Лекции по бурению нефтяных и газовых скважин. Лекции. Презентация 1 понятие о скважине, история бурения скважин, основные элементы скважины, классификация скважин по назначению и пространственному положению ствола, этапы строительства скважины, понятие о конструкции скважины
 Скачать 0.71 Mb.
|
ЛЕКЦИЯ №5 (презентация КРЕПЛЕНИЕ СКВАЖИНЫ ОБСАДНЫМИ КОЛОННАМИ, ЦЕМЕНТИРОВАНИЕ СКВАЖИНЫ): крепление скважин, технология и оборудование.КРЕПЛЕНИЕ СКВАЖИН. С углублением ствола скважины по мере необходимости проводят работы по его креплению. Под креплением скважины понимается цикл работ по разобщению вскрытых скважиной горизонтов, связанных со спуском и цементированием обсадных колонн. Понятие крепления скважины охватывает работы по спуску в скважину обсадной колонны и ее цементированию. Спущенная в ствол обсадная колонна - составной элемент конструкции скважины. В понятие конструкции скважины включают следующие характеристики: глубину скважины; диаметр ствола скважины, который можно оценивать по диаметру породоразрушающего инструмента (долота, бурголовки и т. п.), применяемого для бурения каждого отдельного интервала, и уточнять на основе замеров профилеметрии и кавернометрии; количество обсадных колонн, спускаемых в скважину, глубину их спуска, протяженность, номинальный диаметр обсадных колонн и интервалы их цементирования. На практике в глубокие скважины обычно спускают несколько обсадных колонн, которые различаются по назначению и глубине спуска: направление - служит для закрепления устья скважины и отвода изливающегося из скважины бурового раствора в циркуляционную систему, обычно спускается на глубину 3 - 10 м; кондуктор - устанавливается для закрепления стенок скважины в интервалах, представленных разрушенными и выветрелыми породами, и предохранения водоносных горизонтов - источников водоснабжения от загрязнения, глубина спуска до нескольких сот метров; промежуточная колонна - служит для изоляции интервалов слабосвязанных неустойчивых пород и зон поглощения; промывочной жидкости; глубина спуска колонны зависит от местоположения осложненных интервалов; эксплуатационная колонна - образует надежный канал в скважине для извлечения пластовых флюидов или закачки агентов в пласт; глубина ее спуска определяется положением продуктивного объекта. В интервале продуктивного пласта эксплуатационную колонну перфорируют или оснащают фильтром. потайная колонна - служит для перекрытия некоторого интервала в стволе скважины; верхний конец колонны не достигает поверхности и размещается внутри расположенной выше обсадной колонны. Если она не имеет связи с предыдущей колонной, то называется «летучкой». Глубину спуска каждой обсадной колонны уточняют с таким расчетом, чтобы ее нижний конец находился в интервале устойчивых монолитных слабопроницаемых пород и чтобы она полностью перекрывала интервалы слабых пород. Основные цели крепления: - Укрепление стенок скважин, сложенных недостаточно устойчивыми породами; - Разобщение вскрытых скважиной горизонтов, обеспечивающее герметичность заколонного пространства; - Создание канала для транспортировки жидкости или газа от эксплуатируемого объекта до дневной поверхности и наоборот. В первую очередь, должны быть исключены заколонные перетоки между эксплуатируемыми объектами. Необходимо, при безусловной концентричности колонны в стволе скважины, обеспечить полное вытеснение бурового раствора цементным раствором и создать прочный цементный камень в заколонном пространстве. Это сложная техническая задача, которая решается комплексом мероприятий и невыполнение одного из мероприятия может привести к самым тяжелым последствиям (вплоть до потери скважины). Перед спуском обсадной колонны выполняется комплекс мероприятий по подготовке ствола скважины (проработка, промывка на забое, выведение показаний бурового раствора на проектные, ГИС, шаблонировка). Направление и кондуктор. После окончания бурения производится промывка ствола скважины (не менее одного цикла) с той же производительностью буровых насосов, что и при бурении ствола скважины. Параметры промывочной жидкости должны быть соответствовать проектным, при необходимости произвести обработку бурового раствора. Проработка производится при осложнении ствола скважины с соблюдением мер по предотвращению зарезки второго ствола. Промежуточная колонна (техническая колонна). После окончания бурения операции производятся аналогично с теми, что при подготовке ствола к спуску и креплению направления и кондуктора. Эксплуатационная колонна. По окончании бурения скважина промывается в течении 2-х циклов. Промывка производится через бурильный инструмент с воронкой после окончания заключительного каротажа. Ствол скважины шаблонируется компоновкой последнего долбления и места посадок или затяжек прорабатывается до полного исключения затяжек, посадок. Параметры бурового раствора должны соответствовать проектным. Обсадные трубы. Для крепления стенок скважины применяют специальные стальные трубы, называемые обсадными. В нефтяных и газовых скважинах используют преимущественно цельнокатаные трубы, соединяющиеся между собой резьбой. Направления и кондуктора большого диаметра составляют из сварных стальных труб. Обсадная труба должна иметь форму длинного, полого цилиндра, на концах которого нарезана наружная коническая резьба. Обсадные трубы выпускают бесшовными с наружным диаметром от 102мм до 508мм, с различными толщинами стенок. Толщину стенки трубы увеличивают за счет уменьшения внутреннего диаметра. Обсадные трубы и муфты к ним выпускаются из стали одинаковой группы прочности. Обсадные трубы в обязательном порядке проходят гидравлическое испытание (опрессовка). Время испытания – 10 секунд, величина давления испытания определяется по справочнику. Спуск обсадных труб. Спуск обсадной колонны начинается только после проведения полного комплекса подготовительных работ, при наличии на буровой утвержденного и доведенного до каждого исполнителя «Плана работ на крепление скважины». Обсадные трубы должны быть заранее уложены на мостки в порядке спуска их в скважину, осмотрены, промерены, ослаблены предохранительные кольца. Длина каждой трубы, спущенной в скважину, заносится в общую меру (таблицу) обсадной колонны. Шаблонирование обсадных труб производится специальным шаблоном при подъеме трубы на площадку буровой. Спуск производится на клиновых захвата соответствующей грузоподъемности и диаметра. Резьбовые соединения докрепляются машинными ключами с моментомером. Момент на свинчивание резьбы определяется по справочнику и зависит от типа резьбы, диаметра колонны, группы прочности стали. Скорость спуска обсадной колонны должна быть 1 м/с до глубины 1000 метров и 0,4 м/с при глубине более 1000 метров. Внутренняя полость колонны заполняется буровым раствором через каждые 250 – 300 метров спуска обсадной колонны (долив). Промежуточные промывки производят через каждые 500 метров спуска колонны, начиная с 1500 метров. Оснастка обсадной колонны (презентация КРЕПЛЕНИЕ СКВАЖИНЫ ОБСАДНЫМИ КОЛОННАМИ, слайд 28). Технологическая оснастка обсадной колонны включает в себя: - Направляющий башмак; - Обратный клапан (ЦКОД); - Центраторы; - Заколонные пакеры; - Скребки; - Турбулизаторы; - Муфты ступенчатого цементирования. Собственно цементирование включает в себя: прокачивание буферной жидкости, приготовление и закачивание цементного раствора, с последующим его вытеснением в заколонное пространство продавочным раствором и получения момента «стоп». Остановки в процессе цементирования скважины не допускаются. Оборудование для цементирования скважин. К оборудованию, необходимому для цементирования скважин, относятся: цементировочные агрегаты, цементно-смесительные машины, цементировочная головка, заливочные пробки и другое мелкое оборудование (краны высокого давления, устройства для распределения раствора, гибкие металлические шланги и т. п.). Обвязка (презентация ЦЕМЕНТИРОВАНИЕ СКВАЖИНЫ, слайд 15). Тампонажные агрегаты. При помощи цементировочного агрегата производят затворение цемента (если не используется цементно-смесительная машина), закачивают цементный раствор в скважину, продавливают цементный раствор в затрубное пространство. Кроме того, цементировочные агрегаты используются и для других работ (установка цементных мостов, нефтяных ванн, испытание колонн на герметичность и др.). Для цементирования обсадных колонн в основном применяют цементировочные агрегаты следующих типов: ЦА-320М, ЗЦА-400, ЗЦА-400А и др. (ЦА - цементировочный агрегат, цифры 320 и 400 соответственно 32 и 40 МПа - максимальное давление, развиваемое насосами этих цементировочных агрегатов). Смесительная машина. Цементирование осуществляется при помощи цементно-смесительных машин. Применяются различные типы цементно-смесительных машин: СМ-10, 2СМН-20, СПМ-20 др. В данном случае цифры 10, 20 и т. п. обозначают количество цемента (в т), которое возможно поместить, в бункер смесительной машины. Тампонажные (цементировочные) головки предназначены для нагнетания тампонажного и продавочного растворов в процессе тампонажа, а также промывочного раствора при промывке скважины в процессе спуска колонны и других технических операций. Спущенная обсадная колонна оборудуется специальной цементировочной головкой, к которой присоединяются нагнетательные трубопроводы (манифольды) от цементировочных агрегатов. В настоящее время применяются цементировочные головки ЦГЗ, ГЦК, ГЦ5-150, СНПУ, 2ГУЦ-400 и др. Заливочные пробки применяют для проведения тампонажа скважины. Верхняя пробка предназначена для недопущения проникновения промывочной жидкости в тампонажный раствор при продавке последнего в затрубное пространство и контроля за правильностью закачки его в затрубное пространство, а нижняя – для очистки внутренней поверхности обсадной колонны от остатков тампонажного раствора. При бурении скважин применяют преимущественно одноступенчатый тампонаж обсадных колонн (прямая заливка). Сущность этого способа заключается в следующем. После спуска обсадной колонны на верхнюю часть ее навинчивают тампонажную (цементировочную) головку, скважину промывают, а затем закачивают расчетное количество тампонажного раствора. Далее в тампонажной головке освобождают самоуплотняющуюся резиновую пробку и сверху закачивают продавочный раствор. Как только пробка сядет на упорное кольцо, в колонне резко повышается давление (момент «СТОП»). Скачок стрелки манометра будет указывать на то, что тампонажный раствор полностью вытеснился из колонны в затрубное пространство, т.е. на окончание процесса тампонажа. При тампонаже в глубоких скважинах приходится прокачивать довольно большой объем тампонажного раствора и продавочной жидкости за весьма ограниченное время, определяемое сроком начала схватывания цементного раствора. В таких условиях применяют двухступенчатое цементирование: тампонажный раствор закачивается в колонну и продавливается в затрубное пространство двумя порциями. Первая порция продавливается за колонну через башмак, а вторая – через отверстия в муфте ступенчатого цементирования (МСЦ), установленной в обсадной колонне на значительном расстоянии от башмака. Заключительные работы и проверка результатов цементирования. Продолжительность твердения цементных растворов для кондукторов - 16 ч, а для промежуточных и эксплуатационных колонн – 24 и 48 часов соответственно. По истечении срока схватывания и твердения цементного раствора (ОЗЦ) в скважину спускают электротермометр для определения фактической высоты подъема цементного раствора в затрубном пространстве (ОЦК). При схватывании и твердении цементного раствора наибольшее количество тепла выделяется в течение 5 - 10 ч после его затвердения, поэтому для получения четкой отбивки высоты подъема цементного раствора необходимо, чтобы электротермометр был спущен в течение 24 ч после окончания цементирования скважины. В последние годы широко используется акустический метод контроля качества цементирования скважин (АКЦ). Он основан на том, что часть обсадной колонны, не закрепленная цементным камнем, при испытании акустическим зондом характеризуется колебаниями значительно больших амплитуд по сравнению с высококачественно зацементированной колонной. После обвязки устья скважины в обсадную колонну спускают долото на бурильных трубах для установления местонахождения цементного раствора внутри обсадных труб. После уточнения местонахождения цементного раствора внутри обсадной колонны в случае необходимости приступают к разбуриванию заливочных пробок, остатков затвердевшего цементного раствора и деталей низа обсадной колонны (нормализация забоя). Перед опрессовкой, жидкость в колонне заменяют водой. При проверке герметичности давление опрессовки должно на 20 % превышать максимальное устьевое давление, которое может возникнуть при эксплуатации данной колонны. Колонна считается герметичной, если не наблюдается перелива воды или выделения газа, а также, если за 30 мин испытания давление снижается не более чем на 0,5 МПа при опрессовке давлением более 7 МПа и не более чем на 0,3 МПа при опрессовке давлением менее 7 МПа. Отсчет времени начинают спустя 5 мин после создания давления. Также в скважинах герметичность колонны проверяют снижением уровня жидкости, если плотность бурового раствора была менее 1400 кг/м3, или заменой более тяжелого бурового раствора на воду. Колонна считается выдержавшей испытание, если уровень жидкости в течение 8 ч поднимается не более чем на 1 м в 146- и 168-мм колоннах и на 0,5 м в 194- и 219-мм колоннах и больше (не считая первоначального повышения уровня за счет стока жидкости со стенок колонны). |