Способ и устройство спуска и цементирования обсадных колонн

Группа изобретений относится к области строительства и бурения грунта, а именно к способам и устройствам, предназначенным для спуска и установки обсадных колонн в скважинах. Способ спуска и цементирования обсадных колонн включает подготовку скважины, спуск в нее обсадной колонны, удаление бурового раствора из затрубного пространства и закачку тампонажного раствора в трубную полость и последующее его продавливание в затрубное пространство скважины. Причем по окончании спуска в скважину обсадной колонны приступают к цементированию обсадной колонны без отсоединения от инструмента спуска с силовым приводом. На этапах удаления бурового раствора из затрубного пространства, заполнения ствола скважины тампонажным раствором с последующим его продавливанием в затрубное пространство и на этапе схватывания тампонажного раствора обсадную колонну подвергают расхаживанию и вращению. Обеспечивается повышение качества цементирования обсадных колонн и долговечности крепления скважин. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области строительства и бурению грунта, а именно к способам и устройствам, предназначенным для спуска и установки обсадных колонн в скважинах [E21B7/20, E21B7/24, E21B33/14].

Известно ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ДЛЯ СПУСКА ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ С МУФТОЙ ЗАЖИМА ВЕРХНЕГО ПРИВОДА БУРОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ [CN204040906 (U), опубл.: 24.12.2014], содержащее центральную трубу, снабженную вращающейся уплотнительной соединительной пластиной, подвесным опорным основанием, главным гидроцилиндром и корпусом головки ключа, последовательно сверху вниз, под клещевым корпусом головки расположен элеватор корпуса, на нижнем конце опорного основания смонтировано кольцо, жестко соединенное с нижней торцевой поверхностью корпуса подвесного, нижний конец кольца соединен с подъемником обсадной колонны, а на поверхности подвесного кольца расположен гидроцилиндр наклона подвесного кольца.

Также известна СИСТЕМА СПУСКА ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ И БУРЕНИЯ [CA2677247 (A1), опубл.: 16.09.2004], содержащая корпус, соединяемый с верхним приводом; одну или несколько планок, соединенных с корпусом, одна или несколько планок могут приводиться в действие для зацепления трубчатого элемента; и первый зацепляющий элемент, расположенный на одной или нескольких накладках, при этом первая зацепляющая деталь имеет первую высоту, проходящую от поверхности одной или нескольких накладок; и второй зацепляющий элемент, расположенный на одной или нескольких накладках, причем второй зацепляющий элемент имеет вторую высоту, проходящую от поверхности.

Наиболее близким по технической сущности является СПОСОБ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ НЕФТЕГАЗОВЫХ СКВАЖИН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ СПОСОБА [RU 2005111493 (A), опубл.: 27.10.2006], включающий подготовку скважины, спуск в нее обсадной колонны, удаление бурового раствора из затрубного пространства путем замещения его буферной жидкостью с последующим замещением буферной жидкости путем закачки тампонажного раствора в трубную полость и последующего его продавливания в затрубное пространство скважины с герметизацией кольцевого пространства между обсадной колонной и стенками ствола скважины, отличающийся тем, что обсадную колонну подвергают вибрационному воздействию с частотой, равной или кратной резонансной частоте обсадной колонны, на этапах удаления бурового раствора из затрубного пространства и замещения его буферной жидкостью, заполнения ствола скважины тампонажным раствором с последующим его продавливанием в затрубное пространство и на этапе схватывания тампонажного раствора, при этом для ускоренного нарастания прочности и быстрого восстановления структурных связей в тампонажном растворе на последнем этапе уменьшают интенсивность вибрационного воздействия.

Основной проблемой аналогов и прототипа является проблема создания надежного контакта между цементной оболочкой, стенкой скважины и обсадных труб для предотвращения образования водящих каналов по стволу скважины. Проблема обусловлена тем, что описанные в аналогах и прототипе технологии спуска обсадных колонн предполагают разрыв во времени между окончанием спуска обсадной колонны и ее цементированием, в результате которого осуществляются периодические промывки скважины.

Спуск и цементирование обсадных колонн - один из ключевых этапов строительства скважин, направленный на крепление скважины. Данный этап сопряжен с массой трудностей, возникающих как из-за геологических, так и из-за технологических причин. Характерными являются аварии, связанные с прихватом обсадных колонн, их падением, смятием и разрывом, развинчиванием и срывом резьб. При цементировании также часто возникают аварии, вызванные с преждевременным схватыванием тампонажного раствора в обсадной колонне, неподъемом раствора в затрубном пространстве, низким качеством цементирования.

Типичной проблемой является присутствие в разрезе скважины глинистых пород - содержащиеся в них минералы набухают под воздействием буровых промывочных жидкостей. Набухание глин ведет к осыпям и обвалам, в результате при спуско-подъемных операциях возникают затяжки и посадки, обсадная колонна не доходит до проектной глубины, останавливается и прихватывается.

Прихват часто возникает также из-за плохой организации спуска колонн - в частности, из-за неудовлетворительной промывки, плохой проработки скважины перед спуском без надлежащего учета данных кавернометрии, несоблюдения параметров бурения при прохождении пород с чередующейся твердостью. По факту, это означает, что при бурении в сложных геологических условиях (а к таким сейчас относятся условия бурения до 80% новых скважин) усложняются требования к подготовке спуска обсадных колонн, увеличивается время и сложность операций, растет нагрузка на буровой персонал. В целом это приводит к росту стоимости работ по креплению скважин.

Проблемы при цементировании обсадных колонн чреваты в дальнейшем возникновением грифона - прорыв на поверхность газа (флюида), находящегося под избыточным давлением в затрубном пространстве. Такой прорыв связан с появлением в скважине межколонного давления и миграцией флюида через цементный камень. Возникновение грифона означает, что нарушена целостность скважины, что создает массу рисков. В подавляющем большинстве случаев межколонное давление возникает из-за низкого качества цементного камня - то есть плохого цементирования обсадных колонн.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.

Технический результат изобретения заключается в повышении качества цементирования обсадных колонн и долговечности крепления скважин.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ спуска и цементирования обсадных колонн, включающий подготовку скважины, спуск в нее обсадной колонны, удаление бурового раствора из затрубного пространства и закачку тампонажного раствора в трубную полость и последующее его продавливание в затрубное пространство скважины, отличающийся тем, что по окончании спуска в скважину обсадной колонны приступают к цементированию обсадной колонны без отсоединения от инструмента спуска с силовым приводом, при этом на этапах удаления бурового раствора из затрубного пространства, заполнения ствола скважины тампонажным раствором с последующим его продавливанием в затрубное пространство и на этапе схватывания тампонажного раствора обсадную колонну подвергают расхаживанию и вращению.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство спуска и цементирования обсадных колонн, содержащее инструмент спуска и обсадную колонну, отличающееся тем, что содержит удлинитель, подсоединенный к инструменту спуска и выполненный для состыковки инструмента спуска с цементировочной головой, цементировочная голова смонтирована к обсадной колонне, при этом цементировочная голова выполнена с возможностью вращения относительно соединенных к ней напорных манифольдов вместе с инструментом спуска, удлинителем и обсадной колонной.

В частности, инструмент спуска с удлинителем к силовому приводу буровой установки, цементировочная голова к удлинителю и обсадная колонна к цементировочной голове соединены через переводники.

В частности, переводники выполнены с возможностью защиты инструмента спуска и силового привода от критического момента вращения.

На фигуре схематично показано устройство одновременного спуска и цементирования обсадных колонн, на которой обозначено: 1 - верхний силовой привод, 2 - переходный переводник, 3 - инструмент спуска, 4 - патрубок-удлинитель, 5 - переходный переводник, 6 - цементировочная голова, 7 - обсадная колонна, 8 - переводник, 9 - клиновой захват, 10 - скважина.

Осуществление изобретения.

Устройство одновременного спуска и цементирования обсадных колонн содержит инструмент спуска 3, патрубок удлинитель 4, цементировочную голову 6, переходные переводники 2, 5 и переводник 8.

Переводники 2, 5 выполнены с возможностью присоединения устройства одновременного спуска и цементирования колонн к силовому приводу 1, применяемого при бурении скважин и соединения элементов устройства между собой и защиты инструмента спуска 3 и силового привода 1 от критического момента вращения.

Инструмент спуска 3 заведен и зафиксирован внутри патрубка-удлинителя 4, выполненного в виде отрезка обсадной колонны.

С нижнего конца патрубка-удлинителя 4 смонтирован резьбовым соединением переходный переводник 5.

К переходному переводнику 5 также резьбовым соединением смонтирована цементировочная голова 6.

К цементировочной голове 6 снизу с помощью переводника 8 с быстроразъемным соединителем смонтирована обсадная колонна 7.

Обсадная колонна 7 в скважине 10 разгружена на клиновой захват 9.

Подготовку устройства спуска и цементирования обсадных колонн осуществляют следующим образом.

Первоначально к верхнему силовому приводу 1 монтируют переходной переводник 2. К упомянутому переводнику 2 осуществляют монтаж инструмента спуска 3 и производят установку бурильных штроп (на фигурах не показаны), соединяющих силовой привод 1 с элеватором обсадной колонны (на фигурах не показан).

Монтируют к муфте обсадной колонны 7 быстроразъемным соединением переводник 8.

Далее, к месту монтажа подают цементировочную голову 6 с предварительно свинченным к ней сверху переходным переводником 5 и патрубком-удлинителем 4. Цементировочную голову 6, патрубок-удлинитель 4 и переходный переводник 5 в сборе берут на элеватор за патрубок-удлинитель 4, поднимают и скорректировав относительно центра скважины 10, соединяют цементировочную голову 6 к переводнику 8.

Устройство спуска и цементирования обсадных колонн готово к использованию.

Устройство спуска обсадных колонн используют следующим образом:

Спускают в скважину 10 обсадную колонну 7 и разгружают ее на клиновой захват 9.

Подключают к входным патрубкам цементировочной головы 6 источник подачи тампонажного раствора (на фигурах не показан) и приводят во вращение верхний силовой привод 1.

Открывают на цементировочной голове 6 подачу тампонажного раствора внутрь обсадной колонны 7. Тампонажный раствор, под давлением вытесняет буровой раствор сначала из объема обсадной колонны 7, а затем из затрубного пространства, при этом в процессе подачи тампонажного раствора благодаря механической связке верхнего силового привода 1 с обсадной колонной 7 через инструмент спуска 3, удлинитель 4 и цементировочную голову 6, вращение верхнего силового привода 1 передают обсадной колонне 7.

Технический результат изобретения - повышение качества цементирования обсадных колонн и долговечности крепления скважин достигается за счет качественного заполнения затрубного пространства тампонажным раствором (в том числе при недостаточной центровке обсадной колонны 7), что резко снижает риск возникновения грифона и в последствии перетоков жидкостей в межколонном пространстве. Применение устройства спуска обсадных колонн с цементировочной головкой 6, вращения и расхаживания обсадных колонн 7 в процессе цементирования скважины 10 позволяет поднимать раствор в зону потока, что обеспечивает более качественную замену бурового раствора в скважине 10 тампонажным. Таким образом снижается риск возникновения "мертвых зон" в затрубном пространстве.

В то же время устройство спуска позволяет исключить применение различных башмаков (прорабатывающих, подбуривающих, гидравлических), что существенно снижает затраты на крепление скважины в целом - как временные, так и финансовые и риски аварий и проблем при строительстве скважины.

Описанный способ спуска и цементажа обсадных колонн реализуется на одном оборудовании, без дополнительного подъема и монтажа цементирующей головы, которая сразу крепится при спуске обсадных колонн.

С 2019 года реализовано более 15 проектов с использованием технологии спуска и цементирования обсадных колонн с вращением на глубинах до 3927 м. Работы выполнялись в сложных геологических и климатических условиях Крайнего Севера. Результатами работ явилось сокращение времени, затрачиваемого на заворот-отворот промывочного оборудования при промежуточных промывках. При использовании технологии одновременного спуска и цементажа график работ выдерживался четко и с гарантированно качественным результатом, при снижении затрат на крепление скважин.

Применение способа спуска и цементирования обсадных колонн позволило исключить проработку ствола и шаблонирование и обеспечило прохождение обсадных колонн даже в сложных геологических условиях через пласты с чередующейся твердостью, в том числе содержащих глинистые породы.

1. Способ спуска и цементирования обсадных колонн, включающий подготовку скважины, спуск в нее обсадной колонны, удаление бурового раствора из затрубного пространства и закачку тампонажного раствора в трубную полость и последующее его продавливание в затрубное пространство скважины, отличающийся тем, что по окончании спуска в скважину обсадной колонны приступают к цементированию обсадной колонны без отсоединения от инструмента спуска с силовым приводом, при этом на этапах удаления бурового раствора из затрубного пространства, заполнения ствола скважины тампонажным раствором с последующим его продавливанием в затрубное пространство и на этапе схватывания тампонажного раствора обсадную колонну подвергают расхаживанию и вращению.

2. Устройство спуска и цементирования обсадных колонн, содержащее инструмент спуска и обсадную колонну, отличающееся тем, что содержит удлинитель, подсоединенный к инструменту спуска и выполненный для состыковки инструмента спуска с цементировочной головой, цементировочная голова смонтирована к обсадной колонне, при этом цементировочная голова выполнена с возможностью вращения относительно соединенных к ней напорных манифольдов вместе с инструментом спуска, удлинителем и обсадной колонной.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что инструмент спуска с удлинителем к силовому приводу буровой установки, цементировочная голова к удлинителю и обсадная колонна к цементировочной голове соединены через переводники.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что переводники выполнены с возможностью защиты инструмента спуска и силового привода от критического момента вращения.