Способ крепления скважины обсадной колонной

 

Использование: при креплении скважин обсадными колоннами, спущенными секциями. Обеспечивает повышение качества крепления скважины. Сущность изобретения: способ крепления скважин включает спуск обсадной колонны секциями, затем обсадную колонну цементируют, верхнюю секцию колонны подвешивают в противовыбросовом оборудовании, которое устанавливают на предыдущей обсадной колонне. После окончания крепления скважины нижней секции противовыбросовое оборудование демонтируют и устанавливают колонную головку для подвески верхней секции. Эту секцию после ее спуска и стыковки с нижней секцией натягивают из расчета температурных условий узла стыковки секций обсадной колонны. При этом подвеску верхней части верхней секции обсадной колонны осуществляют в период после начала схватывания цементного раствора, но не позднее 2/3 его периода схватывания. Натягивание осуществляют с усилием из расчета температурных условий в приустьевой части скважины.

Изобретение относится к бурению скважин на нефть и газ, более конкретно к способам крепления скважин обсадными колоннами, спущенными секциями.

Известен способ крепления скважин обсадной колонной, включающий спуск обсадной колонны секциями, цементирование обсадной колонны и ее подвеску в скважине [1] Данный способ может быть применен только в том случае, когда верхняя часть обсадной колонны не зацементирована. Большим недостатком способа является и то, что натяжение обсадной колонны производят сразу после окончания цементирования. Это приводит к тому, что натяжение производится под воздействием полного веса обсадной колонны. При значительном весе обсадной колонны это приводит к повышенным нагрузкам на ее приустьевую часть в процессе эксплуатации скважины.

Известен и другой способ крепления скважины обсадной колонной, включающий спуск обсадной колонны секциями, цементирование и подвеску ее в колонной головке устьевого оборудования [2] Так как в данном способе натяжение обсадной колонны производят сразу после ОЗЦ, то возникают следующие осложнения. Так как буровые вышки не имеют "центра" относительно устья скважины, то в момент натяжения невозможно подвесить колонну на клинья в колонной головке. Приходится колонну разгружать и разбирать устьевое оборудование. Только после разборки устьевого оборудования удается колонну подвесить на клинья. Разгрузка колонны вызывает целый ряд осложнений: разрушение цементного кольца в верхней части заколонного пространства, деформация труб и резьбовых соединений и т.д.

Наиболее близким к предлагаемому является способ крепления скважины обсадной колонной, включающий спуск обсадной колонны секциями, цементирование обсадной колонны и подвеску ее верхней секции в противовыбросовом оборудовании, установленном на предыдущей обсадной колонне [3] В данном способе натяжение верхней секции также производят после ОЗЦ. Так как в подавляющем большинстве буровая вышка не отцентрирована относительно центра устья скважины, а цементное кольцо в пристьевой части к этому моменту уже затвердело, то произвести подвеску верхней секции на клинья колонной головки не возможно. Поэтому верхнюю секцию после ОЗЦ приходится разгружать полностью, чтобы демонтировать противовыбросовое оборудование, установленное на предыдущей обсадной колонне. Разгрузка веса колонны приводит к разрушению цементного кольца в верхней части и образованию "свободного" пространства. В момент разгрузки, особенно при наличии незацементированной части заколонного пространства вверху может быть потеря герметичности резьбовых соединений обсадной колонны от ее изгиба, а иногда даже смятие труб.

Большим недостатком данного способа является и то, что натяжение нижней и верхней частей верхней секции производится с одинаковым усилием. Это не отвечает условиям работы этих частей верхней секции в процессе эксплуатации скважины. Температурный перепад для узла стыковки и приустьевой части разный. Поэтому должно быть и различное усилие натяжения этих частей. Натяжение узла стыковки с нерациональным усилием приводит к появлению знакопеременных нагрузок в этой части колонны и последующему разрушению цементного кольца за обсадной колонной.

Таким образом недостатком известного способа является низкое качество крепления скважины за счет пропусков в узле стыковки, незацементированной части верхней секции и потери герметичности заколонного пространства.

Целью изобретения является повышение качества крепления скважины за счет предотвращения негерметичности заколонного пространства.

Достигается это тем, что в известном способе крепления скважины обсадной колонной, включающем спуск обсадной колонны секциями, цементирование обсадной колонны и подвеску ее верхней секции в противовыбросовом оборудовании, установленном на предыдущей обсадной колонне, после окончания крепления скважины нижней секцией обсадной колонны демонтируют противовыбросовое оборудование и устанавливают колонную головку для подвески верхней секции обсадной колонны, которую после ее спуска и цементирования натягивают из расчета температурных условий узла стыковки секций обсадной колонны, при этом подвеску верхней части верхней секции обсадной колонны осуществляют в период после начала схватывания цементного раствора, но не позднее 2/3 его периода схватывания и с усилием из расчета температурных условий в приустьевой части скважины.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

В скважину спускают нижнюю секцию обсадной колонны и производят ее цементирование. После этого производят спуск верхней секции, оборудованной узлом стыковки, позволяющим производить его натяжение. Перед спуском верхней секции демонтируют противовыбросовое оборудование и на его место устанавливают колонную головку для подвески верхней секции обсадной колонны. Производят расчет натяжения узла стыковки в верхней секции из температурных условий.

Работы производят в следующем порядке.

Если стыковка производится в открытом стволе скважины, то низ верхней секции оборудуют муфтой для ступенчатого цементирования. В этом случае после спуска и промывки скважины производят стыковку секций и их натяжение с расчетным усилием. После этого цементируют верхнюю секцию через муфту для ступенчатого цементирования, и скважину оставляют на ОЗЦ под расчетным натяжением верхней секции. В период после начала схватывания цементного раствора производят подвеску верхней части этой секции в колонной головке, но не позднее 2/3 периода схватывания с расчетным усилием для температурных условий приустьевой части. Такой подход к времени подвески объясняется следующим: В период после начала схватывания цементного раствора в цементном растворе уже есть каркас, который удерживает обсадную колонну с некоторым усилием. В цементном растворе в этот период (но до 2/3 периода схватывания) еще есть жидкая фаза, которая при малейшей деформации имеющегося каркаса заполняет зоны его разрушения. В последующем эта жидкая фаза превращается в цементный камень, аналогичный камню из неразрушенного цементного каркаса. При подвеске верхней секции в этот период в момент изменения усилия натяжения от собственного веса до расчетного усилия часть каркаса разрушается под воздействием изменения усилия натяжения верхней секции обсадной колонны. В последующем жидкая фаза заполняет разрушенный объем. Вся эта масса до конца схватывания образует каркас и схватывается. В результате эта часть обсадной колонны работает в наиболее благоприятных условиях: вся верхняя часть остается зацементированной и одновременно натянутой с расчетным усилием (без осевой перегрузки).

При стыковке в предыдущей обсадной колонне работы производят в таком порядке. После спуска верхней секции "нащупывают" воронку нижней секции. Уточнив положение воронки, верхнюю секцию поднимают на 1-1,5 м и производят промывку скважины. Закачивают цементный раствор и продавливают его в затрубное пространство. После этого секции стыкуют и производят их натяжение с требуемой нагрузкой. Скважину оставляют на ОЗЦ. В период схватывания, но не позднее 2/3 его периода схватывания производят подвеску верхней части верхней секции в колонной головке на клинья.

П р и м е р. Способ применяют при строительстве газовой скважины глубиной 5000 м. Данные по скважине: эксплуатационная колонна диаметром 146 мм спускается двумя секциями длиной каждая по 2500 м. Температура в скважине в месте установки узла стыковки во время цементирования верхней секции 20^оС, в процессе эксплуатации скважины 80^оС. Перепад температур на устье скважины при добыче газа 30^оС. Толщина стенки труб верхней секции и стыковочного патрубка 10 м. Промежуточная колонна диаметром 245 мм спущена на 2100 м. Продуктивные отложения в интервале до 4000 м, т.е. полностью перекрыты нижней секцией.

По окончании бурения скважины в нее спускают нижнюю секцию эксплуатационной колонны диаметром 146 мм и производят ее цементирование. После ОЗЦ определяют качество цементирования. При нормальном качестве и отсутствии признаков нефтегазопроявления производят демонтаж противовыбросового оборудования. Так как на промежуточной колонне диаметром 245 мм не было установлено колонной головки для подвески колонны диаметром 146 мм, то имеющуюся головку убирают и на ее место устанавливают колонную головку типа "ОК1-350х146х245", позволяющей подвешивать колонну диаметром 146 мм.

Производят расчеты натяжения нижней (т. е. и узла стыковки секций) и верхней частей верхней секции по следующей методике: 1. Расчет натяжения нижней части верхней секции.

В процессе эксплуатации скважины нижняя часть верхней секции вместе с узлом стыковки подвержена температурным воздействиям. Поэтому расчет натяжения производят по следующей формуле: P_t α x E x F xΔ T x 10^-3, где α коэффициент линейного расширения; Е модуль упругости, Н/м²; F площадь поперечного сечения стыковочного патрубка (обсадной трубы), м²; ΔТ величина (амплитуда колебаний) нагрева, градусы (^оС).

Так как нижняя секция зацементирована на всю высоту, то величина натяжения узла стыковки (верхней части нижней секции и нижней части верхней секции) определяется только температурным воздействием (в данном случае равным 80-20 60^оС) и будет равно P_t1 55 тс.

2. Расчет натяжения верхней части верхней секции.

Величина натяжения верхней чаcти верхней cекции определяетcя только температурными колебаниями в процессе эксплуатации скважины. Температурный перепад равен 30^оС. Подставив все данные в вышеприведенную формулу, получим P_t2 27,5 тс.

Сделав названные расчеты, приступили к спуску верхней секции. Низ секции оборудовали устройством для соединения секций обсадных колонн по авт. св. 1670088 и цементировочной муфтой, установленной над ним. С промывкой "нащупали" верх нижней секции, промыли скважину и после этого произвели стыковку секций с натяжением Р_t1 55 тс. Закачали цементный раствор и продавили его в затрубное пространство. Скважину оставили на ОЗЦ. При производстве натяжения учитывают изменение веса верхней секции от закаченного цементного раствора.

Данные по цементному раствору:
Начало схватывания 2 ч 30 мин,
Конец схватывания 3 ч 45 мин.

Через 3 ч 20 мин с момента затворения цементного раствора убрали съемный желоб и произвели подвеску верхней секции на клинья колонной головки с усилием натяжения 27,5 тс. После этого на обсадной колонне установили фонтанную арматуру и произвели опрессовку ее вместе.

Внедрение предлагаемого способа улучшает качество крепления глубоких скважин обсадными колоннами, спущенными секционным методом, за счет повышения качества цементного кольца в затрубном пространстве, обеспечения герметичности резьбовых соединений труб и узла стыковки. Это повышает долговечность обсадных колонн, сокращает затраты времени и средств на борьбу с межколонными проявлениями.

Формула изобретения

СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ СКВАЖИНЫ ОБСАДНОЙ КОЛОННОЙ, включающий спуск обсадной колонны секциями, цементирование обсадной колонны и подвеску ее верхней секции в противовыбросовом оборудовании, установленном на предыдущей обсадной колонне, отличающийся тем, что после окончания крепления скважины нижней секцией обсадной колонны демонтируют противовыбросовое оборудование и устанавливают колонную головку для подвески верхней секции обсадной колонны, которую после ее спуска и стыковки с нижней секцией натягивают из расчета температурных условий узла стыковки секций обсадной колонны, при этом подвеску верхней части верхней секции обсадной колонны осуществляют в период после начала схватывания цементного раствора, но не позднее 2/3 его периода схватывания и с усилием из расчета температурных условий в приустьевой части скважины.