Анализ направлений повышения эффективности спуска обсадной колонны

Обсадные колонны, наряду с цементным камнем, определяют
прочность, устойчивость и герметичность скважины. По этой причине к
обсадным колоннам предъявляются особые требования и уделяется особое
внимание на всех технологических этапах, включающих изготовление
обсадных труб, их транспортировку, соединение, спуск, эксплуатацию и
ремонт.
Во время спуска обсадных колонн традиционным способом, как и во
время других технологических процессов, возникают проблемы, которые
чреваты непроизводительными затратами времени и материальными
потерями, заключающимися в поломке оборудования, нарушении
коллекторских свойств пласта и так далее.
С каждым годом передовые нефтегазовые компании предъявляют всё
более строгие требования к результату проделанных работ. Следовательно,
требуется модернизация технологии спуска обсадных колонн, которая
позволит минимизировать риски возникновения осложнений и аварий и
позволит повысить эффективность.
Наличие современных технологий позволяет повысить эффективность
спуска обсадных колонн, однако информация об этих технологиях не
систематизирована. Для компаний нефтегазовой отрасли возникает
необходимость в разработке классификации средств повышения
эффективности спуска обсадных колонн.
В данной магистерской диссертации будет проведён анализ
направлений повышения эффективности спуска обсадных колонн с целью
предупреждения, решения или снижения влияния проблем, возникающих
при спуске обсадных колонн, с применением новых технологий.
Целью данной работы является систематизация данных о
направлениях повышения эффективности спуска обсадных колонн.
Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
1) проведение литературного обзора по теме спуска обсадных
колонн и современных технологий повышения его эффективности;
2) разработка классификации способов повышения эффективности
спуска обсадных колонн.
1. Классическая технология спуска обсадной колонны
1.1. Подготовка обсадных труб
После производства труб на заводе-изготовителе производится
визуальный контроль, включающий в себя наружный осмотр и проверку
резьбы. Также необходимо измерить трубу и провести шаблонировку, чтобы
подтвердить её соответствие нормативным значениям. Затем проводится
опрессовка трубы давлением, превышающим ожидаемое внутреннее
критическое. Труба признаётся пригодной, если при опрессовке падение
давления не превышает критические значения. При условии пригодности
трубы на резьбы наносится специальная транспортировочная смазка и
накручиваются защитные колпаки для предупреждения повреждения резьб
во время хранения и транспортировки.
На буровой площадке трубы, отсортированные по маркам стали и
толщинам стенок труб, хранятся на стеллажах. При перемещении обсадных
труб на буровой площадке запрещается перетаскивать их волоком и
сбрасывать во избежание их повреждения. В случае длительного хранения
труб или отсутствия сертификата завода-изготовителя о проведении
гидравлических испытаний, необходимо их провести в специально
оборудованной «опрессовочной», сооружённой на буровой. Также перед
спуском необходимо повторить визуальный контроль состояния тела трубы и
резьб и шаблонирование внутреннего диметра. Для замены труб, не
прошедших испытания, на буровой площадке должен быть их запас, равный
5% длины колонны. Трубы, прошедшие контроль, замеряются по длине для
составления меры обсадной колонны и укладываются в порядке их спуска
[6].
1.2. Подготовка ствола скважины
Перед спуском обсадных колонн необходимо произвести
шаблонировку или проработку ствола скважины специальной компоновкой
без ВЗД и телесистемы с требуемой жесткостью, близкой жесткости
обсадной колонны, компоновкой, используемой при бурении, либо
истирающим калибратором, объединяющим процессы шаблонировки и
проработки. Во время бурения последних интервалов в промывочную
жидкость вводят смазочные пачки для облегчения прохождения обсадной
колонны.
После подготовки ствола скважины необходимо подготовить
оборудование и персонал к непосредственному спуску. На этом этапе за 2–3
дня до проведения работ подготавливают запасной буровой рукав, мелкие
инструменты и расходные смазочные материалы. Персонал очищает место
проведения работ, убирает с роторной площадки инструменты, которые не
потребуются для спуска обсадной колонны, готовит к работе ключ для
свинчивания обсадной колонны с моментомером и сварочный аппарат,
проверяет наличие и соответствие башмака, ЦКОДа, шаблона,
герметизирующей смазки, обеспечивает запас бурового раствора и
технической воды. Проверяются узлы и детали буровой, в случае
соответствия составляется акт готовности буровой установки к спуску.
Тампонажный флот за сутки готовит необходимое количество тампонажных
материалов и техники согласно программе цементирования [10].
1.3. Спуск обсадной колонны
При подаче очередной трубы на роторный стол с её резьб снимаются
предохранительные колпаки, производится шаблонировка и смазывание
резьбовых соединений. Обсадные колонны свинчиваются с моментомером с
помощью специального ключа – Weatherford или ГКШ. 5–10 муфтовых
соединения низа обсадной колонны обвариваются или смазываются
специальным клеем. Скорость спуска поддерживается в районе 0,3–0,8 м/с и
снижается по мере спуска башмака [6].
Во время спуска колонны беспрерывно регистрируется её вес. Каждые
50–100 м происходит долив промывочной жидкости в колонну, при
необходимости применяется расхаживание. Персонал следит, чтобы колонна
долгое время не находилась без движения и циркуляции. Также необходимо
следить за уровнем раствора в приёмных емкостях.
После спуска колонны обсадных труб на необходимую глубину
производится заключительная промывка скважины, во время которой
обвязывается цементировочная техника. Затем происходит цементирование
колонны под натягом – на забой колонна не ставится [1].
1.4. Осложнения при спуске обсадных колонн
Осложнение – нарушение процесса строительства скважины,
возникшее при соблюдении требований технического проекта, требующее
принятия незамедлительных и эффективных мер по его устранению для
продолжения процесса строительства [7].
При спуске обсадных колонн могут возникать осложнения,
основными из которых являются:
• неустойчивость ствола скважины;
• поглощения бурового раствора;
• газонефтеводопроявления (ГНВП);
• прихваты обсадной колонны в необсаженном стволе скважины.
Поскольку не существует единого мнения о правильности отнесения
прихватов к авариям или осложнениям, более подробно это понятие будет
разобрано в пункте 1.5.1. «Прихваты обсадных колонн» раздела 1.5. «Аварии
при спуске обсадных колонн.
1.4.1. Неустойчивость ствола скважины
Основными видами осложнений, характеризующими неустойчивость
ствола скважины, являются:
• осыпи и обвалы горных пород, слагающих ствол скважины;
• желобообразование;
• набухание горных пород;
• растворение солевых отложений;
• растепление многолентемёрзлых пород.
Осложнения в виде непрохождения и прихватов инструмента,
длительных проработок ствола скважины, посадок или замятий обсадной
колонны при спуске и неудачного цементирования скважины являются
следствиями нарушения устойчивости стенок скважины, выражающимися в
нарушении поперечного сечения скважины, образовании каверн и сужении
ствола в скважины вследствие вязкопластического течения горных пород [3].
Опыт строительства скважин в хемогенных породах показывает, что
на устойчивость стенок скважины оказывают влияние следующие факторы:
• мощность и глубина залегания соляных пород;
• особенности их строения;
• литолого-минералогический состав солей;
• физико-химические свойства пород;
• углы наклона пластов;
• соответствие типа и параметров бурового раствора породам;
• время нахождения ствола скважины в открытом состоянии перед
спуском обсадной колонны.
Данный вид осложнений наиболее распространен в пластах с
глинистыми и солевыми отложениями. На рисунке 1 представлена диаграмма
распределения осложнений, связанных с неустойчивостью ствола скважины
на примере нефтяного месторождения Khafji в Саудовской Аравии.