Курс лекций по "Нефтедобыче"

Преимущество использования  колонны-хвостовика заключается в том, что не нужно пропускать обсадную трубу до самой поверхности. Обсадные колонны стоят дорого, поэтому, используя меньшее число таких колонн, можно заметно сократить расходы.

Иногда колонны-хвостовики устанавливаются в скважине в  качестве защитных обсадных труб, выполняя ту же функцию, что промежуточная колонна.

 

                Эксплуатационная обсадная колонна

Эксплуатационная обсадная колонна известна под названием нефтяной колонны или последней колонны. Она отделяет нефть и/или газ от нежелательных флюидов продуктивного пласта и от других зон, через которые проходит ствол скважины. Эта обсадная труба служит также защитным кожухом для насосно-компрессорной колонны и другого оборудования, используемого в скважине.

Эксплуатационная обсадная колонна — последнее звено  обсадной колонны, вводимое в скважину. Это непрерывная труба, идущая от поверхности до продуктивных пластов.

 

  Вспомогательное оборудование обсадной колонны

 

При введении обсадной колонны в скважину используется много инструментов и приспособлений (рис. 8.3). Рассмотрим некоторые из них.

 

                    Направляющий башмак

Направляющий башмак представляет собой тяжелый тупой  предмет, располагаемый на нижней части обсадной трубы, который предотвращает деформацию нижнего конца трубы. Направляющий башмак имеет закругленный нос, чтобы направлять обсадную трубу сквозь или мимо любых препятствий, которые могут встретиться в скважине. Он также снабжен цементировочной муфтой внутри основания, которая помогает закреплению цемента на обсадной колонне. Его внутренний диаметр меньше, чем диаметр обсадной колонны, чтобы ограничить подъем бурового раствора в колонну, а также обеспечить некоторую плавучесть.

 

                     Муфта с обратным клапаном

Муфта с обратным клапаном представляет собой многоцелевое приспособление, позволяющее опускать обсадные трубы в ствол скважины. Обратный клапан запирается за счет давления снаружи столба флюида. Этот клапан предотвращает попадание жидкости в процессе погружения обсадной трубы в скважину. Он также служит запорным клапаном, не позволяющим цементу стекать обратно после закачивания вверх по кольцевому зазору снаружи колонны труб. Это приспособление важно, так как плотность жидкого цементного раствора всегда выше плотности бурового раствора.

Кроме того, обратный клапан также предупреждает прорыв по обсадной колонне, если в ходе цементирования произойдет выброс. Это средство безопасности очень важно, когда пласты высокого давления выходят в открытую скважину.

Муфта с обратным клапаном может служить для остановки  верхней цементировочной пробки при вытеснении цементного раствора. Преимущество такого варианта состоит в том, что известное количество цементного раствора останется внутри обсадной колонны между муфтой и башмаком. Если циркуляция цементного раствора происходит внутри обсадной колонны, цемент хорошего качества заполняет кольцевое пространство выше башмака колонны. Это позволяет некоторому количеству цементного раствора оставаться внутри колонны труб у башмака и дает разработчику месторождения чувство уверенности, что в этой точке снаружи обсадной колонны оказался высококачественный цемент.

 

                        Центраторы и скребки                          I

Центраторы и скребки присоединяются к обсадной колонне для облегчения цементирования. Центраторы представляют собой неподвижные пружины, держащие трубу в центре скважины, и не контактируют с ее стволом. Это гарантирует правильность распределения цемента вокруг трубы. Скребки представляют собой механические приспособления с проволочными пальцами, присоединенными к трубе вместе с центраторами. Скребки обдирают ствол скважины при возвратно-поступательных или вращательных движениях обсадной колонны. Это позволяет удалять глинистую корку — слой бурового раствора и обломков выбуренной породы, откладывающиеся на стенках. К такой поверхности цемент прилипает лучше.

 

                               Устье скважины

Устье скважины — соединение обсадной трубы с про-тивовыбросовым устройством или с фонтанной арматурой. Это несъемное устройство, которое крепится болтами или приваривается к направляющей трубе или кондуктору. Устье скважины располагается в устьевой шахте в случае скважин на суше или на устьевой палубе домкратных или других морских платформенных бурильных установок. Баржи, полупогружные суда и буровые суда устанавливают устья скважин на морском дне.

Кондукторная обсадная труба почти всегда приваривается  к устью скважины. Последующие  обсадные колонны вставляются внутрь кожуха устья скважины и поддерживаются подвеской обсадной колонны, которая запирает и герметизирует внутренность кожуха. Защитные втулки или протекторы бура защищают уплотняемую поверхность при прохождении бура через устье скважины.

 

                            Цементирование

 

Устье скважины не может удерживать вес тысяч метров обсадных труб. Начиная с определенного места, обсадную трубу для дополнительной стабильности закрепляют на стенке ствола скважины. Для этого ее цементируют.

Цементирование нефтяных скважин представляет собой процесс смешивания и вытеснения цементного раствора по обсадной колонне и вверх по кольцевому зазору снаружи трубы. После схватывания цемента образуется связка между трубой и породой.

Цементирование  преследует несколько целей:

- прикрепляет трубу к скальной породе;

- защищает трубу и продуктивные пласты;

- герметизирует пласты, создающие неудобства, перед продолжением бурения;

- предохраняет зоны высокого давления от выбросов;

- обеспечивает опору для обсадной трубы;

- предотвращает коррозию труб;

- создает уплотнение на случай резкого скачка давления при продолжении бурения.

 

Цементирование  делится на первичное и вторичное. Первичное цементирование проводится сразу после введения обсадной колонны в скважину, для того чтобы эффективно герметизировать и разделить каждую зону и защитить трубу. Вторичное цементирование выполняется после первичного. Обычно это часть ремонтных или восстановительных работ.

 

                 Первичное цементирование

Существует семь методов  цементирования:

 

- одностадийное цементирование по обсадной колонне, называемое нормальной технологией вытеснения;

- многоступенчатое цементирование, применяемое на скважинах с критическими градиентами давления гидравлического разрыва пласта или если требуется тщательное цементирование последней обсадной колонны;

- внутриколонное цементирование через бурильную трубу (ис             пользуется для колонн большого диаметра);

- многорядное цементирование (применяется для труб малого диаметра);

- обратная циркуляция в критических пластах;

-замедленное схватывание для критических пластов и для улучшения установки на место;

- цементирование снаружи кольцевого зазора по рабочей колонне для кондуктора и других труб большого диаметра.

 

Из приведенных методов  основными являются одностадийное  и ступенчатое цементирование.

              Одностадийное цементирование

Вслед за буровым раствором, но перед пробкой на забое в  скважину закачивается буферная жидкость: 1500— 2500 л воды или химического  реагента. Вода или химический реагент  служат для промывки и создают пространство между буровым и цементным растворами. Они также помогают удалить спекшийся буровой раствор из ствола скважины и смывают глину перед цементным раствором, снижая таким образом загрязнение.                                        I

Цементировочные заглушки обычно представляют собой алюминиевые чушки, завулканизированные в литую резину. Когда нижняя пробка достигает муфты с обратным клапаном, разрывается диафрагма, выпускающая цементный раствор вниз по обсадной колонне, а затем вверх по кольцевому зазору снаружи трубы. Прочно смонтированная верхняя пробка выпускается, когда замешан весь цемент. Она поступает вслед за цементным раствором. Цементный раствор подгоняется буровым раствором или другой жидкостью для вытеснения цемента вниз по обсадной колонне. Пробка обеспечивает полное отсекание, когда достигает муфты с обратным клапаном. Заглушка, содержащая цементировочную головку, применяется для сброса пробок.

Повышение давления нагнетания служит сигналом того, что верхняя  пробка достигла муфты с обратным клапаном. Такая ситуация называется стуком заглушки. Для гарантии хорошей циркуляции и вытеснения цемента обсадная труба приводится в возвратно-поступательное или вращательное движение или одновременно в оба. Они не прекращаются в течение всего времени, необходимого для циркуляции, замешивания цемента и вытеснения.

 

                 Ступенчатое цементирование

Данная технология используется для цементирования двух или более  раздельных секций за обсадной колонной. Это обычно требуется для последней обсадной колонны, которая могла бы вызвать разрушение пласта, если бы цемент вытеснялся со дна. Главной частью при этом является соединительный элемент с отверстиями, который размещается в назначенной точке колонны.

Вначале обычным способом цементируется нижняя часть колонны с использованием пробок, которые проходят через муфту для ступенчатого цементирования, при этом отверстия остаются закрытыми. Затем устройство для ступенчатого цементирования открывается гидравлически с помощью специальных заглушек, после этого флюид перекачивается через данное устройство на поверхность. Цемент вводится в верхнюю секцию через отверстия, которые затем закрываются последней пробкой, следующей за цементом.

                      Вторичное цементирование

Работы по вторичному цементированию проводятся после первичного цементирования. Оно может применяться для закупоривания открытой зоны, сухой скважины или для выдавливания цемента сквозь перфорацию. Вторичное (исправительное) цементирование отделяет зоны, дающие нефть и газ, от пластов, содержащих другие жидкости. Оно применяется также для:

- дополнения или восстановления первичного цементирования;

- ремонта поврежденной обсадной трубы или неправильно размещенных перфораций;

- уменьшения угрозы поглощения бурового раствора в открытой скважине при продолжении бурения;

- отказа от непродуктивной или истощенной зоны;

- изоляции участка перед перфорированием;

- гидроразрыва пласта.

 

Раствор под давлением  закачивают через перфорационные отверстия. Скорость закачивания должна быть низкой, чтобы могло пройти обезвоживание и начальное схватывание. Подача раствора продолжается до достижения искомого давления прокачивания.

 

                   Классификация цементов

 

В результате исследований, направленных на поиск гидравлического цемента, который мог бы использоваться под водой, ученые обнаружили, что известковый раствор из загрязненных известняков превосходит по свойствам растворы из чистых известняков. На основании этого открытия проводился обжиг смесей известковых и глиноземистых материалов. Так был разработан запатентованный процесс получения материала, известного под названием портландцемент и напоминающего бетон, производимый на острове Портланд у берегов Англии.

 

                        Добавки к цементу

 

Большая часть работ  по цементированию скважин выполняется с использованием заранее подготовленных систем силосов, а не перетаскиванием вручную мешков с цементом. Системы с силосами позволяют рабочим готовить и поставлять смеси, специально предназначенные для любых конкретных условий скважины. Это достигается введением добавок в цементы классов А, В, С или Н по АР1. Одни добавки замедляют, а другие ускоряют схватывание цементного раствора. Различные добавки могут также выполнять следующие функции:

- сокращать плотность раствора;

- увеличивать объем раствора;

- увеличивать время загустевания и связанное с ним время схватывания;

- сокращать время ожидания затвердевания цементного раствора и увеличивать начальную прочность;

- снижать водопотери;

- предотвращать преждевременное обезвоживание;

- повышать плотность раствора для противодействия давлению.

 

Цементы для направляющей трубы и кондуктора находятся  при более низких температурах и  нуждаются в ускорителе, способствующем схватыванию цемента и сокращающем чрезмерное время затвердевания.

Для глубоких скважин замедлители схватывания увеличивают диапазон перекачиваемости цемента. Основным фактором, управляющим использованием дополнительных замедлителей, является температура забойной зоны. По мере повышения температуры реакция между цементом и водой ускоряется. Это сокращает время загустевания цемента и снижает перекачиваемость. Некоторое влияние оказывает давление, но повышение температуры на каких-то 10°С может означать переход от успешного к безуспешному проведению цементирования.