Лекция №7 Обсадные колонны. Характеристика обсадных труб. Спуск обсадной

Артем Владимирович

скважин и разобщении проницаемых горизонтов. Производятся в соответствии с ГОСТ

632-80 и разработанными на его основе техническими условиями. Номенклатура труб, разрешённая к производству ГОСТом и техническими условиями называется сортаментом.
Сортамент разработан на основе следующих характеристик обсадных труб:
1. Геометрические параметры;
2. Тип соединения;
3. Материал труб;
4. Прочностные характеристики.

мм) ВСЕГО 19 размеров.
ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ТРУБ
ДЛИНА ТРУБ:
Трубы исполнений А и Б

должны изготовляться длиной от 9,5 до 13 м;
Для треугольной резьбой и трапецеидальной ОТТМ допускаются трубы длиной 8-9,5 м (до 20% труб) и 5-8 м (до 10%);
Для ОТТГ допускаются трубы длиной 8-9,5 м (до 20%) из литой заготовки;
Наибольшая допускаемая кривизна - 1/2000 от длины.

мм для конд/напр) Для всех диаметров и исполнений отклонения составляют 12.5%. Контроль

производится шаблоном.

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ТРУБ

КАТЕГОРИЯ ИСПОЛНЕНИЯ:
«А» - повышенной точности и качества, «Б» - обычное.
Предельные отклонения:
по наружному диаметру - 0,5-1% (А); 1-1,25% (Б);
по толщине стенки - –12,5%;
по длине муфт – 3,0 мм;
по массе – [-3,5% ; +6,5%] (А); [-6,0% ; +8,0%] (Б).

безрезьбовых (сварных) соединений.

прочности по телу трубы;
2. Недостаточно высокая герметичность.

Трубы с

такими соединениями целесообразно использовать на небольших глубинах либо в нижних участках обсадных колонн, где прочность на растяжение не является серьезным лимитирующим фактором, а избыточное внутреннее давление сравнительно невелико.

ТИПЫ СОЕДИНЕНИЙ

Резьба треугольного профиля

резьбы с малыми углами наклона боковых граней существенно выше;
Выдерживает большую

нагрузку на растяжение и сжатие в резьбовом соединении.

ТИПЫ СОЕДИНЕНИЙ

Резьба трапецеидального профиля

Трубы ОТТМ

Трубы ОТТГ

резьбового соединения растягивающим нагрузкам (на 2550% выше, чем у соединений

с треугольным профилем).
Профиль резьбы ОТТМ имеет вид неравнобедренной трапеции, что обеспечивает легкую посадку трубы в муфту и уменьшает заедание резьбы.
Герметичность обеспечивается давлением резьбоуплотнительной смазки в конструкционных зазорах профиля. Допускается изготовление резьбового соединения с фторопластовым уплотнительным кольцом в муфте для дополнительной герметичности.
Контроль свинчивания осуществляется по положению торца муфты относительно конца сбега резьбы на трубе. Правильно собранное соединение считается тогда, когда торец муфты совпадает с концом сбега резьбы или не доходит до него не более чем на 5 мм.

ТИПЫ СОЕДИНЕНИЙ

Конструкция концов ОТТМ

Конструкция концов ОТТГ:
а – резьбовое соединение;
б – уплотнительная часть соединения

Обсадные трубы с профилем ОТТГ снабжены резьбой такого же профиля, что и трубы ОТТМ, но с некоторыми отличиями:
наличием уплотнительных конических поверхностей – наружной у ниппельного конца трубы и внутренней в серединной части муфты;
резьбовое соединение закрепляется до упора торца трубы в срединный выступ муфты.
При таком закреплении создается посадка по уплотнительным коническим поверхностям, устраняется зазор между соединяемыми деталями, чем достигается более высокая герметичность (при давлении газа до 50 МПа).
Герметичность обеспечивается давлением резьбоуплотнительной смазки в конструкционных зазорах профиля. Допускается изготовление резьбового соединения с фторопластовым уплотнительным кольцом в муфте для дополнительной герметичности.
Контроль свинчивания осуществляется по положению внутреннего упорного торца муфты относительно внутреннего упорного торца трубы. Правильно собранное соединение считается, когда зазор между упорными торцами отсутствует.

Резьба трапецеидального профиля

соединение ниппель ОТТМ – муфта BUTTRESS!
РАЗРЕШАЕТСЯ соединение ниппель BUTTRESS –

муфта ОТТМ
(при этом остаются свободными 6-7 ниток резьбы ниппеля)

Соединение BUTTRESS комбинирует в себе функции «ходового винта» и гидравлического уплотнения соединения, что обеспечивает хорошую надёжность соединения по сравнению с аналогами.
Конструктивной особенностью обсадных труб с резьбой BUTTRESS является высокая сопротивляемость резьбового соединения растягивающим нагрузкам. Герметичность обеспечивается давлением резьбоуплотнительной смазки в конструкционных зазорах профиля.
Допускается изготовление резьбового соединения с фторопластовым уплотнительным кольцом в муфте.

трубы ТБО-4 утолщены оба конца; на одном из концов нарезана

наружная, а на другом – внутренняя коническая трапецеидальная резьба.
В трубах ТБО-5 утолщен только один конец, на котором нарезана внутренняя резьба; на другом, неутолщенном конце имеется наружная резьба.
Профиль и размеры резьб на трубах ТБО аналогичны трубам ОТТМ и ОТТГ, причем трубы ТБО и ОТТГ совместимы друг с другом.
Помимо высокой прочности соединений обсадные трубы ТБО под воздействием осевых нагрузок обеспечивают герметичность при давлении газа до 50 МПа.

ТИПЫ СОЕДИНЕНИЙ

Резьба трапецеидального профиля (безмуфтовое соединение)

Конструкция концов безмуфтовых обсадных труб ТБО-4 и ТБО-5:
а – резьбовое соединение; б – уплотнительная часть соединения

на одном конце (ниппель) наружной, а на другом (раструб) -

внутренней конической резьбой.
Для увеличения жесткости муфтового конца предусмотрена посадка по срезанным вершинам профиля от начала сбега резьбы на ниппельном конце трубы до упорного торца.
Герметичность обеспечивается давлением резьбоуплотнительной смазки в конструкционных зазорах профиля.
Так как резьбовое соединение ОГ1м нарезается в теле трубы без высадки концов, трубы имеют гладкопроходный внутренний и наружный диаметры.
Трубы ОГ1м предназначены для хвостовиков, но также могут быть использованы для промежуточных и эксплуатационных колонн.

ТИПЫ СОЕДИНЕНИЙ

Резьба трапецеидального профиля (безмуфтовое соединение)

некачественного соединения звеньев колонны.

ГЕРМЕТИЧНОСТЬ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТРУБ

Всякого рода добавки для разжижения смазок, не предусмотренные инструкциями, применять

запрещается!
Перед нанесением смазок поверхность резьб труб и муфт должна быть очищена от грязи и остатков других смазок, а также промыта керосином или дизельным топливом.

Для снижения проницаемости контакта элементов резьбовых соединений в практике применяют различные заполнители конструкционных и технологических зазоров – резьбовые смазки. Резьбовые смазки кроме заполнения зазоров должны предупреждать задиры и заедания резьбовых соединений труб, поэтому к ним предъявляются следующие требования:

хорошая смазывающая (покрывающая) способность;
постоянство свойств смазки с течением времени и при изменении температуры в определенных пределах;
определенная консистенция, чтобы давление жидкости или газа не смогли выдавить смазку из зазоров резьбы;
предупреждение заеданий при свинчивании резьбовых соединений;
защита от коррозии.

и давлениях рекомендуются смазки на силиконовой основе, с кремнийорганическими соединениями

– например, Р-402. Смазка морозоустойчива, и подходит для труб с резьбой типа ТБО, ОТТМ, ОТТГ и треугольной.

ГЕРМЕТИЧНОСТЬ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТРУБ

Для колонн, спускаемых в газовые и газоконденсатные скважины, применяются смазки на базе эпоксидных смол с наполнителями, либо фторопластовые ленты ФУМ.
При уплотнении лентой ФУМ нет необходимости в применении специальных смазок, однако резьба должна быть закрыта не менее чем на 2/3 от ее длины!
Известны случаи применения мягкого металла (алюминия, цинка, свинца и др.) для герметизации резьбовых соединений.

Разработка ООО «Полимер Сервис» - самосмазывающее фтор-полимерное сухое покрытие резьбы, нанесенное на заводе-изготовителе.
Технология обеспечивает многократное свинчивание резьб без применения смазывающих материалов в промысловых условиях и гарантирует герметичность соединения.

торца муфты относительно верхней нитки резьбы треугольного клейма для резьб

«Батресс».

ГЕРМЕТИЧНОСТЬ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТРУБ

График изменения крутящего момента при свинчивании обсадных труб

Отклонение от графика говорит о наличии следующих проблем:
низкий момент смыкания – недопустимый допуск в соединении;
высокий момент смыкания – повреждение или загрязнение резьбы;
пластическая деформация – повреждение муфтового соединения;
проскальзывание – соединение подлежит визуальной проверке;
эффект волны – высокая плотность или загрязнение состава смазки;
отсутствие четкого момента – повреждение или загрязнение резьбы.

спускать при меньшем диаметре скважины);
Удешевление обсадных труб (изготовление производится без

резьб).

ТИПЫ СОЕДИНЕНИЙ

Сварное соединение труб

Сварные соединения обсадных труб:
а - раструбное, б - двухраструбное, в - муфтовое,
г - встык, д - ниппель-раструбное,
е - двухраструбное с центрирующим кольцом.

Одним из наиболее эффективных способов повышения герметичности является сварное соединение обсадных труб. В-основном, такой тип соединения использовался для направления и кондуктора.
Прочность стыкосварного соединения близка (а в ряде случаев даже равна) к прочности тела трубы.

и легкосплавные.
Применение легкосплавных обсадных труб (ЛОТ) целесообразно в эксплуатационных скважинах

с агрессивными пластовыми флюидами при повышенном содержании сероводорода и диоксида углерода, где использование обычных стальных труб становится невозможным, а применение импортных труб из специальных марок сталей требует значительных затрат на их приобретение.
Для изготовления экспериментальных труб ЛОТ-240/10 и ЛОТ-168/10 используется алюминиевый сплав Д16Т.

разницей между давлением в затрубном и трубном пространстве.
Прочность на разрыв

внутренним давлением РВН
Характеризуется величиной внутреннего давления, при котором напряжение в теле трубы достигает предела текучести.
Прочность на растяжение по телу трубы (на пределе текучести металла) РРАСТ
Прочность на разрыв в соединении обсадных труб (страгивающая нагрузка) РСТР

РСТР

РРАСТ

РНИ

РВН

тип соединения (кроме труб с короткой треугольной резьбой), условный диаметр

трубы, толщину стенки, группу прочности и обозначение настоящего стандарта.
У.О. муфт должно включать тип соединения (кроме муфт к трубам с короткой треугольной резьбой), условный диаметр трубы, группу прочности, вид муфты (для специальных муфт к трубам ОТТМ и ОТТГ) и обозначение настоящего стандарта.

Примеры условных обозначений:
Группа прочности Д, условный диаметр 245 мм, толщиной стенки 10 мм:
245-10-Д ГОСТ 632-80 – для труб с короткой треугольной резьбой;
245-Д ГОСТ 632-80 – для муфт к этим трубам;
У-245-10 Д ГОСТ 632-80 – для труб с удлиненной треугольной резьбой;
У-245-Д ГОСТ 632-80 – для муфт к этим трубам;
ОТТМ-245-10-Д ГОСТ 632-80 – для труб с трапецеидальной резьбой;
ОТТМ-245-Д ГОСТ 632-80 – для муфт нормальных к этим трубам;
ОТТМ-245-Д-С ГОСТ 632-80 – для муфт специальных (с уменьшенным наружным диаметром) к этим трубам.

конца, свободного от муфты выбивают клеймом (а):
Условный диаметр, мм (168);
Порядковый

номер в партии (352);
Номер плавки (718);
Группу прочности металла (Д);
Толщину стенки, мм (без запятой) (89);
Товарный знак завода изготовителя;
Месяц и год выпуска (V 88);
Номер партии термообработки (251)

Часть маркировки дублируется светлой краской по телу трубы (б):
Условный диаметр – Группа прочности – Толщина стенки – Длина трубы

консервационной смазки с резьбовых соединений.
Гидравлические испытания (опрессовка);
Шаблонирование внутреннего диаметра (на

приемных
мостках или при подаче очередной трубы на роторный стол).
На заводе-изготовителе и базе предприятия:
Предельное давление для эксплуатационных и промежуточных колонн должно превышать ожидаемое внутреннее избыточное давление на 5–20 %. Трубу выдерживают под максимальным давлением не менее 10 с. Труба признается пригодной, если не обнаруживается следов проникания влаги изнутри. У прошедшей испытания трубы на прочищенные и смазанные резьбы навинчивают специальные предохранительные колпаки для их защиты от повреждения при транспортировке на буровую.
В случае отсутствия сертификата завода изготовителя с отметкой о проведении гидравлического испытания оно проводится на буровой площадке в специально оборудованном месте.
При транспортировании труб к месту проведения работ и при перемещении на буровой:
Запрещается перетаскивать трубы волоком, перевозить их при больших пролетах между опорами. Для предохранения резьб труб применяются ниппели и предохранительные кольца. При разгрузке труб запрещается их сбрасывание. Во избежание ударов скатываемой трубы применяются деревянные подкладки.
Обсадные трубы укладываются на стеллажах по маркам стали и толщинам стенок секциями в порядке их спуска. При укладке труб на стеллажи между рядами кладутся прокладки; крайние трубы следующего ряда должны отстоять от предыдущего не менее, чем на 1 трубу. Трубы в ряду заклиниваются во избежание скатывания.
Проверка качества изготовления обсадных труб (на буровой перед спуском):
Производится обследование наружного вида обсадных труб, проверка резьб и шаблонирование внутреннего диаметра труб (для экономии времени на отбраковку труб при спуске). Для замены негодных труб, которые могут быть отбракованы во время спуска колонны, на буровую заранее привозятся запасные трубы максимальной прочности в количестве 5% от длины колонны.
В случае необходимости проводится опрессовка обсадных труб или дефектоскопия.
Прошедшие визуальный осмотр трубы замеряются по длине для составления плана на спуск обсадных труб – «меры».

ПОДГОТОВКА ОБСАДНЫХ ТРУБ

и используемой технологической оснастки, составленная в порядке, соответствующем очередности сборки

и спуску в скважину (также входят параметры «глубина спуска обсадной колонны» и «расстояние от стола ротора до головы»). Причем «мера» ВСЕГДА определяется от стола ротора.

и подъеме бурильной колонны, прохождению геофизических зондов, данным кавернометрии и

инклинометрии. Заранее выделяют интервалы, где отмечены затруднения при спуске бурильного инструмента, зоны сужения ствола, образования уступов и т.д. В этих интервалах в подготовительный период проводят выборочную проработку ствола (жесткой компоновкой, либо компоновкой для бурения, но без телесистемы). Если отмечаются трудности в прохождении инструмента, его поднимают и спускают несколько раз.
После выборочной проработки ствол скважины шаблонируют. Для этого из обсадных труб собирают секцию длиной около 25 м и на колонне бурильных труб спускают ее в ствол скважины на всю глубину закрепляемого участка (либо то же, но КНБК с жесткостью, соответствующей жесткости обсадной колонны). Через спущенный инструмент скважину тщательно промывают до полного выравнивания свойств промывочной жидкости в течение двух циклов.
Во время промывки либо при бурении последних интервалов в закачиваемую промывочную жидкость могут добавить смазочные добавки для облегчения спуска обсадной колонны, либо вязкоупругие составы (ВУСы) / кольматанты для укрепления стенок скважины с целью минимизация вероятности осложнений при спуске колонны.
В практике известен вариант расширения осложненного интервала с помощью раздвижных расширителей.

буровой рукав, инструмент для спуска, расходные материалы (смазка) и мелкий

инструмент.
Подготавливают рабочее место на роторной площадке: убирают инструмент, который не понадобится при спуске колонны, очищают пол буровой, спускают и готовят к работе ключ для свинчивания обсадной колонны с моментомером, готовят сварочный аппарат. Обеспечивается запас раствора и технической воды.

Заблаговременно подвергаются проверке узлы и детали буровой:
соединения и узлы вышки, ее центричность;
шахтовые брусья, подвышечные фундаменты;
талевая система, талевый канат (может потребоваться перетяжка);
превентор (при необходимости заменяются плашки превентора);
индикатор веса (при необходимости ставится новая диаграмма);
буровые насосы (при необходимости заменяют изношенные детали).
Составляется акт готовности БУ к спуску. Проводится инструктаж членов буровой бригады по ТБ и технологии спуска (под роспись).

Тампонажный флот за сутки готовит необходимое количество тампонажных материалов и техники согласно программе цементирования.

навинчивания через нее спускается жесткий шаблон для проверки отсутствия загрязнения

или внутренних дефектов труб.
После подъема трубы на роторный стол производится откручивание предохранительного колпачка и смазывание резьбовых соединений.
Обсадные колонны свинчиваются с помощью специального ключа с моментомером (Weatherford или ГКШ).
Муфтовые соединения низа колонны, а также последующие 5–10 муфт после закрепления их обвариваются (во избежание откручивания их при спуске либо при разбуривании цементного стакана).
Скорость спуска колонны поддерживают в пределах 0,3–0,8 м/с, снижая по мере спуска башмака (во избежания посадок и гидроразрыва пласта).

веса колонны для исключения посадок (при этом составляется документ «Карта

спуска обсадной колонны»).
Не реже чем через 50-100 м доливают промывочную жидкость внутрь колонны, чтобы набрать и контролировать вес колонны, а также чтобы не допустить смятия труб наружным избыточным давлением.
По мере необходимости проводят промежуточные промывки с расхаживанием для удаления шлама и предупреждения аномального роста давления при заключительной промывке.
Для предупреждения прихвата обсадной колонны нельзя в течение длительного времени оставлять ее в скважине без движения и циркуляции.
В случае падения уровня жидкости в затрубном пространстве необходимо предпринять меры по ликвидации поглощений для предупреждения ГНВП.
В случае превышения уровня раствора в приемной емкости, загерметизировать устье скважины (прямой признак ГНВП).
Колонна обсадных труб на забой не ставится, после ее цементирования сохраняется в напряженном состоянии под натягом.
По окончании спуска проводится заключительная промывка скважины для последующего цементирования. В это время расставляется и обвязывается цементировочная техника.

СПУСК ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ

в связи с некачественной подготовкой ствола скважины перед спуском, недостаточным

количеством смазочных добавок в буровом растворе, наличием в стволе резких изменений кривизны и азимута, длительными остановками во время спуска ОК (также возможен дифференциальный прихват).
Падение обсадных труб в связи с неисправностями оборудования спуско-подъемного комплекса буровой установки (элеваторов, клиньев и т.д.), наличием уступов в стволе скважины, что приводит к открытию элеватора, некачественной нарезкой резьб на обсадных трубах, свинчиванием резьбовых соединений с перекосом их осей, приложением растягивающих нагрузок выше допустимых, сильным или слабым скручиванием труб, неправильным сопряжением резьб трубы и муфты.
Смятие обсадных труб в связи с несвоевременным доливом жидкости в обсадную колонну, чрезмерной разрузкой обсадной колонны на забой скважины.

Ликвидация аварий:
При прихвате обсадной колонны пытаются восстанавить циркуляцию промывочной жидкости и одновременно расхаживать обсадную колонну. Если нет результатов, то пытаются освободить колонну при помощи ванны или сплошной промывки нефтью или кислотами. В случае прихвата обсадной колонны без циркуляции бурового раствора ее пытаются восстановить благодаря отверстиям, простреленным в обсадной колонны выше прихваченной области. Если нет результата проводится либо ликвидация скважины, либо цементирование колонны в данном положении с последующим бурением под нижеследующую колонну, либо прихваченную обсадную колонну извлекают (сначала обрезают/откручивают неприхваченный участок, потом труборезкой разрезают прихваченные трубы на части и поднимают их с помощью труболовки; возможен вариант срезания колонны с предварительным ее обуриванием).
При падении обсадных труб их извлекают ловителем и труболовкой.
При отсоединении нижних труб обсадной колонны при ее спуске необходимо поднять колонну, извлечь отсоединенный участок, продолжить спуск колонны. Также можно попытаться соединить эти части путем спуска направляющего конуса с последующим вращением и спуском верхней секции на нижнюю.
В случае смятия обсадной колонны необходимо поднять обсадную колонну, заменить поврежденный участок и спустить заново. В случае невозможности поднятия всей колонны необходимо провести ловильные работы.

систему для работы с обсадными колоннами.
ССОК состоит из следующих элементов:
Управляемые

штропы с элеватором;
Специальный клиновый захват;
Гидравлическая система (15 МПа);
Система поддержания равновесия;
Электронная система управления.

ССОК работает в широком диапазоне температур, универсальна, применяется совместно с СВП; она значительно упрощает процесс спуска ОК, снижает количество производимых операций, НПВ и риски.

ССОК обеспечивает захват и удержание обсадных труб, одновременное вращение и расхаживание обсадной колонны, циркуляцию бурового раствора в любой момент времени.