, способствующими повышению степени заполнения заколонного пространства тампонажным раствором.
При проведении работ по спуску и цементированию обсадной колонны предусматривают возможность ее расхаживания или вращения, при этом необходимо учесть наличие на колонне центраторов и турбулизаторов. Устройство, установленное между последней муфтой обсадной колонны и цементировочной головкой, обеспечивает вращение колонны во время продавки цементною раствора, но не способно выдерживать вес обсадной колонны. Поэтому под соединением последней обсадной трубы необходимо установить элеватор. Вращение колонны может осуществляться только после установки ее на клинья в роторе (рис. 4.31).
В момент начала выхода цементного раствора из-под башмака колонны в заколонное пространство приподнятую колонну с переводником опускают в гнездо роторных клиньев и вращают ротор с минимально возможной скоростью.
Эффективность скребков, жестко закрепленных на трубах, при расхаживании и вращении колонны. Такой комбинированный технологический прием применяется для достижения высокого качества цементирования обсадных колонн (рис. 4.33).
Комплекс позволяет осуществлять расхаживание обсадных колонн с амплитудой до 10 м и обеспечивает удобство и безопасность работ при обслуживании в процессе цементировочной операции.
При цементировании наклонно направленных скважин вращение колонн создает вероятность возникновения серьезных осложнений.
Обвязка цементировочного оборудования на скважине
В настоящее время применяют несколько отличающихся друг от друга схем обвязки оборудования при цементировании. Отличие этих схем заключается в обвязке цементировочных агрегатов (ЦА) и цементосмесительных машин (CMH) и в расстановке специальных машин и механизмов, повышающих качество раствора и улучшающих условия труда.
В процессе цементирования обычно задействовано следующее оборудование цементировочный агрегат (ЦА) предназначен для закачки и продавки цементного раствора в скважину. Монтируется на шасси грузового автомобиля. Состоит из насоса двойного действия с приводом от двигателя автомобиля через промежуточный вал, коробку передач и редуктор, двух мерных баков и системы обвязки. Насос обычно имеет сменные втулки нескольких диаметров. Управление всеми механизмами агрегата ведется с единого поста, расположенного на платформе машины, реже - еще и в станции СКЦ. Мерные баки агрегата служат для измерения объема продавочной жидкости, закачиваемой в скважину.
Цементно-смесительные машины (CMH) - предназначены для транспортирования сухих порошкообразных материалов и приготовления тампонажных растворов и других песчано-жидкостных смесей. Существуют два типа смесительных машин: с механической и пневматической разгрузкой бункера. CMH работают совместно с ЦА. От водоподающего блока агрегата подводится вода в необходимом объеме к смешивающему устройству установки и обеспечивается регулируемая подача тампонажной смеси. Готовый раствор подается на ЦА.
Осреднительная емкость. Смесительная осреднительная установка (УCO) предназначена для обработки тампонажных растворов с целью обеспечения однородности параметров смеси по всему объему резервуара осреднителя. Установка работает в комплекте со смесительными и насосными установками для цементирования затрубного пространства скважин. Имеет перемешивающие устройства спирально-ленточного типа на опорах, вынесенных из резервуара, с приводом от дополнительного двигателя, карданные валы и цепную передачу, указатель уровня, устройства для обмыва резервуара.
Станция контроля цементирования (СКЦ). Применяется для оперативного контроля и управления технологией цементирования скважин. Обеспечивает: контроль и регистрацию на диаграммной бумаге давления, плотности, мгновенного расхода и количества раствора, закачиваемого в скважину; подачу оперативной информации об отклонении давления и плотности раствора от заданных предельных значений в виде световой сигнализации, на пульт оператора и внешние цепи; выдачу сигналов для систем автоматического управления процессом цементирования, которые могут применяться в технологическом комплексе цементирования.
Блок манифольдов. Блок манифольдов служит для соединения (обвязки) цементировочной техники между собой и с устьем скважины (цементировочной головкой). Состоит из набора трубопроводов высокого давления (манифольдов), кранов и по мере необходимости оснащается датчиками, подключаемыми к передвижной станции контроля цементирования (СКЦ).
Количество привлекаемых механизмов прежде всего зависит от количества сухого тампонажного материала и жидкости затворения, производительности машин и механизмов, которые будут использоваться при цементировании. Во всех схемах предусматривается такое соотношение между численностью ЦА и СМИ, при котором обеспечивается бесперебойное приготовление и нагнетание тампонажного раствора в скважину с заданным темпом. Подача ЦА должна соответствовать производительности СМИ. Для выравнивания параметров тампонажного раствора, поступающего от различных СМИ, в схему обвязки цементировочного оборудования вводят осреднительные емкости.
На рис. 4.34 приведен один из вариантов схемы обвязки цементировочного оборудования.
- Способы первичного цементирования заколонного пространства скважины
- Тампонирование заколонного пространства скважины
- Спуск обсадных колонн
- Технологическая оснастка обсадных колонн и устройства для спуска и крепления хвостиков
- Проектирование и контроль обсадных колонн, производимые с помощью компьютерных программ
- Обсадные колонны в наклонно-направленных и горизонтальных стволах
- Порядок выбора конструкций эксплуатационных обсадных колонн
- Нагрузки, воспринимаемые обсадными колоннами
- Крепление скважины обсадными трубами
- Зоны несовместимости в разрезе скважины