11.8 Технологическая оснастка обсадных колонн
В конструкцию низа обсадных колонн входят: башмачная направляющая пробка, башмак, обратный клапан, упорное кольцо, турбулизаторы, центрирующие фонари, скребки.
Башмачная направляющая пробка – устанавливается внизу обсадной колонны и служит направлением при ее спуске (рисунок 65). При отсутствии башмачной пробки при спуске колонна будет срезать со стенок скважины глинистую корку и породу. В результате ствол скважины будет загрязняться, а низ обсадной колонны будет закупориваться и процесс цементирования будет затруднен.
Существует несколько типов направляющих пробок:
деревянные;
бетонные;
чугунные.
Деревянные пробки бывают двух видов: крестообразные (изготовлены из 8-10 см досок) и точеные (изготовлены из дерева крепких пород). Крестообразные пробки из-за недостаточной прочности можно использовать только при спуске кондукторов на небольшую глубину.
Рисунок 65. Башмачные
направляющие пробки:
а – деревянная;
б – бетонная;
в – чугунная;
г - стальная
Бетонные пробки отливают в специальной форме. Они легко разбуриваются после окончания процесса цементирования.
Наиболее широко распространены чугунные пробки. Они обладают высокой механической прочностью и сравнительно легко разбуриваются.
Направляющие пробки любого типа присоединяются к башмаку.
Башмак – представляет собой толстостенный короткий патрубок (0,5 м) и устанавливается на первой трубе для предупреждения смятия торца нижней трубы обсадной колонны при спуске в скважину. Наружный диаметр башмака равен диаметру муфты, а внутренний – внутреннему диаметру обсадной трубы.
При спуске обсадных колонн секциями на первой трубе со второй и каждой последующей секций вместо башмака устанавливается патрубок с боковыми отверстиями для пропуска бурового и цементного растворов.
Обратные клапаны предназначены для предотвращения самозаполнением обсадной колонны буровым раствором при ее спуске в скважину (рисунок 66). Это значительно уменьшает нагрузку на вышку. Кроме того, обратный клапан предотвращает обратный переток цементного раствора из затрубного пространства обратно в обсадную колонну.
Самая распространенная конструкция – тарельчатый клапан. Он состоит из седла, тарелки и пружины. Могут также использоваться и других конструкций: шаровые и дроссельные клапаны.
Обратные клапаны устанавливаются на расстоянии 2-12 м от башмака. При спуске обсадных колонн значительной длины (или при спуске секциями) устанавливаются два обратных клапана на расстоянии 8-12 м (длина одной трубы) друг от друга
Рисунок 66. Тарельчатый клапан
.
При спуске колонны в скважину с возможными газопроявлениями и с АВПД устанавливают всегда два обратных клапана независимо от глубины спуска колонны.
Перед спуском обратный клапан обязательно опрессовывают на полуторократное давление (в 1,5 раза превышает его рабочее давление).
Так как обсадную колонну с обратным клапаном спускают порожней, то периодически (через каждые 100-200 м) следует доливать ее буровым раствором. В противном случае может произойти смятие обсадной колонны, когда наружное избыточное давление достигнет критического значения.
Упорное кольцо (кольцо «стоп») устанавливается над обратным клапаном на расстоянии 6-12 м и служит для четкого фиксирования окончания процесса цементирования. При спуске колонны секциями упорное кольцо устанавливается в специальной удлиненной муфте, а при использовании сварных колонн – ввинчивается в резьбу на расстоянии 30-40 мм от торца трубы.
Упорное кольцо изготавливается из чугуна в виде шайбы толщиной 12-15мм, а диаметр отверстия на 60-75 мм меньше наружного. Некоторые конструкции упорного кольца могут иметь 2-4 отверстия.
Турбулизаторы – способствуют лучшему замещению бурового раствора цементным. Турбулизатор состоит из корпуса, неподвижно закрепленного на обсадной трубе с упругими (резиновыми) лопастями, наклоненными под углом 30-500. Лопасти изменяют направление восходящего потока промывочной жидкости и цементного раствора, способствуют образованию местных вихрей и разрушению структуры в застойных зонах.
Турбулизаторы обычно устанавливаются в тех местах, где недостаточно хорошее центрирование колонны, а также на участках с не очень большими кавернами.
Центрирующие фонари служат для улучшения вытеснения бурового раствора. Если колонна в скважине не отцентрирована, то цементный раствор будет неравномерно заполнять затрубное пространство и оставлять застойные зоны бурового раствора.
Центрирующие фонари применяют двух видов:
пружинные разборные;
жесткие неразборные.
Пружинный центрирующий фонарь представляет собой конструкцию, состоящую из двух колец, к которым приварено 5-6 специально изогнутых планок, изготовленных из рессорной стали. Фонарь свободно надевается на обсадную трубу и удерживается на ней упорным кольцом, которое устанавливают между кольцами фонаря и приваривают электросваркой к обсадной трубе.
Наружный диаметр фонаря должен быть на 50 мм больше диаметра долота. Если скважина имеет кривизну не более 30 и не имеет каверн, то допускается применять фонари диаметром меньше диаметра долота, но не более 30 мм.
Количество фонарей, устанавливаемых на обсадную колонну, зависит от мощности интервала, в котором необходимо надежно разобщить пласты. Фонари необходимо размещать равномерно по всей колонне, причем, над продуктивным пластом и под ним следует размещать не менее двух фонарей.
67
Скребки применяют для удаления со стенок скважины глинистой корки при спуске обсадной колонны (рисунок 68). Это позволяет получить лучший контакт цементного раствора с породой. Скребки устанавливают в тех же местах, где и центрирующие фонари.
Рисунок 68. Скребок
Пакеры, устанавливаемые на обсадной колонне. Если нефтегазоносные пласты разделены от водоносных небольшими пропластками глинистых включений (6-8 м), то они могут быть прорваны под действием перепада давления. Для качественного крепления скважины в этих интервалах используется избирательный метод изоляции пластов - обсадная колонна оснащается заколонными пакерами.
Пакер срабатывает следующим образом: При прохождении цементировочной пробки через пакер срезаются штифты, соединяющие дифференциальную втулку с корпусом. Втулка перемещается вверх, жидкость из обсадной колонны поступает в полость уплотнительного элемента и происходит запакеровка затрубного пространства. Затем избыточное давление в цементировочной головке снижают и дифференциальная втулка возвращается в исходное положение (обратный ход) и жестко закрепляется в конечном положении.