График совмещенных давлений

Обсадные трубы. Понятие о расчете обсадной колонны на прочность

После углубления скважины по мере необходимости проводят работы по креплению ее ствола обсадной колонной.

Процесс крепления скважины состоит из двух видов работ:

• — спуск в скважину обсадной колонны;
• — цементирование обсадной колонны.

Цели крепления скважин.

• § закрепление стенок скважины в интервалах неустойчивых горных пород;
• § изоляция зон катастрофического поглощения промывочной жидкости и зон возможных перетоков пластовой жидкости по стволу;
• § разделение интервалов, где геологические условия требуют применения промывочной жидкости с весьма различной плотностью;
• § разобщение продуктивных горизонтов и изоляция их от водоносных пластов;
• § образование надежного канала в скважине для извлечения углеводородов или подачи закачиваемой в пласт жидкости;
• § создание надежного основания для установки устьевого оборудования нефтегазовой скважины.

Строительство скважины осуществляется в соответствии с проектом ее конструкции.

Конструкция скважины состоит из ствола, пробуренного в горных породах и нескольких обсадных колонн (ОК), закрепленных в этих породах с помощью цемента.

Конструкция скважины характеризуется:

глубиной (протяженностью) скважины и интервалов под каждую ОК;

диаметром ствола скважины под каждую ОК;

количеством ОК, спускаемых в скважину, глубиной их спуска, их длиной, диаметром и интервалами их цементирования.

Рис. Обозначение конструкции скважины: а — профиль скважины; б — рабочая схема конструкции скважины

Обсадные колонны 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 выветренными 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 (хвостовик) — 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 ее называют " летучкой" .

Число обсадных колонн определяется на основании анализа геологического разреза в месте заложения скважины, наличия зон, где бурение сопряжено с большими осложнениями, анализа картины изменения коэффициентов аномальности пластового давления и индексов поглощения, а также накопленного практического опыта проводки скважин.

По имеющимся данным строят совмещенный график изменения коэффициента аномальности пластового давления kа и индекса давления поглощения (гидроразрыва) kгр с глубиной и на нем выделяют интервалы, которые можно проходить с использованием раствора одной плотности.

— Коэффициент аномальности пластового давления.

— Индекс (коэффициент) давления поглощения (гидроразрыва).

Каждая обсадная колонна (ОК) собирается из обсадных труб одного номинального размера (одноразмерная колонна), или двух номинальных размеров (комбинированная колонна).

Дополнительные элементы ОК:

башмак, обратный клапан, заливочный патрубок, упорное кольцо, заливочная муфта, трубные пакеры, центраторы, скребки.

• § Башмак обсадной колонны навинчивают на нижний конец первой (снизу) обсадной трубы и закрепляют сваркой. Он служит для предохранения нижнего торца обсадной колонны от смятия и для ее направления по стволу скважины в процессе спуска.
• § Обратный клапан устанавливают в нижней части обсадной колонны на одну-две трубы выше башмака. Имеются конструкции колонных башмаков, включающие обратный клапан. Обратный клапан служит для перекрытия пути поступления жидкости внутрь обсадной колонны.
• § Заливочный патрубок устанавливают непосредственно над башмаком (ниже обратного клапана). Он представляет собой отрезок трубы длиной около 1,5 м с отверстиями, расположенными по винтовой линии. Они соединяют затрубное пространство с внутренним объемом обсадной колонны. Заливочный патрубок применяют для подачи цементного раствора в затрубное пространство при цементировании обсадной колонны.
• § Упорное кольцо (кольцо «стоп») устанавливают в обсадной колонне на 20 — 30 м выше башмака. Оно имеет суженный внутренний диаметр и служит для задерживания цементировочных пробок. Кольцо изготовляют из серого чугуна, иногда применяют упорные кольца, изготовленные из цемента.
• § Заливочной муфтой обсадная колонна оснащается в том случае, если предусматривается ступенчатое цементирование. Она позволяет открыть в нужный момент каналы для подачи цементного раствора в затрубное пространство, а затем вновь их перекрыть. Место установки муфты определяется заранее по протяженности интервалов цементирования.
• § Трубный пакер вводят в оснащение обсадной колонны для создания надежной изоляции отдельных интервалов в затрубном пространстве. Пакер устанавливают в местах залегания устойчивых непроницаемых горных пород. Надежная изоляция пакеров достигается деформированием эластичного элемента, надетого на корпус, и плотным его смыканием со стенкой скважины.
• § Центраторы («фонари») устанавливают на обсадной колонне для поддержания соосности ствола скважины и спущенной обсадной колонны и создания благоприятных условий для равномерного распределения цементного раствора по кольцевому зазору.
• § Скребки устанавливают на обсадной колонне для удаления глинистой корки со стенок скважины и повышения надежности сцепления цементного камня со стенками ствола скважины. Скребки бывают круговые и прямолинейные.

Расчет колонны на прочность выполняется исходя из условия, что при любом самом неблагоприятном сочетании действующих нагрузок напряжение в опасном сечении трубы не превысит предела текучести ее материала и не вызовет необратимой деформации, которая в конечном счете может привести к разрушению обсадной колонны!