|
|
|---|
Скважина как техническое сооружение должна обеспечивать целый ряд технических и экономических требований направленных на достижение запроектированных параметров ее эксплуатации, прежде всего путем обеспечения прочности ствола скважины как в процессе бурения, так и в период эксплуатации. Такая задача главным образом решается за счет надежного закрепления неустойчивых интервалов ствола и изоляции продуктивных и водоносных пластов обсадными трубами. При этом долговечность работы скважины зависит от качества цементирования обсадных колонн.
Для обеспечения качественного цементирования предполагается герметичность обсадной колонны и надежное разобщение поглощающих пластов. Для выполнения этих условий необходим хороший контакт колонны обсадных труб и стенок скважины с цементным камнем, что может быть выполнено только при повышенных требованиях подготовки ствола скважины к цементации: удалении осмоса из каверн, ликвидации желобов и сохранении устойчивости стенок скважины в процессе подготовки к обсадке.
Принципиальной является также задача технического обеспечения процесса цементирования затрубного пространства скважины. К настоящему времени разработаны десятки устройств (пакеров) для выполнения заколонного цементирования. Многочисленность и разнообразие их конструктивного исполнения обусловлено главным образом поиском рациональных решений, направленных на повышение надежности и экономичности работ, связанных с заполнением заданного интервала скважины цементным или другим вяжущим раствором. В последние годы ведутся активные работы по созданию и внедрению комплексов для выполнения манжетного цементирования как вертикальных, так и горизонтальных скважин.
Среди современных пакеров, использующихся как для подготовки ствола к цементации, так и для непосредственного его заполнения цементным раствором достаточно известными и апробированными в производстве являются устройства, в которых исполнительным узлом является деформирующийся эластичный элемент, надевающийся на корпус, и плотно смыкающийся со стенками ствола скважины. По способу перевода в рабочее состояние такие пакеры подразделяются на гидравлические и механические.
Учитывая сложность выбора параметров управления и характеристик деформирующегося эластичного элемента, виды конструктивного исполнения и область использования гидравлических пакеров ограничены. Это обусловлено с одной стороны отсутствием надежных технических решений для подготовки участков ствола скважины, подверженных эрозии, к цементирования затрубного пространства. С дугой стороны – отсутствием единого подхода к решению вопросов, связанных с выбором прочных параметров эластичного баллона как разобщающего пакера, так и промывочного устройства. Выделенные задачи существенным образом определяют показатели надежности цементации скважин. Их решение направлено на поиск и обоснование путей более полной реализацию возможностей гидравлических пакеров с деформирующимся эластичный элементом.
Цель работы – повышение эффективности заколонного цементирования скважин за счет технических разработок, обеспечивающих надежную калибровку скважины в периоды спуска обсадных колонн и их цементацию
Задачи исследования:
1. Выполнить анализ способов и средств цементирования скважин с обоснованием эффективности пакерных устройств (очистителя каверн и цементировочного пакера) с деформирующимся эластичным элементом.
2. Разработать методику инженерного расчета параметров эластичного элемента пакерных устройства с оценкой условий его надежного срабатывания.
3. Обосновать параметры, разработать конструкцию гидравлического пакера и технологию его применения для обеспечения манжетного цементирования обсадной колонны.
4. Обосновать параметры и разработать устройство для гидравлической очистки интервалов скважины в процессе подготовки ствола к цементированию затрубного пространства, в том числе, в интервалах глиносодержащих пород, склонных к интенсивному кавернообразованию.
Идея роботи заключается: в использовании упругих свойств эластичных элементов пакерным устройств для
изменения живого сечения ствола при разработке технических рекомендаций по обеспечению достаточной скорости жидкости для выноса частиц шлама из каверн скважины;
плотного смыкания уплотнительного элемента со стенками ствола скважины с созданием надежной изоляции отдельных интервалов в затрубном пространстве в период выполнения заколонного цементирования.
Объект исследований – способы и средства заколонного цементирования.
Предмет исследования – манжетный способ заколонного цементирования.
Возможные результаты, которые ожидаются при выполнении работы, их новизна и значение.
Ожидается получить новые результаты, касающиеся обоснования параметров гидравлических пакерных устройств, что может наметить пути принятия эффективных технических решений для повышения уровня надежности заколонного цементирования
В начале 70-х годов во ВНИИБТ была разработана конструкция заколонных пакеров типа ПДМ, предназначенных для проведения двухступенчатого или манжетного цементирования обсадных колонн при наличии в разрезе скважины зон осложнений или продуктивных пластов с аномальными пластовыми давлениями, склонных к затрубным проявлениям или поглощению цементного раствора, а также гидроразрыву [1, c.361].
При проведении двухступенчатого или манжетного цементирования обсадных колонн широко используются заколонные пакеры типа ПДМ (конструкция ВНИИБТ). Пакер типа ПДМ опускают в скважину на обсадной колонне. При двухступенчатом цементировании пакер размещают между ступенями цементирования, а при манжетном — над продуктивным пластом.Цементирование первой ступени (ниже пакера) проводят через башмак обсадной колонны, цементирование второй ступени (выше пакера) — через цементировочные отверстия пакера с использованием верхней цементировочной пробки.Затрубное пространство пакеруют перед цементированием второй ступени путем раздувания уплотнительного элемента пакера жидкостью из обсадной колонны. При манжетном цементировании скважины применяют верхнюю цементировочную пробку, а пакеровку осуществляют промывочной жидкостью или начальной порцией тампонажного раствора [1,c.350].
Для борьбы с глинистой коркой рассмотрим специальные разработанные устройства во ВНИИБТ, прошедшие широкие промышленные испытания очистители гидромеханические (ОГМ) нескольких конструкций для различных условий, встречающихся при проводке нефтяных и газовых скважин.Использование предлагаемого устройства позволяет сохранить коллекторские свойства пласта за счет создания непроницаемого или малопроницаемого кольматационного слоя и предупредить возникновение различных осложнений при бурении: сужение ствола скважины, прихват бурильной колонны, поглощение бурового раствора и др. [2,c. 36-37].
При бурении скважин большого диаметра с промывкой растворами на нефтяной основе хорошие результаты дало применение ОГМ, включающих корпус 1 с центраторами 8 и 9 и гнездами 2, в которых установлены с возможностью радиального перемещения гильзы 4 с закрепленными в них скребковыми элементами 3, фиксированными установленной концентрично корпусу втулкой 6 со сквозными продольными прорезями 7 в средней части для размещения скребковых элементов, причем на гильзах установлены упругие оболочки 5. Одновременно происходит калибрование ствола скважины центраторами 8 и 9, которые защищают очистительные элементы 3 от износа.Во время вращения инструмента фильтрационная корка удаляется со стенок скважины скребковыми элементами 3 [3,c. 31].
Задачи повышения качества цементирования обсадных колонн до настоящего времени остаются проблемными. Во многом требуемый эффект цементации обусловлен необходимостью надежной очистки ствола от глинистой корки, а также очистки от шлама застойных зон в кавернах скважины. Не менее важной является задача повышения надежности пакерующих устройств для разобщения пород с продуктивным горизонтом.Предложено устройство для очистки застойных зон, работающее по принципу уменьшения сечения потока промывочной жидкости на увеличенных в диаметре участках ствола. При этом достигается повышение скорости жидкости на контакте ее со стенками скважины. Выполнение условия обеспечивается за счет увеличения объема эластичного баллона силой давления жидкости, формирующейся в рабочей полости 5 (рис. 1)
Рисунок 1 - Устройство и схема работы очмстителя каверн (ОК): 1 – бурильна колонна; 2 - стакан для обжатия эластичного баллона; 3 – эластичный баллон; 4 – перфорированний патрубок; 5 – робоча полость баллона; 6 – хвостовик; 7 – размеры сечения скважины в транспортном (а) и рабочем (б)состоянии :
На рис. 2 показана схема предложенного пакера для разобщения пород с продуктивным горизонтом и выполнения манжетного цементирования вышележащего горизонта. Устройство состоит из корпуса, включающего верхний переходник 1, верхний цилиндр 4, муфту 7, нижний цилиндр 10 и нижний переходник 11. Внутри корпуса установлены полые патрубки 2 и 5 с уплотнительными манжетами. Оба патрубка в исходном положении неподвижны относительно верхнего и нижнего цилиндров за счет шплинтов 3 и 6. На наружной поверхности нижнего цилиндра установлена резиновая колба 8. Соединение колбы с корпусом устройства обеспечивается путем зажатия ее верхнего конца при ввинчивании нижнего цилиндра 10 в муфту 7. Нижний конец колбы зажимается при навинчивании гайки 9 на цилиндр 10. В исходном положении цементировочное отверстие «а» перекрыто нижним патрубком 5, при этом отверстия «б» нижнего патрубка совмещены с полстью колбы с помощью отверстий «в», выполненными в нижнем цилиндре 10. Работа по цементированию обсадной колонны заключается в следующем.Устройство на обсадной колонне спускается на глубину кровли разобщающего пласта. В заданный момент процесса цементирования в обсадную колонну сбрасывается шар 12, который садится на седло нижнего патрубка 5 и перекрывает центральный канал пакера. При включении насоса жидкость поступает в камеру колбы 8, которая, увеличиваясь в объеме, перекрывает затрубное пространство. При дальнейшем повышении давления шплинт 6 срезается, и нижний патрубок 5 вместе с шаром перемещается вниз до упора в ступень нижнего ци-линдра. При этом герметично перекрываются отверстия «в» и открываются цементировочные отверстия «а». Производится нагнетание в скважину (в участок над пакером) расчетного количества цементного раствора. Вслед за цементным раствором спускают пробку, которая вытесняет цементный раствор в затрубное пространство. При упоре проб-ки в верхний патрубок 2, срезаются шплинты 3. Пробка и верхний патрубок перемещаются вниз до упора в нижний патрубок 5, перекрывая цементировочные отверстия. После схватывания и затвердения цементного раствора разбуриваются цементировочная пробка, шар и цементный стакан. Далее эксплуатируется продуктивный пласт путем выдачи на поверхность полезного ископаемого.
