Дополнительная герметизация эксплуатационной колонны в резьбовых соединениях путем довинчивания ее в скважине

Негерметичность резьбовых соединений обсад­ных труб — одна из самых распространенных причин возник­новения межколонных проявлений в газовых скважинах в пе­риод опробования и эксплуатации. Вместе с тем ликвидация перетока газа через резьбовые соединения — очень трудоем­кая операция.

Дополнительная герметизация резьбовых соединений в сква­жине путем исправительного цементирования, закачки различ­ных смол и других видов ремонтных работ часто оказывается безуспешной.

В некоторых районах СНГ с целью дополнительной гер­метизации резьбовых соединений обсадных труб применяют метод довинчивания эксплуатационных колонн в скважинах (Ю. Д. Комнатный и др.).

Относительно высокий процент полученных положитель­ных результатов дает основание рекомендовать его для даль­нейшего применения в практике строительства нефтяных и газовых скважин. При этом в первую очередь следует повы­шать герметичность резьбовых соединений обсадных труб за счет применения специальных уплотнительных резьбовых сма­зок, внедрения новых типов высокогерметичных резьбовых соединений обсадных труб, безрезьбовых соединений и т. п.

Если негерметичные резьбовые соединения находятся выше цементного кольца, то в большинстве случаев довинчиванием удается восстановить их герметичность.

Вследствие того, что в верхней части цементного кольца расположены значительные зоны включений бурового раство­ра, цементный камень, как правило, неоднороден и часто име­ет меньшую прочность по сравнению с прочностью основной массы, вначале удается вращать колонну на некотором участ­ке в цементном камне или вместе с ним при необходимом кру­тящем моменте. При довинчивании резьбовых соединений происходит укорочение колонны; соединительные муфты и трубы все больше защемляются в уплотняющемся камне и вос­принимают на себя все большую часть крутящего момента. Вследствие ограничения в осевом перемещении муфт созда­ются дополнительные осевые усилия в резьбовых соединени­ях, для дополнительного крепления которых в свою очередь требуются большие крутящие моменты. В результате этого основная цель — повышение герметичности резьбовых соеди­нений — не всегда достигается. К моменту обнаружения не­герметичности резьбовых соединений нередко буровое обору­дование оказывалось частично или полностью демонтирован­ным.

Для выполнения операций по довинчиванию колонны в подобных случаях необходимо заглушить скважину закачкой воды или бурового раствора, демонтировать фонтанную арма­туру, установить вышку, ротор, привод ротора, демонтировать колонную головку. После довинчивания колонны устье сква­жины следует вновь оборудовать колонной головкой и фон­танной арматурой, а буровое оборудование демонтировать. Это связано со значительными и излишними затратами средств и времени. Поэтому на Кубани было признано более целесооб­разным применять профилактическое довинчивание эксплуа­тационной колонны в скважине после ОЗЦ до оборудования устья колонной головкой. В случае двухступенчатого цементи­рования довинчивание колонны осуществляется после затвер­дения цементного раствора нижней ступени.

Метод профилактического довинчивания эксплуатационных колонн сравнительно прост, не требует существенных допол­нительных затрат средств и времени и вместе с тем очень эф­фективен.

После этого демонтируется противовыбросовое оборудова­ние.

Целью последующего этапа является уточнение длины не­зацементированной и недостаточно защемленной цементным камнем части колонны (подвижной части колонны).

Для получения более достоверного результата лучше пользо­ваться двумя способами: широко известным способом с ис­пользованием закона Гука и с помощью магнитного прихвато-определителя. Применительно к обсадным колоннам длину сво­бодной части по первому способу можно определять следую­щим образом.

По закону Гука будем иметь:

(6.8)

где L — длина подвижной части колонны;

F — средневзвешенная п/шщадь поперечного сечения об­садных труб для участка колонны, свободного от цементного камня;

Е — модуль упругости первого рода для стали обсадных труб;

Р₂-P₁ — растягивающее усилие в кг;

∆L — удлинение колонны под действием растягивающего усилия;

1,05 — коэффициент, учитывающий жесткость соединитель­ных муфт обсадных труб, а также трение колонны о стенки скважины.

Усилия P₁ и Р₂ выбираются следующим образом.

1. Производится натяжка колонны талевой системой на величину Р_1, равную примерно весу свободной от цементного камня части колонны плюс 5—7 м, в таком положении делает­ся отметка на трубе или квадратной штанге на уровне непод­вижной плоскости, например, на уровне стола ротора.

Не снимая натяжки Р1, увеличивают ее на 7—8 т и сейчас же уменьшают до первоначальной величины Р_1, сделав после этого вторую отметку на трубе. Такая операция проводится для учета трения в талевой системе и частично трения колон­ны о стенки скважины. Средняя черта между двумя отметками принимается за верхнюю отметку для определения L.

2. Увеличиваю натяжку колонны до Р₂ при приложении дополнительного усилия в 15-20 т. Предварительно необходи­мо проверить, будут ли резьбовые соединения колонны при натяжке на величину Р₂ и последующем ее увеличении удов­летворять условию прочности. Рекомендуется в этих случаях обеспечивать коэффициент запаса прочности на страгивание
резьбовых соединений не менее 1,3.

Сделав отметку на трубе, увеличивают натяжку колонны на 7-8 т и сейчас же снижают ее до величины Р₂, сделав на трубе вторую отметку. Средняя черта между этими двумя отметками принимается за нижнюю отметку для определения ∆L.

Длина подвижной части колонны определяется с помощью магнитного прихватоопределителя ПО-7 следующим образом. Колонна подвешивается на роторе с некоторой натяжкой, ве­личина которой находится в пределах допустимой. Произво­дится контрольная запись магнитного фона по всей колонне. После этого в колонне с равными промежутками наносятся магнитные реперы. У верхней границы цементного кольца ± 100 м частота нанесения реперов может быть принята рав­ной 10 м, по остальной части колонны — 20-30 м.

В целях экономии времени контрольная запись и нанесе­ние магнитных реперов могут быть произведены не по всей колонне, а начиная с глубины на 100—200 м ниже верхней границы цементного кольца.

После нанесения реперов колонна подвергается 6—7-крат­ной разгрузке и натяжке на 15-20 т (но с учетом необходимо­го коэффициента запаса прочности резьбовых соединений) по отношению к весу свободной части колонны, определенной по ОЦК. Затем колонна вновь подвешивается на роторе, и произ­водится контрольная запись магнитных реперов.

В той части колонны, которая при натяжках подвергалась деформациям, т. е. в свободной подвижной части колонны, произойдет размагничивание магнитных меток.

Определив с возможной точностью длину подвижной час­ти колонны, приступают к ее довинчиванию.

Предварительно необходимо задаться величиной предель­ного крутящего момента для довинчиваемых резьбовых соеди­нений труб и постоянно контролировать величину создаваемо­го крутящего момента. В противном случае чрезмерная затяж­ка резьбовых соединений может привести к значительному ослаблению или к необратимой потере герметичности после­дних.

Величина предельного крутящего момента должна выби­раться в зависимости от диаметра, толщин стенок и марок ста­лей обсадных труб, а также в зависимости от типа резьбовых смазок, применявшихся при навинчивании муфт на трубы и спуске колонны в скважину.

В табл. 6.8. приведены рекомендуемые крутящие моменты свинчивания (кг. м) для наиболее часто употребляемых разме­ров обсадных труб. Для 139,7 мм труб, изготовленных по ГОСТ, крутящие моменты свинчивания, очевидно, будут такими же, как и для 146-мм труб.

За величину предельного крутящего момента можно при­нимать большее значение крутящего момента свинчивания, полученного экспериментальным путем.

Так как обычно незацементированный участок колонны состоит из труб одной-двух толщин стенок, изготовленных из стали различных марок, то можно принимать для всей довин­чиваемой колонны величину предельного крутящего момента, соответствующего трубам с меньшей толщиной стенки или меньшей прочности.

Довинчивание колонны может осуществляться двумя спо­собами — сверху вниз и снизу вверх. Оба эти способа основа­ны на том, что под действием крутящего момента, приложен­ного к верхней трубе, довинчивание резьбовых соединений будет происходить при прочих равных условиях в той части колонны, которая не испытывает осевых растягивающих или сжимающих усилий. Большинство исполнителей работ пред-

почитают способ «сверху вниз» вследствие более удобного ва­рьирования натяжной колонны в процессе довинчивания.

Таблица 6.8.