3.4. Оборудование для установки цементных мостов

Мост в скважинах устанавливают по одной из трех схем:

1. мост из твердеющего состава, не ограниченный ни сверху, ни снизу уплотнениями;

2. мост из твердеющего состава, залитого на предварительно созданное уплотнение;

3. уплотнение без твердеющего состава.

Для реализации разработаны цементировочное оборудование и оснастка заливочной колонны.

Из скважинного оборудования достаточно эффективным является уст­ройство для контроля при забойном цементировании (УКЗЦ), разработан­ное в УкрНИИПНД (рис. 3.4.1).

Рис. 3.4.1. Устройство для контролируемой установки цементных мостов конструкции УкрНИИПНД

Устройство состоит из корпуса 1, посадоч­ной плиты 2, сменных шпилек 3, направляющей пробки 4 и двух резиновых, наполненных жидкостью, разделителей 5.

Последовательность технологических операций при установке цемент­ных мостов с помощью УКЗЦ показан на рис. 3.4.2.

Рис. 3.4.2. Последовательность технологических операций при установке мостов

с помощью устройства УКЗЦ

Устройство в собранном виде (без шаровых разделителей) спускают до нижней отметки интервала установки цементного моста, затем на заливоч­ную колонну устанавливают цементировочную головку, в которой размещают два шаровых разделителя. После промывки скважины и закачки буферной жидкости освобождают первый шаровой разделитель, закачивают расчетное количество тампонажного раствора, затем освобождают второй шаровой раз­делитель и начинают продавливание. До посадки первого шарового раздели­теля на опорную плиту (рис. 3.4.2, I) буровой раствор свободно выходит из зали­вочных труб 1 в скважину через радиальные отверстия 2 и вертикальные отверстия 3 в опорной плите 4, а после посадки этого разделителя (в период продавливания тампонажного раствора в заколонное пространство) через радиальные отверстия 2 уже выходит тампонажный раствор (рис. 3.4.2, II). Последние 1-2 м³ продавочной жидкости закачивают на пониженной скоро­сти одним ЦА, благодаря чему на поверхности четко фиксируется момент схождения шаровых разделителей 5 и 6 (рис. 3.4.2, III). После подъема УКЗЦ до верхней отметки интервала установки цементного моста в колонне заливочных труб создается обычное давление, в результате чего происходит срез стопорных шпилек 7, опорная плита с двумя шаровыми разделителями опускается до упора в торец направляющего башмака 8 (рис. 3.4.2, IV), ра­диальные отверстия 2 открываются и через них осуществляется прямая или обратная промывка при срезке кровли моста.

Эффективность работы этого устрой­ства зависит от надежности фиксации момента схождения пробок и среза шпилек 7. Практика показывает, что при установке цементного моста на большой глубине обеспечить нормальную работу УКЗЦ не всегда удается. Следовательно, надежность контроля за процессом в скважине на большой глубине снижается. Другим недостатком технологии установки цементных мостов следует считать необходимость подъема колонны заливочных труб перед срезкой кровли моста. В этом случае отмечается эффект поршневания, что неизбежно приводит к перемешиванию внутрискважинной жидкости с тампонажным материалом. Так как для установки моста используют неболь­шое количество тампонажного раствора, то перемешивание может сущест­венно повлиять на успешность операции. Применение УКЗЦ не может обеспечить установку мостов при газоводопроявлении, так как тампонажный материал не защищен от контакта с выделяющимися из пласта газом или водой. Это устройство не может также гарантировать качество разделитель­ного моста в кавернозной части ствола вследствие того, что при его исполь­зовании не предусмотрено эффективное вытеснение шлама и бурового рас­твора из каверн, что является обязательным условием для обеспечения гер­метичности и прочности моста.

Аналогичное устройство для контролируемой установки цементных мос­тов разработано в АзНИПИнефти (рис. 3.4.3).

Рис. 3.4.3. Устройство для контролируемой установки цементных мостов конструкции АзНИПИнефти

Устройство состоит из неподвижной и подвижной частей. Неподвижная часть представляет собой корпус 2, на верхней части которого выполнена замковая резьба, а на нижнюю часть на­винчивается направляющая пробка 7. Подвижная часть состоит из упругого седла 3 и стакана 6 с уплотнительным кольцом 5. Подвижная часть удержи­вается в корпусе с помощью двух штифтов 4. Кольцевое пространство между корпусом и направляющей пробкой представляет собой гидравлический амортизатор, заполняемый консистентной смесью.

Устройство спускают в скважину на колонне бурильных труб до нижней отметки устанавливаемого цементного моста. После окончания зака­чивания тампонажного раствора проталкивают разделительную пробку1 из цементировочной головки в бурильные трубы и продавливают тампонаж­ный раствор до получения сигнала "стоп" в момент посадки пробки 1 на упругое седло 3 устройства. Затем поднимают УКЗЦ до верхней отметки цементного моста и закачивают продавочную жидкость в бурильные трубы. При повышении давления штифты 4 срезаются и подвижная часть устрой­ства вместе с пробкой 1 и упругим седлом 3 перемещается в крайнее нижнее положение, выдавливая при этом жидкость из гидравлического амортизато­ра. Переход упругого седла в расширенную часть корпуса сопровождается его расширением, и пробка проталкивается в скважину, открывая центральный канал для промывки, что фиксируется по резкому снижению дав­ления. Технология установки мостов с применением УКЗЦ конструкции Аз­НИПИнефти обладает теми же недостатками, что и с использованием пре­дыдущего устройства.

Важную роль в технологии доставки тампонажного материала к месту установки моста играют разделительные пробки.

В ВНИИКРнефти разработан комплекс разделительных пробок - КРП, который прошел предварительные испытания и рекомендован к серийному производству (рис. 3.4.4).

Рис. 3.4.4. Разделительная пробка конструкции ВНИИКР­нефти

Конструк­тивно пробка состоит из легко разбуриваемого корпуса 1, резиновых эластичных манжет 2, со­бранных на корпусе без гуммирования. Нижняя разделительная пробка оборудуется мембраной 3, которая установлена в обойме 4 с уплотнительным кольцом 5. Пробка применяется совместно с кла­паном ЦКОД. При ее посадке на седло этого кла­пана повышается давление в колонне заливочных труб, в результате чего разрушается мембрана 3. Повышение давления, отмеченное на устье, свиде­тельствует о достижении пробкой посадочно­го узла.

В настоящее время в качестве разделитель­ной пробки для колонны бурильных труб со сту­пенчатым профилем внутреннего канала применя­ется эластичный сферический разделитель, име­ющий клапан, через который внутренняя полость пробки заполняется рабочей жидкостью. За счет избыточного давления обеспечивается необходимая поверхность контакта пробки с трубами. Чтобы пробка при прохождении сечений переменного профиля не сплющивалась и работала как поршень, внутрь нее помещается шар из прочного материала, более плотного, чем жидкость. По диаметру шар несколько больше отверстия в упорном кольце. Благодаря эластичности материала сферы и избыточному давлению рабочей жидкости внутри нее разделительная пробка способна обратимо менять форму при прохождении через места значительного сужения в колонне труб, особенно при цементировании скважин через бурильные трубы, без ущерба для качества разделения перекачиваемых жидкостей.

Из устройств, обеспечивающих прохождение в заливочную колонну продавочных и разделительных пробок, наиболее совершенное цементировочная головка ВНИИКРнефти (рис. 3.4.4).

Рис. 3.4.4. Цементировочная головка ВНИИКР-нефти

Она состоит из корпуса 1, переключающего механизма, в который вхо­дят колокол 2, цилиндр 3, поворотная втулка 4 с внутренней резьбой, и раз­мещенных в пазах цилиндра сухарей 5, имеющих ответную резьбу. Во вну­тренней полости цилиндра 3 установлена цементировочная пробка 6, зафик­сированная стопором 7 в полости колокола 2. Стопор 7, удерживающий пробку 6, фиксируется от сетевого перемещения цилиндром 3 в положении, при котором перекрыты радиальные отверстия 8, выполненные в колоколе. В цилиндре и колоколе выполнены циркуляционные отверстия 9. Перевод­ник 10 служит для соединения головки с обсадной колонной. Уплотнительные элементы 11 служат для герметизации головки.

Цементировочная головка работает следующим образом. В положении, показанном на рис. 3.4.5, она устанавливается на верхнюю трубу заливочной колонны. На головку навинчивается ведущая труба, и в дальнейшем промыв­ку и цементирование проводят через стояк, буровой шланг и вертлюг. При промывке скважины и во время закачивания тампонажного раствора цирку­ляция осуществляется через циркуляционные отверстия 9 в цилиндре и ко­локоле. После закачки тампонажного раствора продавливают цементировоч­ную пробку. Для этого вращают втулку 4, что приводит к перемещению су­харей 5 и цилиндра 3, жестко связанного с сухарями. Изменение положения цилиндра 3 приводит к перекрытию циркуляционных отверстий 9, откры­тию радиальных отверстий 8 и освобождению стопора 7. Под действием давления пробка 6 смещает стопор 7 в осевом направлении и начинает дви­жение по колонне. В дальнейшем тампонажный раствор продавливается че­рез отверстия в колоколе - циркуляционные 9 и радиальные 8. Во время закачивания и продавливания раствора расхаживают заливочную колонну, что улучшает вытеснение бурового раствора и повышает качество работ.

Задачи в области разработки технологического оборудования для установки цементных мостов: разработ­ка нормального ряда разделительных манжетных резиновых пробок и за­бойных сигнальных устройств для контроля за процессами установки моста и доставки малых порций тампонажного раствора; разработка конструкции специальной цементировочной головки, которая устанавливается между бу­рильными трубами и ведущей трубой, не имеет отводов и позволяет, размес­тив в ней две разделительные пробки, расхаживать и вращать бурильную колонну; разработка конструкции быстросъемной цементировочной головки, ускоряющей герметизацию затрубного пространства и позволяющей расха­живать заливочные трубы под давлением.