Лекция 8. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА ОБСАДНЫХ КОЛОНН

скважины и выполняют функцию турбулизаторов.
2. Турбулизаторы, устанавливают в местах локального

уширения ствола скважины где турбулизируют поток буферной жидкости и тампонажного раствора.
3. Скребки, служат для механического сдирания глинистой корки и являются армирующими элементами.
4. Башмак, который служит для защиты низа ОК от деформации и направления её по стволу.
5. Обратный клапан, который предотвращает поступление ТС внутрь колонны.
6. Башмак – клапан, совмещает функции башмака и обратного клапана.
7. Цементировочные пробки предназначены для разделения технологических жидкостей в ОК при цементировании.
8. Цементировочная головка служит для обвязки ОК с наземным цементировочным оборудованием.
9. Пакеры изолирующие заколонные разделяют два близко расположенных проницаемых горизонта.
10. Цементировочный пакер или манжета, которые устанавливают в ОК над продуктивным пластом при манжетном цементировании.
11. Муфта ступенчатого цементирования - применяют при ступенчатом цементировании ОК.
12. Манжетный переводник или цементировочный пакер применяют при манжетном цементировании обсадных колонн.

2 – гвозди; 3 – спиральные клинья;
4 –ограничительные

кольца; 5 – пружинные планки; 6 – пазы сегментов

а

Предназначены для
центрирования обсадных
колонн в стволе скважины.

б

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА ОБСАДНЫХ КОЛОНН

центрирования при спуске в скважину.
Наиболее эффективно применение данных центраторов в

наклонных и горизонтальных скважинах.
Центратор роликовый состоит из выполненного из полимерных материалов корпуса, в лопастях которого на осях вращаются ролики.
Изделия крепятся к обсадной колонне при помощи винтов.
Центраторы, спускаемые вместе с колонной в скважину, опираясь роликами о ее стенки, существенно снижают коэффициент осевого трения, удерживают колонну соосно скважине.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА ОБСАДНЫХ КОЛОНН

Роликовые центраторы

не позволяя ей благодаря лопастям провалиться в желобную выработку;
турбулизируют восходящий

поток жидкости своими наклонными по винтовой линии лопастями, вызывая лучшее вытеснение бурового раствора тампонажным;
выступают в роли арматуры.

Центратор-турбулизатор

Турбулизатор с резиновыми лопастями

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА ОБСАДНЫХ КОЛОНН

– корпус

Устанавливают на интервалах между близко расположенными проницаемыми пластами. При

расхаживании ОК в процессе цементирования скребки сдирают глинистую корку и являются армирующими элементами, упрочняющими цементное кольцо.

Другие конструкции скребков

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА ОБСАДНЫХ КОЛОНН

– направляющая насадка

б – типа БК с чугунной или из

алюминиевого сплава направляющей насадкой

в – направляющая насадка

Башмак с направляющей насадкой
предназначен для оборудования нижней
части обсадной колонны с целью повышения
ее проходимости по стволу скважины
и предупреждения повреждения нижней
трубы при посадках.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА ОБСАДНЫХ КОЛОНН

головка эксцентричная, 3 – гайка упорная, 4, 5, 6 –

опоры скольжения, 7 – фиксатор, 8 – кольца уплотнительные, 9 – пробка коническая

Башмак колонный с возможностью вращения БК-Вр предназначен для оборудования низа обсадной колонны с целью направления ее по стволу скважины и прохождения осложненных зон (каверны и зоны сужения ствола) без посадок. В горизонтальном стволе скважины посадка и последующая остановка движения обсадной колонны, как правило, всегда связаны с тем, что перед башмаком нагребается шлам, который находится на нижней образующей ствола скважины. Это осуществляется за счет того, что эксцентрический наконечник 2 башмака преодолевает уступы и огибает преграды. Кроме того, за счет наличия опор скольжения 4, 5 и 6 головка 2 проворачивается.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА ОБСАДНЫХ КОЛОНН

из скважины без перелива его из колонны на устье (НЕ

ВСЕГДА);
2. выполнение функции «стоп-кольца» для посадки разделительных пробок в процессе закачивания тампонажного раствора в колонну и продавливания его в заколонное пространство;
3. предотвращение обратного перетока тампонажного раствора из заколонного пространства в колонну после его продавки.

Разделение по принципу работы:
полностью исключает попадание жидкости внутрь колонны;
позволяет полностью заполнять колонну при спуске (Существенно снижаются затраты времени на спуск колонн за счет исключения необходимости приостанавливать процесс спуска колонны для долива ее жидкостью с устья, а также за счет возможности увеличить скорость спуска колонн до 1,5 м/с, не увеличивая при этом гидродинамические давления на стенки скважины. Также сокращается продолжительность времени нахождения колонны в неподвижном состоянии и уменьшается перепад репрессия на пласты, что существенно снижает опасность прихвата обсадной колонны в скважине).

Виды клапанов:
тарельчатый (использовать при возможных проявлениях);
шаровой (использовать при возможных проявлениях);
центрирующий клапан обратный дроссельный ЦКОД. Предпочтителен при возможных поглощениях.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА ОБСАДНЫХ КОЛОНН

– тарелка, 4 – седло, 5 - корпус
Принцип работы:
При прокачивании

жидкостей за счет действующего на нее давления тарелка 3 отходит от седла 4. После прекращения циркуляции за счет пружины 1 тарелка 3 поднимается наверх, плотно прижимаясь к седлу 4, обеспечивая непрохождение прокачиваемых жидкостей обратно в обсадную колонну.
Недостаток: низкая надежность обратных клапанов тарельчатого типа.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА ОБСАДНЫХ КОЛОНН

– нажимная гайка – стоп-кольцо,
3 – набор резиновых шайб,

4 – резиновая диафрагма, 5 – опорное кольцо, 6 – шар,
7 – ограничительное кольцо, 8 – резинотканевая мембрана, 9 – дроссель, 10 – чугунная втулка,
11 – бетонная или пластмассовая подвеска

Принцип работы:
Для посадки разделительной пробки в конце цементирования скважины используется «стоп-кольцо» 2. После посадки пробки рост давления на цементировочной головке свидетельствует о конце продавке тампонажного раствора.
После того, как поймали «стоп», давление в нагнетательной линии сбрасывается. В результате заполнения затрубного пространства тампонажным раствором, плотность которого больше плотности продавочной жидкости, находящейся в обсадной колонне, тампонажный раствор устремится в трубы. В результате шар 6 прижмется к резиновой диафрагме 4, что предотвратит возврат раствора в обсадную колонну.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА ОБСАДНЫХ КОЛОНН

заполнение спускаемой обсадной колонны жидкостью из скважины на 95 %

ее длины, не допуская при этом сифона. При углах наклона оси скважины в месте их установки более 15...20° возникают отказы: клапан не закрывается по окончании продавливания тампонажного раствора из колонны в затрубное пространство скважин, т.е. тампонажный раствор возвращается из затрубного пространства в колонну и поднимается более чем на 100 м.
Анализ причин отказов клапанов показал, что шаровой затвор клапана либо тонет, либо всплывает в окружающей его жидкости, отклоняясь по этой причине от оси седла клапана. При этом обратный поток тампонажного раствора движется через клапан, не давая ему запереть седло.
Испытания в промысловых условиях клапанов типа КОДГ показали, что в сравнении с клапанами типа ЦКОД этот клапан надежно работает в наклонном и горизонтальном положениях. При этом шар не имеет заметного износа при циркуляции через клапан абразивного бурового раствора в течение 30 ч при расходе до 60 л/с.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА ОБСАДНЫХ КОЛОНН

Обратный клапан КОДГ

«Аврора», он обеспечивает надежную герметизацию внутритрубного пространства при строительстве нефте-газовых

скважин, и предназначен для прокачки жидкости с большим расходом при продолжительной работе и с кольматирующими добавками. Детали клапана выполнены из легко разбуриваемого материала, что позволяет его полностью разбуривать долотами PDC типа. Специальное покрытие и гуммирование плунжера делает данный клапан износостойким и надежным для герметизации.
Обратный клапан «SFF» имеет опцию авто-заполнения в 3 рабочих положения. Конструктивно авто-заполнение реализовано выполнением канавок на валу плунжера, в которые устанавливаются шарики. Каждое положение установки шариков соответствует скорости заполнения обсадной колонны при спуске (150-350-450 л/мин) соответственно. Перевод клапана из режима авто-заполнения в режим обратного клапана производится увеличением расхода при циркуляции на величину превышающую 23 л/с. При увеличении расхода до указанной величины происходит дополнительное сжатие пружины плунжера и высвобождение фиксирующих шариков из посадочных мест.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА ОБСАДНЫХ КОЛОНН

выдержать обратный клапан.
Давление на клапан определяется по формуле:
РКЛ

= РЗП – РТР,
где РЗП = g ·(Н-h)·ρТС + g ·h·ρбр – давление в затрубном пространстве;
РТР = g·H·ρПЖ – давление в трубах.

2. Температура.

3. Геометрические размеры (диаметр).

4. Положение в колонне. Обратный клапан типа ЦКОД при отсутствии «стоп - кольца» должен устанавливаться на высоте hСТ.
Высота стакана hСТ должна обеспечить герметичность нижней части колонны;
Последняя порция тампонажного раствора обладает плохим качеством, т.к. она смешивается с продавочной жидкостью.

5. Все элементы, находящиеся внутри колонны должны быть легко разбуриваемы.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА ОБСАДНЫХ КОЛОНН

корпус (БТС); 3 – пробка;
4,5 – шайба разрезная; 6 –

диафрагма; 7 – шар;
8 – кольцо опорное; 9 – гайка нажимная;
10 – ограничитель; 11 – мембрана; 12 – дроссель; 13 – цементная пробка.

Выполняет функции башмака и обратного клапана.
Для обеспечения надежной работы обратного клапана иногда в эксплуатационной колонне устанавливают два обратных клапана: один на башмачный патрубок, второй - в муфту первой трубы.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА ОБСАДНЫХ КОЛОНН

призван решать проблему преодоления проблем­ных участков скважины при спуске обсадной

колонны или хвостовика на проектную глубину.

Технологические особенности:
1. Эксцентрический наконечник с направленными вниз соплами преодолевает уступы и огибает преграды.
2. Спиральные лопасти расширяют труднопроходимые участки скважины, например, при закупоривании ствола скважины вследствие вспучивания пласта, когда требуется расхаживание обсадной колонны для расширения скважины.
3. Клапан максимального потока «High Flow» обеспечивает предотвращение поступления тампонажного раствора в обсадную колонну.
4. Боковые отверстия для оптимизации циркуляции предотвращают образование каналов при цементировании.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА ОБСАДНЫХ КОЛОНН

Башмак-клапан

пригуммированными и наборными резиновыми манжетами соответственно; в – резиновые;
1

– резиновые манжеты;
2 – алюминиевый корпус;
3 – дистанционная втулка;
4 - стяжная гайка

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА ОБСАДНЫХ КОЛОНН

Пробки разделительные продавочные применяют при проведении цементировочных работ в скважине и предназначены:
- нижняя пробка (Н) - для очищения внутренней поверхности колонны обсадных труб от глинистой корки и разделения и предотвращения смешивания в ней цементного (тампонажного) раствора и прокачиваемой впереди буферной жидкости;
- верхняя пробка (В) – традиционно применяемая - необходима для получения скачка давления «Стоп», сигнализирующего об окончании процесса цементирования и для предотвращения смешивания и разделения цементного (тампонажного) раствора и продавочной жидкости (буровой раствор), прокачиваемых в колонне обсадных труб.
Муфта цементировочной пробки изготовляется из резины, обладающей стойкостью против действия растворов, применяемых при цементировании.
Втулка и сердечник пробок изготовляются из легко фрезеруемых материалов.

в

сердечником
2 – жестяная мембрана
3 – гайка
4 – кольцевой нож
5 –

упорное кольцо

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА ОБСАДНЫХ КОЛОНН

Пробка с фиксацией типа ПЦФ предна-значена для повышения надежности продавливания тампонажного раствора в затрубное пространство при цементировании обсадной колонны. На наконечнике установлено: уплотнительное кольцо и фиксирующая цанга. По окончании продавливания тампонажного раствора пробка садится наконечником в седло стоп-кольца и фиксируется замком. Уплотнительное кольцо герметизирует со-единение. Цанга надежно удерживает пробку внутри стоп-кольца. 

с целью:

- быстроразъёмного и герметичного соединения обсадной колонны с нагнетательными

линиями цементировочных агрегатов или буровых насосов;

- предварительного размещения, фиксирования и последующего освобождения разделительных  цементировочных пробок и управляющих элементов для устройств ступенчатого и манжетного цементирования;

- быстрого и беспрепятственного пуска в колонну через головку падающих пробок-бомб управления движением рабочих потоков буферной жидкости, бурового и тампонажного  растворов по отношению к разделительным пробкам и управляющим элементам

Цементировочные головки

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА ОБСАДНЫХ КОЛОНН

накидная; 4 – винтовое стопорное устройство; 5 – стержни для выравнивания давления

в над- и подпробочном пространствах; 
6 – разделитель; 7 – манометр; 8 – патрубок; 9 – нижний кран; 10 – верхний кран; 11 – гнездо конуса быстроразъемного соединения (БРС); 12 – переводник

Последовательность операций:
На устье скважины навинчивают цементировочную головку с приложением необходимого для герметизации крутящего момента. Затем внутрь головки помещают и фиксируют стопорными устройствами 4 продавочную пробку, устанавливают крышку 2 головки, подсоединяют трубопроводы цементировочных агрегатов к отводам головки. Закрывают краны 9 и 10, производят опрессовку трубопроводов на давление в 1,5 раза выше ожидаемого рабочего. После стравливания давления, краны 9 на нижних отводах головки открывают и закачивают в колонну тампонажный раствор.
При значительной разнице плотностей закачиваемого раствора и раствора в скважине образуется перепад гидростатического давления, при котором наблюдается понижение уровня тампонажного раствора в колонне, образуя над ним свободное пространство. Заполнение его поступающим в колонну раствором, как правило, не происходит в связи с недостаточной подачей цементировочных насосов. Образованный при этом вакуум создает перепад давлений, действующий на продавочную пробку, зафиксированную в цементировочной головке. Нагрузка на пробку, созданная этим перепадом, часто приводит к ее разрушению или деформации, что, в конечном счете, создает серьезную проблему. С целью предотвращения разрушения пробки необходимо уравновесить давление воздуха в надпробочном и подпробочном пространствах. Для этой цели служат стержни 5, которые расположены внутри головки и в небольшой степени отгибают манжеты продавочной пробки, тем самым соединяя подпробочное и надпробочное пространства.
После закачивания в колонну тампонажного раствора освобождают цементировочную пробку, отвинчивая винтовые стопорные устройства 4, закрывают нижние краны 9 и открывают кран 10 на верхнем отводе головки, через который начинают нагнетать в колонну продавочную жидкость. Для контроля давления жидкости в колонне предусмотрен манометр 7. Крепление манометра к головке обеспечено посредством разделителя 6, предотвращающего засорение его твердыми частицами, которыми насыщен буровой или цементный растворы.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА ОБСАДНЫХ КОЛОНН

– гайка накидная;
4 – винтовое стопорное устройство; 5 –

бобышка;
6 – быстроразъемное соединение (БРС); 7 – верхний кран; 8 – нижний кран; 9 – тройник;
10 – разделитель; 11 – манометр; 12 – гнездо конуса быстроразъемного соединения; 13 – переводник.

Преимущества по сравнению с головкой ГЦУ: уменьшенная масса, простота конструкции и удобство в обслуживании.
Технологические особенности:
Крепление коллекторов на быстроразъемных соединениях 6 дает возможность в оперативном порядке проводить замену вышедших из строя кранов головки и других деталей в составе коллектора, способствует продлению срока службы резьбы в бобышках 5. Применение коллекторов, снабженных отводами для промывки напорного трубопровода цементировочных агрегатов, значительно упрощает операцию по удалению остатков раствора из труб после нагнетания в скважину цементного раствора.
Кроме этого нагрузка, создаваемая массой гибкого металлического трубопровода при цементировании колонны с расхаживанием, а также пульсации от работы насосов распределяются равномерно на оба патрубка головки. Таким образом угроза поломки в местах соединения патрубков с корпусом головки сводится к минимуму.
Еще одним преимуществом головок ГЦК является то, что благодаря коллектору нет необходимости в оснащении корпуса головки стержнями для уравновешивания давлений в над- и подпробочном пространствах. Для этого достаточно при нагнетании тампонажного раствора в колонну открыть верхний кран 7, тем самым сообщив с помощью коллектора пространства над пробкой и под ней.
Как было сказано ранее, изменение устройства головок ГЦК способствует сохранности резьбовых соединений на них и направлено на увеличение их срока службы (так как частое свинчивание и развинчивание элементов головки влияет на пригодность резьб). Срок службы головок типа ГЦК превышает долговечность головок ГЦУ в 2-2,5 раза.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА ОБСАДНЫХ КОЛОНН

5 – винтовые стопорные устройства; 6 – стержни для выравнивания

давления в над- и подпробочном пространствах;  7 – разделитель; 
8 – манометр; 9 – патрубок; 10, 11, 12 – краны;  13 – гнездо конуса быстроразъемного соединения; 14 – переводник.

Цементировочные головки типа 2ГЦК:
1- корпус; 2 – крышка; 3 – гайка накидная; 4, 16 – винтовые стопорные устройства; 5 – бобышка; 6 – быстроразъемное соединение (БРС); 
7, 8, 17 – краны, 9 – крестовина; 10 – тройник; 11 – разделитель; 
12 – манометр; 13 – гнездо конуса быстроразъемного соединения; 14 – отвод с БРС и заглушкой; 15 – подставка для нижней продавочной пробки; 18 – переводник.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА ОБСАДНЫХ КОЛОНН

Применение заколонных пакеров, включающих уплотнительный элемент в виде эластичной манжеты

различной конфигурации исключает проникновение пластового газа или агрессивной жидкости в твердеющую тампонажную смесь, а также, герметично разделяя жидкость в затрубном пространстве, уменьшает давление и исключает значительную водоотдачу тампонажного раствора ниже места его установки.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА ОБСАДНЫХ КОЛОНН

Наполняемые пакеры САР — это простое автономное средство разобщения интервалов в скважинах без необходимости цементирования. Избирательное цементирование отдельных интервалов, выполняемое с использованием пакеров САР и цементировочных муфт Port Collar, дает возможность оставлять часть интервалов незацементированными. Эта технология позволяет значительно уменьшить повреждение пласта цементным раствором и фильтратом, особенно в низкопроницаемых и трещиноватых карбонатных коллекторах. Для заполнения пакеров используются газ, вода, а также буровой или цементный раствор для получения надежного долговременного разобщения интервалов.

пластом при манжетном цементировании.


Муфта ступенчатого цементирования - применяют при

ступенчатом цементировании ОК.


Манжетный переводник или цементировочный пакер применяют при манжетном цементировании обсадных колонн.

БУДУТ РАССМОТРЕНЫ В СЛЕДУЮЩЕЙ ЛЕКЦИИ «СПОСОБЫ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИНЫ»

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА ОБСАДНЫХ КОЛОНН

боковую плавучесть с вертикальным весом жидкости для спуска обсадной трубы до

забоя. В отличие от обычных систем с башмаком с обратным клапаном, пробка AirLock™ позволяет вертикальной секции обсадной трубы быть заполненной жидкостью, в то время как горизонтальная секция остается заполненной воздухом и становится плавучей.
Повышенная плавучесть уменьшает трение скольжения более чем на 50%, в то время как вес вертикальной секции обеспечивает дополнительное усилие для продавки колонны до забоя. Простая и пассивная система AirLock™ состоит лишь из двух компонентов: уплотнительная муфта устанавливается в обсадную колонну выше радиуса сечения, а уловитель твердых частиц устанавливается в соединении обсадной трубы выше башмака с обратным клапаном.
Оба компонента монтируются в обсадной трубе во время спуска. Уплотнительная муфта содержит откалиброванное по давлению разрушаемое уплотнение, которое запирает воздух в нижней секции в то время, как верхняя секция находится в работе и заполняется жидкостью. После спуска обсадной трубы поверхностное давление увеличивается и уплотнение разрушается, освобождая внутренний диаметр обсадной трубы. Фрагменты уплотнения собираются в уловителе твердых частиц и проводятся цементировочные работы в обычном режиме.

Уплотнительная муфта

Уловитель твердых частиц

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА ОБСАДНЫХ КОЛОНН

в тампонажном растворе, заполняющем заколонное пространство скважины за обсадной колонной.
Устройство

УЭЦС включает в себя пружинную лепестковую обечайку, взаимодействующую с экранирующим элементом – резиновой легкодеформируемой лепестковой манжетой. Крепежный узел представляет собой винты с заостренной частью, которые врезаются при закручивании в поверхность обсадной трубы.
После окончания цементирования лепестковые манжета и обечайка экранирующего устройства, достаточно плотно контактируя между собой и со стенками скважины (в частности, некруглого сечения), образуют платформу для седиментации твердой фазы тампонажного раствора. На ней самопроизвольно формируется уплотненная цементная перемычка, препятствующая вместе с экранирующим устройством опусканию столба тампонажного раствора в стволе скважины.  

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА ОБСАДНЫХ КОЛОНН

Цементировочная корзина –
подобное УЭЦС устройство

турбулизаторов.
Нарисуйте схему, укажите назначение скребков.
Нарисуйте схему, укажите назначение, разновидности колонных

башмаков.
Нарисуйте схему, укажите назначение, разновидности и принцип работы обратных клапанов.
Каково преимущество самозаполняющихся обратных клапанов?
Почему обратный клапан необходимо располагать на расстоянии одной-двух обсадных труб от башмака обсадной колонны? (Зачем нужен цементный стакан?)
Нарисуйте схему, укажите назначение, разновидности цементировочных пробок.
Нарисуйте схему, укажите назначение, разновидности цементировочных головок.
Для чего в корпусе цементировочной головки типа ГЦУ используются стержни?
Каковы преимущества цементировочных головок типа ГЦК по сравнению с ГЦУ?
Опишите систему AirLock™. Для чего она необходима?
Нарисуйте схему, укажите назначение и принцип установки устройства экранирующего УЭЦС.

Контрольные вопросы