4.2. Назначение и конструкция колонных головок
На устье скважины обсадные колонны обвязываются, т. е. соединяются частью оборудования скважины, называемой колонной головкой.
Колонная головка жестко соединяет в единую систему все обсадные колонны скважины, воспринимает усилия от их веса и передает всю нагрузку верхнему концу обсадной колонны (кондуктору). Она обеспечивает изоляцию и герметизацию межколонных пространств и одновременно доступ к ним для контроля состояния стволовой части скважины и выполнения необходимых технологических операций. Колонная головка служит пьедесталом для монтажа эксплуатационного оборудования, спущенного в скважину. Во время бурения на ней монтируются превенторы противовыбросового оборудования, демонтируемые после окончания бурения.
Конструктивно колонная головка - это сочетание нескольких связанных между собой элементов, катушек или крестовин, несущих обсадные колонны. Число этих элементов зависит от числа обсадных колонн скважины.
Колонные головки устанавливаются на устье скважины последовательно по мере спуска и цементирования обсадных колонн. Они подбираются с учетом максимального пластового давления, ожидаемого при бурении следующего за обсаженным интервала скважины.
Конструкция колонных обвязок позволяет восстанавливать нарушенную герметизацию межколонного кольцевого пространства путем нагнетания специальных паст или самоотвердевающих пластиков.
Условия работы колонной головки достаточно сложны: нагрузка от веса обсадных колонн может превышать в глубоких скважинах несколько сот килоньютонов. Элементы колонной головки воспринимают также давление от среды, контактирующей с ними. При наличии в пластовой жидкости или газе сероводорода, углекислого газа или при сильной минерализации пластовых вод колонная головка подвергается коррозии. При закачке теплоносителей стволы глубоких скважин и колонные головки нагреваются до 150 - 250 °С, в условиях Севера они могут охлаждаться до температур ниже минус 60 °С.
Нарушение надежности колонной головки неизбежно приводит к серьезным авариям, нанесению ущерба окружающей среде, а в отдельных случаях может быть причиной возникновения пожаров, взрывов, несчастных случаев.
Колонные головки, особенно многоколонных скважин, имеют большие массы и вертикальные габариты, поэтому на их изготовление требуется большое количество легированной стали. С увеличением вертикальных габаритов колонной головки усложняется обслуживание скважины.
Колонная головка для обвязки двух колонн (рис. 4.2.) состоит из корпуса 4, навинченного на обсадную трубу 6. Внутренняя поверхность корпуса коническая, в ней размещены клинья 3, удерживающие внутреннюю колонну обсадных труб 7. На фланце корпуса установлена катушка 1, надетая на трубу и обычно приваренная к ней. Катушка болтами соединена с корпусом. Межтрубные пространства разобщаются уплотнениями 2. На колонной головке предусмотрена задвижка 5 для обеспечения доступа жидкости в затрубное пространство. Вертикальный размер такой колонной головки около 1 м. Масса в зависимости от диаметра обсадных труб - до 500...550 кг. Такими головками оборудуются скважины глубиной до 1500.. .2000 м с давлением до 25 МПа.
Рис. 4.2. Колонная головка
Изготовляют колонные головки для оборудования скважин и с большим числом обсадных колонн: трех-, четырех- и пятиколонных. Принципиальные и конструктивные схемы таких колонных головок аналогичны.
Оборудование обвязки обсадных колонн типа ОКК рассчитано на давление 21. 35 и 70 МПа. Оно предназначено для подвешивания двух и более обсадных колонн кондуктора (на резьбе или на сварке), технических и эксплуатационной, а также для герметизации и разобщения межколонных пространств с помощью упругих уплотнении.
Оборудование типа ОКК (рис. 4.3.) состоит из отдельных сборочных единиц - колонных головок.
Нижняя колонная головка (ГНК), присоединяемая непосредственно к верхнему концу обсадной колонны, выпускается в трех исполнениях.
Обвязка обсадных колонн осуществляется с помощью клиньевых подвесок и пакеров.
Рис. 4.3. Оборудование обвязки обсадных колонн типа ОКК:
1 — крестовина, 2. 4, 5, 8, 9—пакеры; 3, 6, 10—подвески; 7 манифопьднижней
(средней) промежуточной колонной головки; 11 - манифольп нижней колонной
головки; 12 - нижняя колонная головка; 13, 15, 16 нагнетательные клапаны;
14- промежуточная (средняя) колонная головка; П'- ыанифольд промежуточной
(верхней) колонной головки; 18 - промежуточная (верхняя) колонная головка