книги из ГПНТБ / Шацов Н.И. Разобщение пластов в нефтяных и газовых скважинах (конструкции, крепление и цементирование скважин)

ного раствора, обычно более низкого качества. Упорное кольцо нужно устанавливать вблизи башмака, чтобы его не пришлось разбуривать; иногда устанавливают на 20—30 Л1 от башмака, т. е. на второй или на третьей трубе выше обратного клапана.

Разбуривание цементного камня в колонне связано с опас­ ностью нарушения прочности соединения труб, с излишней до­ ставкой на буровую длинной колонны бурильных труб меньшего размера и т. и. Поэтому там, где отсутствуют подошвенные воды, при выборе конструкции скважины следует предусмотреть не­ большое углубление ствола скважины, чтобы не разбуривать цементный камень в трубах.

§ 3. Центрирование колонн обсадных труб в скважине

Чтобы обеспечить более надежную соосность эксплуатацион­ ной колонны со стволом скважины и создать лучшие условия для цементирования, в нижней части обсадной колонны труб следует устанавливать центрирующие пружинные фонари ГрозНИИ, сконструированные Н. А. Кулигиным и К. И. Лош­ каревым [44, 45].

Устанавливают фонарь на трубу в то время, когда она под­ нята над скважиной (перед навинчиванием в муфту спущенной ранее трубы) или же, когда труба еще лежит на мостках. В фо­ нарь до установки его на трубе заводят (между планками) упор­ ное кольцо, затем фонарь одевают на трубу (с конца, свободного от муфты) верхним концом. Расстояние от упорного кольца до муфты трубы должно быть не менее 500 мм. Это вызвано тем, чтобы в момент деформации фонаря муфта обсадной трубы не препятствовала его удлинению. После того как фонарь наденут на трубу, его перемещают таким образом, чтобы после спуска колонны в скважину он оказался установленным в желаемом месте ствола.

Из анализа опыта применения пружинных фонарей в верти­ кальных и наклонных скважинах установлено [44, 45]:

вкотором необходимо надежно разобщить пласты;

3)размещать фонари следует равномерно в интервале всей продуктивной зоны, против водяных, нефтяных и газовых пла­ стов, в местах, где на кавернограмме отсутствует расширение ствола скважины;

4)значительное количество пружинных фонарей на колонне не затрудняет спуска колонны, наоборот, такие колонны спу­ скаются плавно, не зарезаются в суженных местах ствола сква­ жины («желоба»);

93

5)пружинные фонари на колонне являются как бы скребками; сдирая глинистую корку со стенок скважины, они способствуют лучшему контакту цементного камня со стенками скважины;

6)для успешного применения пружинных фонарей на южных месторождениях в местах посадок следует прорабатывать ствол скважины долотом такого же размера, которым бурили ствол . скважины в интервале установки фонарей.

Необходимо промывать скважины после окончания спуска колонны, непосредственно перед цементированием. Сначала сле­ дует промывать с небольшим расходом промывочной жидкости (лучше всего цементировочным агрегатом), чтобы сдвинуть гли­

при подготовке скважины и спуске колонн обсадных труб

Прежде чем приступить к спуску очередной колонны обсад­ ных труб, необходимо выполнить ряд подготовительных работ.

До спуска обсадных труб надо тщательно осмотреть и про­ верить состояние и грузоподъемность вышки, бурового оборудо­ вания, а также талевого каната и обратить особое внимание на состояние оснований вышки и подроторных брусьев, на которые будет опираться спускаемая колонна труб.

Чтобы установить точную глубину забоя, после последней промывки надо тщательно проверить длину каждой свечи при подъеме бурильных труб из скважины.

Как правило, перед спуском обсадной колонны скважину промывают для полного удаления всех обломков выбуренных частиц породы и доведения колонны до забоя.

твор с минимальной вязкостью против обычно нормируемых. Критерием длительности промывки скважины перед спуском

колонны служит одинаковый удельный вес глинистого раствора, поступающего в скважину и выходящего из нее.

Перед спуском обсадные трубы предварительно осматривают, замеряют от края муфты до риски на другом конце и пропускают через них шаблон. Все трубы нумеруют и укладывают на мо­ стки около буровой в той последовательности, как они будут спускаться в скважину. Резьбу труб перед свинчиванием сма­ зывают суриком, разведенным на олифе с добавкой гра­ фита.

1 Если сразу промывать с большим расходом, то собравшийся под фона­ рями шлам может затруднить восстановление циркуляции.

94

Особое внимание надо обратить на свинчивание обсадных труб. Если при навинчивании вручную остаются недовернутыми больше пяти-шести ниток, такую трубу следует заменить и ни в коем случае не прибегать к завинчиванию при помощи буровой лебедки. Также необходимо заменить трубу в тех случаях, когда она свободно поворачивается от руки до конца резьбы.

В процессе спуска необходимо следить за полным доверты­ ванием труб, чтобы риски одной трубы были на уровне края муфты другой. Если же трубы довертываются не полностью, то необходимо строго учитывать у каждой трубы расстояние между ее риской и муфтой следующей трубы. Затем, просумми­ ровав эти расстояния, добавить их к ранее замеренной длине труб.

Следует иметь в виду, что действительная длина колонны в результате растяжения под действием собственного веса больше, чем замеренная. Удлинение, как известно, определяется по фор­ муле

с толщиной стенок 12 мм, длиной 2000 м, весом 160 т составляет

Кроме удлинения вследствие растяжения от собственного веса, колонна может также удлиниться в результате повышения температуры в скважине. Колонна длиной 1500 м вследствие температурного расширения может .удлиниться на 18 см. О том, что эти удлинения колонны достигают весьма существенной ве­ личины, подтверждают наблюдения над подъемом колонны из глубоких скважин, когда требуется дать натяжку на несколько метров, прежде чем подъемный механизм воспримет полный вес колонны. Многие бурильщики во время ликвидации прихвата труб считают, судя по натяжке колонны, что нормальное удли­ нение составляет 8,5 см на каждые 100 м длины труб.

В тресте Татнефтеразведка применен автоматический прибор, замеряющий длину бурильных и обсадных труб при спуске их в скважину (рис. 35).

Прибор, устанавливаемый на стойках на полу буровой под приборами индикатора веса, при помощи троса и ленты (цепи) соединяется с талевым блоком.

Контактное приспособление регулируется и устанавливается на трансформаторе давления индикатора веса с таким расчетом, чтобы при подвеске свечи (или обсадной трубы) на крюке контакты

95

были разомкнуты, а при соединении свечи с турбобуром или удлинителем (или обсадных труб) — сомкнуты и замкнута элек­ троцепь аккумулятора. После замера длины турбобура с долотом или только утяжеленных бурильных труб (при роторном буре­ нии) или после замера длины низа обсадной колонны прибор автоматически определяет длину труб как при спуске, так и во

изготовления колеса 17 и шестерни 76, у которых длина окруж­ ности должна быть равна 1 м и на шестерне должно быть 1000 зубьев. В зацепление с ней входит малая шестерня 11, консольно сидящая на валике счетчика, с числом зубцов 100.

После спуска в скважину турбобура с долотом и первой свечи бурильных труб или низа колонны обсадных труб на мертвом конце талевого каната нагрузка увеличится и контакты зам­ кнутся. Электромагнит притянет якорь и включит шестерню 11 в зацепление с большой шестерней.

Талевый блок во время спуска потянет за собой трос и ленту, колесо 17 начнет вращаться и через шестерни вращать счетчик.

96

При посадке труб на ротор нагрузка на мертвом конце талевого каната уменьшается, контакты электроцепи размыкаются и якорь под действием пружины приподнимается, выключая ше­ стерню 11 из зацепления, благодаря чему счетчик выключается, а контргруз будет убирать трос, держа его в натянутом состоянии.

ментом (колонной обсадных труб)

ных метров.

При спуске обсадных колонн следует применять три несложных приспособления — передвижную люльку, хомут и площадку—облег­ чающие труд рабочих и способ­ ствующие их безопасности, а так­ же ускоряющие спуск обсадных труб (рис. 36).

Применение указанных при­ способлений позволяет объединить элементы работ по затаскиванию труб в буровую и установке их

вмуфту и сокращает время, за­ трачиваемое на свинчивание труб вручную благодаря быстрому цен­ трированию их верховым рабо­ чим.

Анализ строительства скважин

вряде районов показал, что успех бурения в осложненных условиях

взначительной степени зависит

лого ряда глубоких скважин, проводимых в осложненных усло­ виях, являются сужение их стволов и появление слипшихся ком­ ков породы. Поэтому при подготовке такой скважины к спуску обсадной колонны посл.е проведения заключительных работ (отбор образцов породы, электрометрические работы и др.) про­ рабатывают скважину шарошечным долотом, диаметр которого равен диаметру долота, бурившего скважину [77].

В процессе проработки скважины параметры глинистого раствора поддерживают такими же, как у раствора, применявшегося при бурении. Чтобы проверить подготовленность сква-

жины, производят контрольный спуск и подъем инструмента с шарошечным расширителем и шарошечным долотом. При этом диаметры долота и расширителя равны диаметру долота, кото­ рым бурилась скважина.

В Случае посадок или затяжек инструмента вторично про­ рабатывают скважину.

Чтобы обеспечить наилучшее состояние ствола скважины, перед последним подъемом инструмента с шарошечным расшири­ телем и долотом рекомендуется следующее:

При наличии чугунной насадки и упорного кольца с увели­ ченными отверстиями спускают обсадную колонну без обратного клапана. При этом комки породы равномерно попадают в колонну и кольцевой зазор, что предотвращает их скопление и запрессование в затрубном пространстве.

Не допускают насильственного спуска обсадной колонны

особенно при большой глубине скважины и значительном их весе, спускают частями. Вначале спускают нижнюю часть обсад­ ной колонны на бурильных трубах, соединенных с колонной пере­ водником с левой резьбой, и цементируют ее. Затем спускают и цементируют верхнюю часть обсадной колонны.

При таком методе ускоряется спуск обсадной колонны, что очень важно для осложненных скважин и снижения нагрузки на вышку и подъемный механизм.

При цементировании обсадной колонны в осложненных усло­ виях удельный вес цементного раствора должен быть не меньше удельного веса глинистого раствора, применявшегося для про­ мывки скважины в процессе подготовки ее к спуску колонны. В связи с этим применяют смесь цемента с утяжелителем. При любых условиях цементный раствор следует продавливать в за­ трубное пространство со скоростью восходящего потока не ме­ нее 2 м/сек.

§ 5. Сварка колонн обсадных труб

Уже к 1943 г. на отдельных месторождениях юга и востока в скважины были спущены 183 колонны со сваркой обсадных труб между собой.

Большая работа в этом направлении была проведена на про­ мыслах Азерб. ССР.

98

При спуске сварных обсадных колонн использовали цельнокатанные 168-лм трубы длиной 7—10 м с толщиной стенки 1 мм. Трубы соединяли сваркой на гладких муфтах.

Муфты изготовляли из 194-.ИЛ1 (75//') обсадных труб марки С с толщиной стенки 10 мм.

Длина 180-льи муфт обеспечивала центрирование труб без специальных приспособлений при сварке колонны над устьем скважин.

Для предварительной приварки муфт принят соединитель­ ный шов, сваривающий муфту с трубой и опорным кольцом под элеватор. Подобное соединение успешно применяется для при­ варки замков к бурильным трубам.

Трубы для приварки муфт укладывают на стеллажи высотой

бензолом, чтобы удалить защитное покрытие.

Соосность муфты с трубой достигается установочным ступен­ чатымшабл.оном, которым одновременно определяют расстояние торца муфты от конца трубы, равное 60 мм. Одетые на трубу опорное кольцо и муфта плотно прижимаются к трубе, а затем привариваются соединительным швом. Технология сварки та­ кова: вначале приваривают слой около торца муфты 4-лии или 5-л1з» электродов при силе тока 160—200 а, далее — около торца кольца, и после их зачистки окончательно заполняют простран­ ство между муфтой и кольцом 6-мм или 5-мм электродом при силе тока 180—200 а

Во время работы электродами разных диаметров муфты сле­ дует приваривать отдельными слоями сразу для определенной партии труб при силе тока, отрегулированной на сварочном агре­ гате применительно к каждому диаметру электрода.

Сварочные работы на заводе и в буровых производятся на постоянном токе от передвижных агрегатов САК-2 с бензиновым двигателем и на переменном токе от сварочных трансформато­ ров СТЭ-34.

Сварка колонны над устьем скважины. Скважину перед спуском колонны тщательно промывают, од­ новременно на мостки буровой укладывают обсадные трубы, замеряют их длину и нумеруют. Проверяют буровое и электро­ оборудование и проводят необходимые противопожарные меро­ приятия: очищают буровую от нефти и других горючих материа­ лов, обеспечивают песком и огнетушителями, проверяют пожар­ ные стояки, чаны и т. и. Одновременно инструктируют буровую бригаду, при этом особо подчеркивается необходимость защиты зрения от лучей электродуги путем установки защитных экранов и использования специальных очков.

При сварке обсадной колонны в буровой присутствует пред­ ставитель пожарной охраны. Оборудование для сварки (свароч-

ные агрегаты постоянного тока или трансформаторы) устанавли­ вается на полуторатонной машине, подъезжающей непосредственно к буровой. Во время сварки на постоянном токе в состав свароч­ ной бригады входит водитель машины, выполняющий в порядке совмещения профессий обязанности моториста, обслуживающего бензодвигатели двух агрегатов САК-2. Включает и обслуживает два трансформатора СТЭ-34 промысловый электромонтер.

Порядок спуска колонны со сварными соединениями оста­ ется в основном такой же, как и с резьбовыми.

Бригада сварщиков начинает свою работу с приварки к ро­ тору концов обратных проводов сварочных установок п про­ верки режима сварки (пробная наплавка).

Приваривают трубы к муфтам верхним угловым швом в два слоя. Первый слой, являющийся уплотняющим, выполняется электродами безобмазки или с тонкой меловой обмазкой, чтобы избежать длительной зачистки шлака. Второй слой накладыва­ ется электродами с защитной обмазкой. Для обоих слоев следует пользоваться 5-мм, электродами при силе тока 180—200 а. Второй

в конце сварки первого слоя.

После окончания сварки шлак зачищают. Затем производят внешний осмотр шва для выявления его недостатков (подрезы, трещины, пропуски и т. п.). За время осмотра происходит есте­ ственное охлаждение шва.

При спуске колонны без выдержки возможно образование трещин вследствие резкого охлаждения шва. Как подтвердил опыт спуска колонны, время выдержки в течение 1 мин. является достаточным для охлаждения шва. Затрата времени на сварку одной трубы, как показали хронометражные наблюдения по десяти буровым, колеблется (в среднем по отдельным буровым) от 3,1 до 5,5 мин. Расход электродов составляет приблизительно 1 кг (в среднем) на одно муфтосварное соединение.

Затрата времени зависит от сработанности сварщиков и от организации рабочего места. Значительно облегчается спуск колонны на клиньях; в этом случае муфты располагаются на высоте 0,8—1 м от стола ротора и сварщикам не приходится при работе нагибаться. Для удобства работы около сварщиков уста­ навливают специальные табуретки с запасными электродами. Каждую трубу перед установкой в муфту шаблонируют, а концы ее очищают от грязи и глинистого раствора.

При спуске колонны возможны задержки вследствие обра­ зования пробок, ликвидация которых расхаживанием колонн нежелательна; лучше в этом случае производить промежуточные промывки скважины.

Промывочную головку к любой гладкой муфте присоединяют при помощи несложного приспособления. В этом случае колонна подвешивается на элеватор с тремя шарнпрноприкрепленными

100

болтами, крепящими фланец переводников, к которому присое­ диняется обычная промывочная головка.

■В процессе спуска колонны с обратным клапаном периоди­ чески подкачивают глинистый раствор для заполнения колонны. Это время используют для профилактического осмотра свароч­ ного оборудования.

После того как башмак обсадной колонны доведен до наме­ ченной глубины, приступают к промывке и цементированию сква­ жины. Подготовительные работы к проведению цементирования выполняют во время сварки колонн.

По истечении срока затвердения цементного камня колонну проверяют на герметичность. На каждую спущенную колонну составляют акт, в котором обязательно указывают, какими свар­ щиками были сварены трубы и их порядковые номера, а также фамилии приемщиков и другие необходимые сведения, включая данные об окончательной опрессовке колонны.

Спуск сварных колонн имеет следующие технико-экономи­ ческие преимущества: а) облегчается труд буровой бригады (тя­ желая работа по свинчиванию труб заменяется сваркой); б) уско­ ряется процесс спуска и в) удешевляется стоимость крепления скважин.

Подсчет стоимости обсадных труб на резьбе и сварных колонн показывает, что экономия при применении последних достигает

20-25%.

При спуске колонн со сваркой над устьем необходимо следую­ щее.

1. Учитывать, что колонны длиной до 500—600 м можно спустить с предварительной приваркой муфт с внутренним швом. Испытание пробных образцов, сваренных этим методом, показало, что их прочность достигает 125—135 т. При этом упрощается процесс сварки, так как отпадает необходимость приварки спе­ циального опорного кольца под элеватор и значительно ускоря­ ются и удешевляются сварочные работы.

2. Применять автофлюсодуговую сварку для спуска сварных колонн. Экспериментальные работы, произведенные в этом • на­ правлении, показывают возможность внедрения этого метода.

3.Использовать спецальные электроды для сварки с глу­ боким проваром, с легирующими обмазками и др., увеличиваю­ щие глубину спуска сварных колонн до 2000 м и дающие боль­ шой экономический эффект.

4.Спускать обсадные колонны с предварительной сваркой гладких труб в свечи длиной до 25 м. Свечи подготовляют на специальной площадке около буровой, затаскивают их через ворота, увеличенные по высоте.

Опыт спуска на Азербайджанских промыслах обсадных ко­ лонн со сваркой над устьем скважины до глубины 1500 м пол­

ностью себя оправдал.

ГЛАВА IX

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ОРАСПРЕДЕЛЕНИИ НАПРЯЖЕНИЙ В ТЕЛЕ

ИВ МУФТОВОМ СОЕДИНЕНИИ ОБСАДНЫХ ТРУБ

§1. Исследования распределения напряжений в теле обсадных

труб [34, 35]

Во Львовском политехническом институте Т. Е. Еременко провел стендовые исследования обсадных труб на прочность. На стенде во время опытов обсадные трубы нагружались внешним гидростатическим давлением до 1200 ат при одновременном осевом растягивающем или сжимающем усилии до 300 т.

Мощный стенд и построенная дополнительно тензометриче­ ская установка для измерения деформаций (напряжений) испыты­ ваемых на стенде труб позволили автору изучить распределение напряжений в теле обсадных труб в упругой и упруго-пласти­ ческой зонах их сечения.

Было установлено, что почти все испытывавшиеся 146-жм (53/4") и 168-Л1.М (65/в") обсадные трубы марки Д (с <т = 3800— 4500 кГ/см? и в среднем о = 4100 кГ/см2) теряли несущую спо­ собность при работе металла за пределами упругих деформаций. При этом было отмечено, что наличие упруго-пластических де­ формаций связано с некоторым повышением величины сминаю­ щих давлений (до 15% и более), учет которых является некото­ рым резервом прочности. Автор рекомендует учитывать их при расчете обсадных труб на смятие наружным давлением.

Из опытов выявили, что в опасном сечении трубы в момент, близкий к потере несущей способности, возникает напряженнодеформированное состояние, вид которого зависит от овальности и толщины стенок трубы.

На рис. 37 изображена диаграмма распределения напряже­ ний в сечении 168-лш трубы малой овальности при толщине стенки 8 мм, а на рис. 38 — то же с толщиной стенки 12 мм. В резуль­ тате изучения этих диаграмм автор приходит к выводу о наличии двух, наиболее типичных видов напряженно-деформированного состояния труб, характеризующихся:

102