Техническая (промежуточная) обсадная колонна

Промежуточная обсадная колонна, хотя она и не всегда устанавливается, предохраняет скважину от потерь бурового раствора в пластах неглубокого залегания. При бурении в зонах с пластовым давлением, превышающим норму, или содержащих отложения, склонные к осыпям и обвалам, а также в зонах поглощения бурового раствора может потребоваться установка обсадной колонны для минимизации риска перед более глубоким бурением. Для этого служит промежуточная обсадная колонна. Строго говоря, она не нужна для правильного функционирования скважины, так что это скорее часть операции бурения, чем заканчивания скважины.

Промежуточные обсадные колонны подвешиваются и герметизируются на поверхности на подвеске обсадной колонны. Нижняя часть заполняется цементом, циркулирующим вниз, вокруг забойной зоны скважины, и вверх, сквозь те пласты, где он нужен. Цементирование более подробно будет рассмотрено ниже.

Обсадная колонна-хвостовик

В отличие от обсадной трубы, проходящей с поверхности до заданной глубины и перекрывающейся с предыдущей обсадной трубой, труба-хвостовик проходит только от конца предыдущей колонны до дна открытой скважины. Колонны-хвостовики подвешиваются с предыдущей колонны на подвеске. Они часто цементируются по всему стволу, но могут быть и подвешены в скважине без цементирования.

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.

Рис. 8.3. Оборудование для заканчивания скважины при установке обсадной трубы (предоставлено компанией Trico Industries)

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. 8.4). 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

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 противовыбросовым 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 фунтов 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.

Рис. 8.4. Дополнительное оборудование для заканчивания скважины: а — направляющий башмак; б — муфта с обратным клапаном; в— центратор; г— скребок (собственность Halliburton)

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.

Рис. &5. Общий вид скважины при проведении цементирования

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 (используется 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.