Для чего нужен хвостовик в бурении

Элементы оснастки низа обсадной колонны

В конструкцию низа обсадных колонн входит технологическая оснастка для успешного спуска обсадных колонн и цементирования скважин, разобщения пластов и эксплуатации скважин.

В конструкцию низа обсадных колонн входит технологическая оснастка для успешного спуска обсадных колонн и цементирования скважин, разобщения пластов и эксплуатации скважин.

Элементы низа обсадной колонны:

Иногда при спуске эксплуатационных колонн или хвостовиков вместо башмака с направляющей пробкой обсадная колонна заканчивается «пауком» (Рис. 1 г).

Используются также шаровые и дроссельные обратные клапаны (рис. 3).
Обратные клапаны устанавливаются на расстоянии 2. 12 м от башмака.
При спуске обсадных колонн значительной длины или хвостовиков устанавливаются два обратных клапана на расстоянии 8. 12 м друг от друга.
В скважинах с возможными газопроявлениями обратные клапаны устанавливают вне зависимости от глубины спуска колонны во избежание газового выброса через колонну в процессе ее спуска и цементирования.
Обратный клапан перед спуском в скважину опрессовывают на давление, в 1,5 раза превышающее его рабочее давление.

Упорное кольцо
Так как обсадную колонну с обратным клапаном спускают порожней, то периодически (через 100. 200 м) следует доливать ее буровым раствором.
Если этого не делать, наружное давление может достигнуть критической величины, угрожающей или смятию колонны, или прорыву обратного клапана.
Упорное кольцо(кольцо-стоп) устанавливается для четкого фиксирования окончания процесса цементирования над обратным клапаном (на расстоянии 6. 12 м).
Упорное кольцо изготавливается из чугуна в виде шайбы толщиной 12. 15 мм; диаметр отверстия делается на 60-75 мм меньше наружного Ø.
В некоторых случаях упорное кольцо имеет не 1 отверстие, а 2 или 4.

Кольца жесткости
Кольца жесткости служат для усиления отдельных интервалов обсадной колонны.
Их рекомендуется устанавливать на кондукторы и промежуточные колонны.
Для усиления нижней части обсадной колонны и повышения прочности соединения на нижние 4. 5 труб одеваются короткие (100. 200 мм) патрубки и закрепляются электросваркой. Изготавливаются они из обсадных труб следующего за данной обсадной колонной размера.

Рис. 4. Турбулизатор
Турбулизатор
Турбулизаторы способствуют лучшему замещению бурового раствора цементным в процессе цементирования обсадных колонн.
Турбулизатор (рис. 4) состоит из корпуса 1, неподвижно закрепляемого на обсадной трубе, упругими (обычно резиновыми) лопастями 2, наклоненными под углом 30. 50° к образующей оси. Лопасти изменяют направление восходящего потока промывочной жидкости и цементного раствора, способствуют образованию местных вихрей и разрушению структуры в застойных зонах. Для крепления на обсадной трубе служат спиральный клин 3.
Турбулизаторы целесообразно устанавливать в интервалах недостаточно хорошего центрирования колонны со сложной конфигурацией сечения ствола скважины, а также на участках с не очень большими кавернами.

Рис. 6. Скребок
Скребки (рис. 6) применяют для удаления со стенок скважины фильтрационной глинистой корки при спуске обсадной колонны.
Их устанавливают на тех же участках обсадной колонны, что и центрирующие фонари (центраторы).
Наибольший эффект получается при совместном применении скребков и центраторов.

Источник

ОБСАДНАЯ КОЛОННА И ХВОСТОВИК

Во время бурения скважины возникает необходимость защиты вскрытых пластов стальными трубами. Для этого есть несколько причин: защита от обрушения стенок скважины, защита ранее вскрытых интервалов и изоляция пластов друг от друга. Такие защитные трубы называются обсадными колоннами и хвостовиками. Обсадной называется колонна, начинающаяся на устье скважины и спущенная в нее на достаточную глубину. Термин хвостовик обозначает колонну труб, верхний конец которой не выходит на поверхность, но спущен на глубину и соединен внахлест с нижним концом обсадной колонны или другого хвостовика. Обсадная колонна и хвостовик могут цементироваться полностью или частично.

Обсадная колонна. В скважине могут быть две, три и более колонны обсадных труб, трубы меньшего диаметры спускаются в трубы большего диаметра, причем трубы меньшего диаметра спускаются на большую глубину. Колонна-кондуктор спускается в скважину с последующим цементированием для защиты водоносных горизонтов и для предотвращения фильтрации бурового раствора в залегающих близко от поверхности песчаниках и гравийных пластах. Глубина спуска кондуктора – около 2 000 футов. Затем спускается так называемая «промежуточная» или «техническая» колонна. Техническая колонна спускается и цементируется для защиты вскрытых пластов и колонны кондуктора от гидростатического давления, создаваемого тяжелым раствором. Ниже технической колонны может быть спущена еще одна колонна обсадных труб или хвостовик.

Хвостовик. По экономическим или техническим соображениям установка еще одной колонны от устья до забоя для защиты лишь небольшого открытого интервала в уже обсаженную скважину может не оправдаться, особенно с учетом сужения ствола скважины по мере приближения к забою. Поэтому в скважине устанавливают хвостовик, спускаемый до забоя и соединяющийся внахлест с обсадной колонной в интервале нескольких сот футов. Хвостовик крепится к обсадной колонне при помощи специального устройства, которое называется подвеской хвостовика. Хвостовик служит для защиты открытого интервала вблизи забоя скважины, в который зачастую входит вскрытый продуктивный пласт.

ЦЕМЕНТИРОВАНИЕ

После спуска в скважину обсадной колонны или хвостовика внутрь обсадной колонны или хвостовика быстро закачивают заранее приготовленный цементный раствор. Под давлением цементный раствор выходит из-под низа обсадной колонны и поднимается в затрубное пространство между трубой и стенками скважины. Вслед за цементом в скважину закачивается жидкость в объеме, достаточном для вытеснения почти всего цемента из обсадной колонны или хвостовика, с таким расчетом, чтобы небольшая часть цемента осталась на забое. После того как цемент затвердеет, часть цемента, оставшаяся в обсадной колонне или хвостовике, разбуривается и скважина углубляется еще на несколько футов ниже конца колонны. Затем обсадная колонна или хвостовик испытываются опрессовкой для определения максимального удельного веса раствора, который они способны выдержать. Если колонна не проходит испытание, проводится исправительное цементирование закачкой цемента под давлением. Если же испытание проходит успешно, бурение возобновляется.

ГЕОЛОГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ (ГАЗОВЫЙ КАРОТАЖ)

Имеются несколько методов, при помощи которых во время бурения выделяются геологические пласты по их типу и возрасту и ведется наблюдение за признаками нефти и газа. Одним из этих методов является газовый каротаж. Он заключается в исследовании литологических характеристик шлама и его флуоресцентных свойств, являющихся признаком нефтеносности. Присутствие углеводородов можно определить, анализируя газ, поступающий из скважины вместе с буровым раствором. Глубина, скорость проходки и иные параметры коррелируются с признаками нефти и изменениями литологических характеристик.

ОТБОР И АНАЛИЗ КЕРНА

Анализ керна является одним из наиболее информативных методов изучения коллектора. Керн – это часть породы, извлеченная из исследуемого пласта. Пластовой керн в виде цилиндрических отрезков длиной несколько футов извлекается специальным колонковым долотом, соединенным с колонковой трубой (керноотборником). Колонковое долото имеет внутри полый канал, по которому керн поступает в керноприемник. Боковой керн небольшой длины извлекается при помощи геофизического инструмента, спускаемого на кабеле. Отбор бокового керна производится после того, как скважина пробурена. Сперва керн изучается промысловым геологом на буровой, однако для более полного исследования керн направляют в лабораторию, где измеряют его пористость, проницаемость, глинистость, исследуют литологические свойства, признаки нефти и иные важные характеристики. Отбор керна – дорогостоящая операция, применяемая только при насущной необходимости получения наиболее полных, достоверных характеристик пласта.

ОПРОБОВАНИЕ СКВАЖИНЫ ПЛАСТОИСПЫТАТЕЛЕМ НА БУРИЛЬНЫХ ТРУБАХ (DST) И ПОИНТЕРВАЛЬНОЕ ОПРОБОВАНИЕ СКВАЖИНЫ (FIT)

Опробование скважины пластоиспытателем на бурильных трубах (DST, drill-stem testing) и поинтервальное опробование скважины (FIT, formation-interval testing) – два похожих метода, использующихся для непосредственного замера потенциального притока из пласта, отбора проб флюида из исследуемого интервала, измерения давления и температуры. Метод опробования скважины пластоиспытателем заключается во временной отработке пласта по колонне бурильных труб с установленным на конце колонны извлекаемым пакером (пластоиспытателем). Пакер изолирует затрубное пространство, а пластоиспытатель обеспечивает приток жидкости из исследуемого участка вскрытого пласта. Затем пластоиспытатель закрывается, пакер срывается, а колонна бурильных труб извлекается из скважины. Одновременно с испытанием отбирают пробу пластового флюида. Приборы, установленные на пластоиспытателе, записывают давление и температуру. Поинтервальный испытатель пластов (FIT) спускается не на бурильных трубах, а на кабеле, в рабочем положении поинтервальный испытатель прижат к стенке скважины. Во время испытаний отбирается проба пластового флюида, измеряется давление и температура. Затем пластоиспытатель вместе с пробой флюида под давлением поднимают из скважины. Проба под давлением помещается в другой контейнер и отправляется на анализ в лабораторию.

Источник

Бурение скважин на обсадной колонне и хвостовике

Вы будете перенаправлены на Автор24

Особенности бурения скважин на обсадной колонне и хвостовике

Существует несколько типов обсадных колонн:

Хвостовик – это обсадная колонна потайного типа, которая устанавливается в специальной системе подвески в предыдущей обсадной колонне.

Пример технологической схемы колонны-хвостовика изображен на рисунке ниже.

1,9 – верхняя и нижняя часть секционной разъединительной пробки; 2 – переводник; 3 – ниппель с резьбой; 4 – уплотнительная манжета; 5 – раструб; 6 – муфта с резьбой; 7 – несущая резьба; 8 – пакер; 10 – обсадные трубы хвостовика.

Бурение на обсадной колонне подразумевает использование обсадной колонны в качестве бурильной, чтобы обсадные колонны спускались на забой в процессе бурения, а не устанавливались в рамках отдельного технологического процесса. Данный вид бурения был впервые использован в 1920 годах, на месторождениях Польши и Франции. С 1950-х годов этот вид бурения уже применялся во многих странах, в том числе на месторождениях на территории Советского Союза, в частности в городе Саратов. Тогда такое бурение в основном использовалось для бурения не всего ствола скважин, а только определенных участков. Современное бурение на обсадной колонне и хвостовике предусматривает бурение под кондуктор или техническую колонну. Бурение на обсадной колонне может выполняться с помощью систем двух типов.

Готовые работы на аналогичную тему

При использовании первой системы бурения расширитель ствола скважины, забойный двигатель и компоновка долота устанавливаются на нижнем соединении обсадных труб с помощью съемного пакера. По мере бурения обсадная колонна опускается в скважину либо в режиме вращения, либо в режиме скольжения. При достижении нужной глубины захваченная компоновка низа бурильной колонны извлекается на поверхность возвратными механизмами. После чего в скважину опускается система клапанов, которые помещаются в башмак обсадной колонны до начала процесса цементирования.

При использовании второй системы бурения на обсадной колонне и хвостовике компоновка включает в себя специальное буровое долото, которое крепится к нижней части звена обсадных труб, как правило, между этим самым звеном и муфтой обсадных клапанов. В этом случае крутящий момент в процессе бурения передается от верхнего силового привода к обсадной колонне. Особенностью такой системы является отсутствие необходимости извлечения бурового долота через обсадные колонны.

При бурении на обсадной колонне хвостовик решает такие задачи, как снижение расходов на сооружение скважины, сокращение числа этапов сооружения скважины, повышение качества цементирования, перекрытие зон поглощения в случае разгерметизации колонн.

Преимущества бурения скважин на обсадной колонне и хвостовике

Преимущества бурения скважин на обсадной колонне и хвостовике связаны с отсутствием необходимости проведения процесса спуска и подъема бурильных колонн, а также со спуском обсадных колонн. Преимущества следующие:

Источник

МАТЕРИКОВАЯ ДОБЫЧА НЕФТИ

ПОДГОТОВКА СКВАЖИН К ЭКСПЛУАТАЦИИ

Понятие конструкции скважины

— это совокупность элементов крепи горной выработки с поперечными размерами, несоизмеримо малыми по сравнению с ее глубиной и протяженностью, обеспечивающая при современном техническом и технологическом вооружении безаварийное, с учетом охраны недр, экономичное строительство герметичного пространственно устойчивого канала между флюидонасыщенными пластами и остальной частью вскрытого геологического разреза, а также дневной поверхностью, эксплуатирующегося в заданных режимах и времени в зависимости от назначения: изучение геологического разреза, разведка и оценка газонефтеносности отложений, добыча продукции, поддержание пластовых давлений, наблюдение за режимом эксплуатации месторождения и др.

В газонефтяной отрасли нет также единого методического подхода к оценке качества проектирования и строительства скважин, в том числе их конструкции.

Основные элементы скважины

— это дно ствола скважины.

— это горная выработка, внутри которой располагаются обсадные колонны и производится углубление скважины.

— участок скважины, непосредственно соприкасающийся с продуктивным нефтяным или газовым горизонтом. Фильтром может служить необсаженный колонной участок ствола, специальное устройство с отверстиями, заполненное гравием и песком, часть эксплуатационной колонны или хвостовика с отверстиями или щелями.

— затвердевший цементный раствор, закачанный в кольцевое пространство между стволом и обсадной колонной с целью его герметизации.

Цементное кольцо предназначено для надежной изоляции друг от друга интервалов геологического разреза (в том числе и продуктивных) на весь период строительства, эксплуатации и обеспечения жесткой связи обсадных колонн со стенками скважины с целью формирования прочной и герметичной постоянной крепи.

Система обсадных колонн и цементных колец за ними составляют скважины.

Обсадные колонны

Обсадные колонны предназначены для изоляции стенок скважин от рабочего пространства ствола в процессе бурения и эксплуатации и обеспечивают требуемую прочность и герметичность при воздействии на них внутренних и внешних воздействий в первую очередь давления. Для создания необходимой изоляции кольцевого пространства, остающегося между обсадными колоннами, оно заливается жидким цементным раствором, твердеющим через определенное время.

Обсадные колонны по назначению подразделяются следующим образом.

— первая колонна труб или одна труба, предназначенная для закрепления приустьевой части скважин от размыва буровым раствором и обрушения, а также для обеспечения циркуляции жидкости. Направление, как правило, одно. Однако могут быть случаи крепления скважин двумя направлениями, когда верхняя часть разреза представлена лессовыми почвами, насыпным песком или имеет другие особенности. Обычно направление спускают в заранее подготовленную шахту или скважину и бетонируют на всю длину. Иногда направление забивают в породу, как сваю.

Различают шахтное (или шахтовое) направление и удлиненное направление. Шахтное устанавливается, как правило, во всех случаях и его длина составляет 3-10 м. В зависимости от конкретных условий может устанавливаться удлиненное направление или от одного до нескольких направлений и в этом случае длина может достигать 100 м. Направление спускается по возможности в глинистый пласт. Диаметр колонны колеблется от 245 до 1250 мм. Трубы, используемые в качестве направления, на прочность не рассчитываются и не опрессовываются.

— колонна обсадных труб, предназначенных для разобщения верхнего интервала разреза горных пород, изоляции пресноводных горизонтов от загрязнения, монтажа противовыбросового оборудования и подвески последующих обсадных колонн.

Кондуктор в зависимости от геологических условий устанавливается на глубину в среднем до 100 м, а максимальная глубина до 600 м. Диаметр кондуктора, как правило, колеблется в диапазоне 177-508 мм. Он опрессовывается, как и цементное кольцо.

Шахтное направление и кондуктор являются обязательными элементами конструкции скважины.

Промежуточная обсадная колонна (их может быть несколько) служит для разобщения несовместимых по условиям бурения зон при углублении скважины до намеченных глубин.

Промежуточные обсадные колонны могут быть следующих видов:

Секционный спуск обсадных колонн и крепление скважин хвостовиками являются, во-первых, практическим решением проблемы спуска тяжелых обсадных колонн и, во-вторых, решением задачи по упрощению конструкции скважин, уменьшению диаметра обсадных труб, зазоров между колоннами и стенками скважины, сокращению расхода металла и тампонирующих материалов, увеличению скорости бурения и снижению стоимости буровых работ.

— последняя колонна обсадных труб, которой крепят скважину для разобщения продуктивных горизонтов от остальных пород и извлечения из скважины нефти или газа или для нагнетания в пласты жидкости или газа. Иногда в качестве эксплуатационной колонны может быть использована (частично или полностью) последняя промежуточная колонна.

Диаметр обсадной колонны

Проектирование диаметров обсадных колонн и долот начинают с эксплуатационной колонны и далее методом снизу-вверх. Расчет диаметров обсадных труб ведется «изнутри» с диаметра эксплуатационной колонны. Исходя из предполагаемого дебита скважины и экономического обоснования, выбирается диаметр эксплуатационной колонны. Диаметр эксплуатационной колонны определяет диаметры бурения под обсадные колонны для всей скважины, а количество промежуточных колонн определяет конструкцию колонной головки. Увеличение диаметра эксплуатационной колонны позволяет использовать более производительное скважинное оборудование, позволяет эксплуатировать в скважине одновременно несколько пластов и облегчает проведение подземного ремонта. С другой стороны увеличение диаметра эксплуатационной колонны ведет к увеличению металлоемкости обсадных колонн, объему бурения и цементирования. Возрастают нагрузки на колонную головку и ее металлоемкость. Все это ведет к увеличению затрат на строительство скважины. Уменьшение диаметра эксплуатационной колонны снижает стоимость ее строительства, но увеличивает затраты, связанные с эксплуатацией скважины. Так применение малогабаритного оборудования ведет к увеличению затрат на приобретение до 2-3х раз. Усложняется поведение подземного ремонта, что ведет, как правило, к увеличению затрат времени, и, следовательно, и материалов, а в некоторых случаях не позволяет произвести необходимый ремонт.

Сооружение скважины

Только сооруженная скважина может ответить на вопрос: имеется ли в данном районе нефтяное или газовое месторождение и какова промышленная ценность залежи углеводородов.

Сооружение скважины, независимо от ее назначения (разведочная, параметрическая, эксплуатационная и т.д.), включает в себя следующие основные этапы:

При бурении в скважину последовательно спускается определенная конструкция, состоящая из обсадных труб. Каждая последующая колонна вставляется в предыдущую, и поэтому имеет все меньший диаметр.

Дно скважины называется забоем. После проведения цементирования скважины образуется новый забой, который называется «искусственный забой». В процессе эксплуатации на забой осаждаются примеси, части изношенного оборудования или упущенный при проведении подземного ремонта инструмент и т.п., что при замерах изменяет глубину скважины и новая точка называется «текущий забой».

После создания герметичной конструкции скважины в эксплуатационную колонну, напротив продуктивного пласта, спускается на забой устройство (перфоратор), которое проделывает отверстия в обсадных трубах и цементном кольце и соединяет продуктивный пласт и скважину. Эти отверстия заполняются газом и пластовой жидкостью (нефтью), поступающей из пласта под избыточным давлением и заполняют скважину.

Требования к конструкции скважин

В зависимости от назначения скважин конструкция может существенно изменяться, но всегда должна удовлетворять некоторым общим требованиям, которые сводятся к следующему:

Кроме перечисленных, конструкция скважины должна удовлетворять определенным технологическим требованиям, основными из которых являются:

Разработка конструкции скважины

Основные параметры конструкций скважины: число и диаметр обсадных колонн, глубина их спуска, диаметр долот, которые необходимы для бурения под каждую обсадную колонну, а также высота подъема и качество тампонажного раствора за ними, обеспечение полноты вытеснения бурового раствора.

Разработка конструкции скважины базируется на следующих основных геологических и технико-экономических факторах:

К объективным геологическим факторам относят предполагаемую и фактическую литологию, стратиграфию и тектонику разреза, мощность пород с различными проницаемостью, прочностью, пористостью, наличие флюидосодержащих пород и пластовые давления.

Геологическое строение разреза горных пород при проектировании конструкции скважин учитывают как неизменный фактор.

В процессе разработки залежи ее начальные пластовые характеристики будут изменяться, так как на пластовые давления и температуру влияют продолжительность эксплуатации, темпы отбора флюидов, способы интенсификации добычи и поддержания пластовых давлений, использование новых видов воздействия на продуктивные горизонты в целях более полного извлечения нефти и газа из недр, поэтому эти факторы необходимо учитывать при проектировании конструкции скважин.

Конструкция скважин должна отвечать условиям охраны окружающей среды и исключать возможное загрязнение пластовых вод и межпластовые перетоки флюидов не только при бурении и эксплуатации, но и после окончания работ и ликвидации скважины. В связи с этим необходимо обеспечивать условия для качественного и эффективного разобщения пластов. Это один из главнейших факторов.

Таким образом, принципы проектирования конструкций скважин прежде всего должны определяться геологическими факторами.

Простая конструкция (кондуктор и эксплуатационная колонна) не во всех случаях рациональна. В первую очередь это относится к глубоким скважинам (4000 м и более), вскрывающим комплекс разнообразных отложений, в которых возникают различные, иногда диаметрально противоположные по характеру и природе осложнения.

Следовательно, рациональной можно назвать такую конструкцию, которая соответствует геологическим условиям бурения, учитывает назначение скважины и другие, отмеченные выше, факторы и создает условия для бурения интервалов между креплениями в наиболее сжатые сроки. Последнее условие является принципиальным, так как практика буровых работ четко подтверждает, что чем меньше времени затрачивается на бурение интервала ствола между креплениями, тем меньше число и тяжесть возникающих осложнений и ниже стоимость проводки скважины.

Источник

Заканчивание скважин: подвески хвостовиков

В скважинном бурении, хвостовиком называют разновидность обсадной колонны с потайным способом установки. В частности, данный элемент монтируется в предыдущей обсадной колоне, заходя внахлёст на расстояние 20-50 метров. Фиксируется хвостовик специальной системой крепления, которая называется подвеской.

Технология установки предусматривает возможность цементирования хвостовика, но это не является обязательным условием: способ монтажа напрямую зависит от прочности породы разрабатываемого пласта.

Преимущества хвостовиков

При заканчивании скважины хвостовиком, решаются такие задачи:

Имеются у хвостовиков и некоторые недостатки. Сюда можно отнести возможную негерметичность подвески, проблемы с первичным цементированием если между скважиной и хвостовиком остаются небольшие кольцевые зазоры.

Устройство хвостовиков

Конструкцию подвески можно рассмотреть на примере гидромеханической модели, которая используется для установки тяжёлых хвостовиков марки ПХГМЦ.Т. Такая подвеска может взаимодействовать с пакерами ПГМЦ или стоп-патрубками. Подвеска не предназначена для двухступенчатого цементирования.

Конструкция подвески включает 5 независимых узлов, гидравлического или механического действия:

Устанавливается подвеска на последнюю трубу хвостовика и размещается внутри обсадной колонны на заданной глубине. Конструкция предусматривает защиту от преждевременного срабатывания в процессе цементирования.

Разновидности подвесок

Колонну с установленным хвостовиком используют в качестве эксплуатационной, поэтому основным критерием при выборе подвески является способность противодействия сминающему давлению. В настоящее время, используются несколько различных способов установки хвостовиков: цементируемый, на клиньях и на опорной поверхности. Для каждого из перечисленных вариантов применяется свой тип подвески.

В общих чертах, подвески делятся на 3 группы:

Здесь приведена классификация по принципу действия механизма установки, которая считается основной. Однако у подвесок имеются и другие отличительные особенности конструкции. Например:

При выборе подвески хвостовика в зависимости от способа установки, необходимо учитывать ряд моментов.

Для подвесок, используемых для установки хвостовика на клиньях характерна высокая вероятность ложных срабатываний. Устройства для монтажа на опорной поверхности требовательны к точности: если хвостовик не дойдёт до заданной глубины, подвеска не сработает.

Источник