1.2 Колонна головка (обв’язка)

Колонна головка призначена для розмежування міжколонних просторів і контролю за тиском в них. Її встановлюють на різьбі або за допомогою зварювання на кондукторі. Проміжні та експлуатаційні колони підвішують на клинах.

Конструкція колонної головки передбачає можливість:

• відновлення герметичності міжколонних просторів подачею в міжпакерну порожнину консистентного мастила;

• опресовки фланцевих з’єднань;

• контролю і розрядки тиску середовища в міжколонних просторах;

• проведення цементування свердловини.

Конструктивно колонна головка – це поєднання декількох зв’язаних між собою елементів – котушок або хрестовин, які утримують обсадні колони. Число цих елементів залежить від числа обсадних колон свердловини.

Умови роботи колонної головки досить складні: навантаження від ваги обсадних колон може перевищувати в глибоких свердловинах декілька сотень кілоньютонів. Елементи колонної головки сприймають також тиск від середовища , яке контактує з ними. При наявності в пластовій рідині або газі Н₂S, СО₂, або при сильній мінералізації пластових вод колонна головка піддається корозійному впливу. В глибоких свердловинах при закачуванні теплоносіїв їх стовбури і колонні головки нагріваються до 150 – 200 ^оС, в умовах півночі можуть охолоджуватись до температур, нижчих від мінус 60 ^оС.

Порушення надійності колонної головки неминуче призводить до серйозних аварій, завдавання шкоди навколишньому середовищу, а в окремих випадках може бути причиною виникнення пожежі, вибухів, нещасних випадків.

Колонні головки, особливо багатоколонних свердловин, мають великі маси і вертикальні габарити. Висока їх металомісткість і велика потреба в них призводить до необхідності витрати на їх виготовлення значної кількості легованої сталі.

Із збільшенням вертикального габариту колонної головки ускладнюється обслуговування свердловини.

Перелічені особливості умов роботи колонних головок роблять обов’язковими при їх конструюванні виконання цілого ряду вимог: забезпечення високої надійності всіх елементів в цілому колонної головки протягом терміну служби свердловини в будь-яких умовах її експлуатації, мінімальної металомісткості і вертикальних габаритів.

На рисунку 1.1 показано схеми обв’язки устя свердловин при їх двоколонній (а) та триколонній (б) конструкції.

Колонна головка для обв’язки двох колон (рис. 1.2) складається з корпусу 4, нагвинченого (привареного) на обсадну колону (кондуктор) 6. Внутрішня поверхня корпусу конічна, і в ній розміщені клини 3, які втримують внутрішню (експлуатаційну) колону обсадних труб 7. На фланці корпусу встановлена котушка 1, яка насаджена на трубу і, як правило, приварена до неї. Котушка шпильками з’єднана з корпусом.

Міжтрубні простори відокремлюються ущільненням 2, на колонній головці передбачена засувка 5 для забезпечення доступу в затрубний простір. Вертикальний розмір такої колонної головки біля 1 м, маса залежно від діаметра обсадних труб до 500 - 550 кг.

Такими головками обладнують свердловини глибиною до 1500 - 2000 м із тиском до 25 МПа.

Виготовляють колонні головки для обв’язки свердловин із більшим числом обсадних колон: три-, чотири- і п’ять (рис. 1.3). Принципові та конструктивні схеми таких колонних головок аналогічні.

а)

б)

1- кондуктор; 2 - експлуатаційна колона; 3 - фланець кондуктора; 4,5 - корпус; 6 - патрубок із фланцями; 7 - проміжна обсадна колона

Рисунок 1.1 - Обв’язка устя свердловин при їх двоколонній (а) та триколонній (б) конструкції

1 - перехідна котушка; 2 - ущільнення; 3 - клини; 4 - корпус;

5 - засувка; 6 - кондуктор; 7 - експлуатаційна колона

Рисунок 1.2 – Конструкція колонної головки

До основних параметрів колонної головки відносяться: число обв’язуваних колон, їх діаметри, тиск, кліматичне виконання (для районів з помірним кліматом „У”, для холодної кліматичної зони – „ХЛ”), виконання – звичайне або корозійностійке.

Відповідності до стандарту колонні головки виготовляють на робочі тиски 14, 21, 35, 70 і 105 МПа.

Приєднувальні розміри, як і робочі тиски, колонних головок погоджені з розмірами і тисками противикидного обладнання та експлуатаційною арматурою устя свердловини. Шифр колонної головки включає: ОК – обладнання обв’язки

колон; К – клинова підвіска; число колон, які підвішені на клинах; робочий тиск; діаметри експлуатаційних, проміжних колон і кондуктора; виконання за корозійною стійкістю (К1, К2, К3), К₁ – для середовищ, що містять CO₂ до 6%; К₂ - для середовищ, що містять CO₂ і H₂S до 6 %; К₃ - для середовищ, що містять CO₂ і H₂S до 25 %. Наприклад, ОКК2-35-168245324 К1.

а) б) в)

а) - триколонна обв’язка; б) - чотириколонна обв’язка;

в) - пятиколонна обв’язка

Рисунок 1.3 – Устьові колонні головки