Свердловина є довготривалою капітальною спорудою, її конструкція повинна забезпечувати:

1 міцність і довговічність свердловини;

2 надійну ізоляцію всіх проникних горизонтів і вимоги охорони надр і навколишнього середовища;

3 мінімум витрат на одиницю видобутої продукції;

4 проходку свердловини до проектної глибини;

5 досягнення проектних режимів експлуатації;

6 найповніше використання природної енергії для транспортування нафти і газу;

7 проведення ремонтних робіт в свердловині, а також необхідних досліджень.

На вибір конструкції свердловини впливає багато факторів: призначення свердловини, її проектна глибина, особливості геологічної будови родовища і ступінь його вивченості, стійкість гірських порід, характер зміни з глибиною коефіцієнтів аномальності та індексів тиску поглинання, склад пластових рідин, профіль свердловини, спосіб і тривалість буріння, рівень розвитку технології буріння, спосіб первинного розкриття продуктивного пласта, температурний режим в період буріння і експлуатації, дебіт і способи експлуатації свердловини на різних етапах розробки родовища, економічність, вимоги законів про охорону навколишнього середовища, а також суб’єктивні фактори.

Обсадну колону компонують зі стальних суцільнокатаних труб, які з’єднуються між собою за допомогою різьби або зварки. За конструкцією всі труби можна умовно розділити на дві групи. Основну групу складають труби, виготовлені у вигляді пустотілого циліндра круглого поперечного перерізу з постійною по довжині товщиною стінки. До другої групи – з потовщенням на одному кінці назовні.

Труби з постійною по довжині товщиною стінки з’єднують між собою з допомогою муфт. Труби з потовщеними кінцями з’єднують між собою без муфт ("труба в трубу").

Стандартом передбачений випуск п’яти різновидностей з’єднань обсадних труб:

1 З короткою трикутною різьбою;

2 З подовженою трикутною різьбою;

3 З трапецієвидною різьбою (ОТТМ);

4 Високогерметичні з трапецієвидною різьбою (ОТТГ);

5 Високогерметичні безмуфтові з’єднання з трапецієвидною різьбою (ТБО).

При спуску обсадної колони в свердловину на неї діють такі навантаження:

1 Розтягуюча сила від власної ваги колони (максимальна в місці її підвішування);

2 Виштовхувальна (архімедова) сила тиску рідини;

3 Зовнішній і внутрішній статичні тиски;

4 Сили взаємодії труб із стінкою свердловини;

5 Інерційні сили;

6 Гідродинамічні сили, виникаючі в результаті руху витісненої колоною рідини;

7 Згинаючий момент у місцях викривлення свердловини та інші.

8.2 Цементування свердловин

Цементуванням називають процес заповнення заданого інтервалу свердловини суспензією в’яжучих матеріалів, здатної загустівати у стані спокою і перетворюватися в тверде, практично непроникне тіло.

При будівництві свердловини цементування проводять з такою метою:

1 Ізоляції проникних горизонтів один від одного після первинного розкриття і попередження перетоків пластових флюїдів по заколонному простору;

2 Утримання у підвішеному стані обсадної колони;

3 Захисту обсадної колони від дії агресивних пластових флюїдів, здатних кородувати її зовнішню поверхню;

4 Ліквідації дефектів у кріпленні свердловини;

5 Створення розмежувальних екранів, які перешкоджають обводненню свердловини;

6 Створення високоміцних мостів у свердловині, здатних сприймати великі осьові навантаження;

7 Ізоляції поглинальних горизонтів;

8 Закріплення стінок свердловини в породах, що осипаються;

9 Зменшення передачі тепла від потоку, що рухається колоною труб у свердловині, до навколишніх порід;

10 Герметизації устя у випадку ліквідації свердловини.

Способи цементування поділяють на три групи:

1 Первинне цементування;

2 Вторинне (ремонтно-виправне) цементування;

3 Установка розділювальних цементних мостів.

Первинне цементування здійснюється безпосередньо після спуску у свердловину обсадної колони і проводиться з метою розмежування проникних пластів один від одного і захисту зовнішньої поверхні обсадної колони від корозії, а також підвищення стійкості стінок свердловини.

Існує декілька способів первинного цементування:

• Одноступінчастий;

• Ступінчастий;

• Зворотний;

• Манжетний;

• Цементування потайних колон та секцій обсадних колон.

Найпоширеніший спосіб первинного цементування - одноступінчастий (рис. 8.2).

Після закінчення промивання свердловини на верхній кінець обсадної колони встановлюють спеціальну цементувальну головку 1, бокові відводи якої з допомогою трубопроводів з’єднують з цементувальними насосами. Всередину колони через нижній боковий відвід 12 при закритих кранах 13 і 14 закачують порцію буферної рідини. Потім відкривають крани 14 і 15, вставляють стопор у цементувальній головці, який утримує нижню розділювальну пробку, і цементувальними насосами через бокові відводи 2 закачують необхідний об’єм тампонажного розчину 3.

а-закачування тампонажного розчину;б-початок закачування протискувальної рідини;в-заключна стадія закачування протискувальної рідини;

1 - цементувальна головка; 2, 11, 12 - бокові відводи; 3 - тампонажний розчин; 4 - нижня пробка; 5 - буферна рідина; 6 - обсадна колона;

7 - промивальна рідина; 8 - стінка свердловини; 9 - зворотний клапан;

10 - башмак з направляючою пробкою; 13, 14, 15 - крани високого тиску; 16 - верхня пробка; 17 - протискувальна рідина; 18 – "стоп-кільце"

Рисунок 8.2 – Схема одноступінчастого цементування

Тампонажний розчин проштовхує розділювальну пробку вниз по колоні. Після закачування тампонажного розчину тимчасово закривають крани 14, відгвинчують стопор, який утримує в цементувальній головці розділювальну пробку, відкривають кран 13 і через верхній боковий відвід 11 закачують порцію протискувальної рідини. Коли верхня розділювальна пробка увійде в колону, знову відкривають крани 14 і протискувальну рідину закачують через бокові відводи 2.

Нижня пробка 4, дійшовши до зворотного клапана 9 (або кільця “стоп”), зупиняється. Оскільки закачування рідини в колону продовжують, мембрана в нижній пробці під впливом надлишкового тиску в колоні над нею зруйнується, і тампонажний розчин через прохідний канал, що відкрився в пробці, і отвори в башмачному патрубку і направляючій пробці поступає в кільцевий простір свердловини.

Тампонажний розчин закачують в об’ємі, необхідному для заповнення заданого інтервалу кільцевого простору свердловини і ділянки обсадної колони нижче зворотного клапана (кільця “стоп”), а протискувальну рідину - в об’ємі, необхідному для заповнення внутрішньої порожнини колони вище зворотного клапана. Тампонажний розчин готують з допомогою спеціальних машин.

При ступінчастому цементуванні заданий інтервал розділяють на дві частини, а в обсадній колоні на глибині розділу встановлюють спеціальну цементувальну муфту. Місце встановлення муфти визначають так, щоб тиск в кінці протискування першої порції тампонажного розчину приблизно дорівнював тиску в кінці протискування другої порції тампонажного розчину. Необхідно врахувати і те, що муфта повинна бути розміщена проти стійких порід в інтервалі номінального діаметра свердловини або вище башмака попередньої колони. На кожній з трьох-чотирьох труб вище і нижче муфти необхідно встановлювати центрувальні ліхтарі.

Існує два різновиди ступінчастого цементування:

а) з розривом в часі;

б) без розриву в часі (послідовне).

Тампонажні матеріали. Тампонажними називають матеріали, які при змішуванні з водою або водними розчинами солей, утворюють суспензії, здатні в умовах свердловини з часом перетворюватися в практично непроникне тверде тіло.

Як тампонажні матеріали в даний час найширше застосовують мінеральні в’яжучі речовини – спеціальні марки цементів (порошкоподібні продукти). Природа процесів тужавіння і твердіння цементу складна, різноманітна і остаточно ще не з’ясована.

За особливими властивостями тампонажні матеріали є:

1 Швидкотужавіючі;

2 Повільнотужавіючі;

3 Корозійно стійкі до певних середовищ;

4 Розширювальні;

5 Із закупорювальними властивостями;

6 З особливо високою рухомістю (текучістю);

7 З низькою водовіддачею;

8 Армовані волокнами.

Більшість з відомих мінеральних в’яжучих речовин може бути використана в якості базових тампонажних матеріалів.

Тампонажні цементи поділяють за такими ознаками.

За речовинним складом тампонажні портланд цементи є:

1 Цементи (без домішок, крім гіпсу);

2 Цементи з мінеральними домішками до 20 %;

3 Цементи з домішками (20-80) %;

4 Цементи на основі глиноземистого клінкера;

5 Безклінкерні цементи на основі вапняково-кремне­земистих в’яжучих, доменних шлаків та інших відходів металургійної промисловості, а також цементи полімерні, на основі гіпсу і композиції декількох в’яжучих речовин.

За температурою застосування тампонажні цементи:

1 Для низьких температур (15 °С);

2 Для нормальних температур (15-50 °С);

3 Для помірних температур (50-100 °С);

4 Для підвищених температур (100-150 °С);

5 Для високих температур (150-250 °С);

6 Для надвисоких температур (250 °С);

7 Для циклічно-змінних температур.

За густиною одержаного тампонажного розчину тампонажні цементи поділяють на:

1 Легкі - 1400 кг/м³;

2 Полегшені - 1400-1650 кг/м³;

3 Нормальні - 1650-1950 кг/м³;

4 Обважнені - 1950-2300 кг/м³;

5 Важкі - 2300 кг/м³.

Портландцемент - основа багатьох видів тампонажних матеріалів. Він служить базовим матеріалом для більшості спеціальних (модифікованих) тампонажних цементів і розчинів, в той же час він і без модифікації може застосовуватись у широкому діапазоні умов для проведення тампонажних (цементувальних) робіт у різних спорудах.

Тампонажний портландцемент представляє собою різновидність портландцементу - порошкоподібного мінерального в’яжучого матеріалу, який складається головним чином з високоосновних силікатів кальцію. Завдяки їх особливим властивостям, а також властивостям інших штучних мінералів, що входять у склад портландцементу (алюмінатів, феритів кальцію та ін.), порошок портландцементу при змішуванні з водою утворює достатньо рухому суспензію, яка розшаровується в певному діапазоні концентрацій і твердіє в каменеподібне тонкопористе тіло як на повітрі, так і у воді.