RUS | ENG | ДонНТУ Портал магістрів ДонНТУ
Магістр ДонНТУ Лисакова Ганна Олександрівна

Лисакова Ганна Олександрівна

Гірничо-геологічний факультет
Кафедра «Технологія і техніка геологорозвідувальних робіт»
Специальність "Буріння"

Обгрунтування параметрів і розробка пристроїв для підвищення якості цементування обсадних колон

Науковий Керівник: д.т.н., професор кафедри ТТГР Калініченко Олег Іванович

Резюме | Біографія


Реферат з теми випускної роботи

Зміст

Вступ
1. Аналітичний огляд
2. Опис розробленого механизму
Література

Вступ
Обгрунтування теми, актуальність роботи.

        Свердловина як технічна споруда повинна забезпечувати цілий ряд технічних і економічних вимог направлених на досягнення запроектованих параметрів її експлуатації, перш за все шляхом забезпечення міцності ствола свердловини як в процесі буріння, так і в період експлуатації. Таке завдання головним чином вирішується за рахунок надійного закріплення нестійких інтервалів ствола і ізоляції продуктивних і водоносних пластів обсадними трубами. При цьому довговічність роботи свердловини залежить від якості цементування обсадних колон. Для забезпечення якісного цементування передбачається герметичність обсадної колони і надійне відокремлення поглинаючих пластів. Для виконання цих умов необхідний хороший контакт колони обсадних труб і стінок свердловини з цементним каменем, що може бути виконане лише при підвищених вимогах підготовки ствола свердловини до цементації: видаленні осмосу з каверн, ліквідації жолобів і збереженні стійкості стінок свердловини в процесі підготовки до обсадження. Принциповим є також завдання технічного забезпечення процесу цементування затрубного простору свердловини. До теперішнього часу розроблені десятки пристроїв (пакерів) для виконання заколонного цементування. Численність і різноманітність їх конструктивного виконання обумовлено головним чином пошуком раціональних рішень, направлених на підвищення надійності і економічності робіт, пов'язаних із заповненням заданого інтервалу свердловини цементним або іншим терпким розчином. Останніми роками ведуться активні роботи із створення і впровадження комплексів для виконання цементування манжета як вертикальних, так і горизонтальних свердловин.
Серед сучасних пакерів, що використовуються як для підготовки ствола до цементації, так і для безпосереднього його заповнення цементним розчином досить відомими і апробованими у виробництві є пристрої, в яких виконавчим вузлом є еластичний елемент, що деформується, надівається на корпус, і що щільно змикається із стінками ствола свердловини. За способом переведення в робочий стан такі пакери підрозділяються на гідравлічних і механічних. Враховуючи складність вибору параметрів управління і характеристик еластичного елементу, що деформується, види конструктивного виконання і область використання гідравлічних пакерів обмежені. Це обумовлено з одного боку відсутністю надійних технічних рішень для підготовки ділянок ствола свердловини, схильних до ерозії, до цементування затрубного простору. З іншої сторони – відсутністю єдиного підходу до вирішення питань, пов'язаних з вибором міцних параметрів еластичного балону, як роз'єднуючого пакеру, так і промивального пристрою. Виділені завдання істотним чином визначають показники надійності цементації свердловин. Їх рішення направлене на пошук і обгрунтування доріг повнішою реалізацію можливостей гідравлічних пакеров з тим, що деформується еластичний елементом.
      Мета роботи – - підвищення ефективності заколонного цементування свердловин за рахунок технічних розробок, що забезпечують надійне калібрування свердловини в періоди спуску обсадних колон і їх цементацію.

    Завдання дослідження:
   1. Виконати аналіз способів і засобів цементування свердловин з обгрунтуванням ефектівності пакеруючих пристроїв (очисника каверн і цементуючого пакера) з деформуючим еластичним елементом.
   2. Розробити методику інженерного розрахунку параметрів еластичного елементу па керуючого пристрою з оцінкою умов його надійного спрацьовування.
   3. Обгрунтувати параметри, розробити конструкцію гідравлічного пакера і технологію його вживання для забезпечення цементування обсадної колони.
   4. Обгрунтувати параметри і розробити пристрій для гідравлічного очищення інтервалів свердловини в процесі підготовки ствола до цементування затрубного простору, у тому числі, в інтервалах порід, які містять глину, схильних до інтенсивного каверноутворення.

    Ідея роботи полягає:    у використанні пружніх властивостей еластичних елементів пакерних пристроїв для         зміни живого перетину ствола при розробці технічних рекомендацій по забезпеченню достатньої швидкості рідини для винесення часток шламу з каверн свердловини;
    щільного зімкнення елементу ущільнювача із стінками ствола свердловини із створенням надійної ізоляції окремих інтервалів в затрубному просторі в період виконання заколонного цементування.

   Об’єкт досліджень– способи і засоби заколонного цементування
   Предмет дослідження – спосіб манжетного заколонного цементування.
   Можливі результати, які очікуються при виконанні роботи, їх новизна і значення.
   Очікується отримати нові результати, що стосуються обгрунтування параметрів гідравлічних пакерних пристроїв, що може намітити дороги прийняття ефективних технічних рішень для підвищення рівня надійності заколонного цементування.

1. Аналітичний огляд

    На початку 70-х років у ВНІЇБТ була розроблена конструкция заколонних пакеров типа ПДМ, призначених для проведення двоступінчатого або манжета цементування обсадних колон за наявності в розрізі свердловини зон осложненій або продуктивних пластів з аномальним тиском пластів, схильних до затрубних проявів або поглинанню цементного розчину, а також гидророзриву. [1, c.361].

   При проведенні двуступеневого цементування або манжетного обсадних колон широко приміняють заколонні пакери типа ПДМ (конструкція ВНИИБТ). Пакер типа ПДМ опускають у сквердловину на обсадної колоні. При двуступеневого цементуванні пакер разміщюють між ступенями цементування, а при манжетному — над продуктивним пластом. Цементування першої ступені (нижче пакера) проводять через башмак обсадної колони, цементування другої ступені (вышче пакера) — через цементуючи отвори пакера с використанням верхньої цементуючої пробки.Затрубний простір пакерують перед цементуванням другої ступені с ціллю раздування уплотняючого элемента пакера рідиною из обсадної колонни. При манжетному цементированні свердловини використовують верхню цементуючу пробку, а пакеровку проводять промивочною рідиною або початковою порцією тампонажного розчина [1,c.350].

   Для бородьби с глиняною коркою розглянемо спеціальні разраблені пристрої во ВНИИБТ, які прошли широкі промислові випробування очисники гидромеханічні (ОГМ) деяких конструкцій для різних умов, які зустрічаються при проводки нефтяных и газових свердловин. Використання пропонуючого пристрою пропонує зберігти колекторскі властивості пласта за создання непроникного або малопроникного кольматаціоного слоя и попередити образуванню багатьох ускладнення при буренні: звуження ствола ссвердловини, прихват бурової колони, поглинання бурового розчину.[2,c. 36-37].

   При бурінні свердловин великого диаметру з промивкою розчинами на нефтяній основі хороші результати дало пристосування ОГМ, включаючий корпус 1 с центраторами 8 и 9 и гнездами 2, у яких установлені з можливості радиального переміщення гільзи 4 с закрепленими у них скребковими элементами 3, які кріпляться установленної концентрично корпусу втулкой 6 з прорезями 7 в средній частині для розміщення скребкових элементів, причому на гільзах встановлені упругі оболонки 5. Одночасно трапляється калібровання ствола свердловини центраторами 8 и 9, які защищають очисні элементи 3 від зносу. У час обертання инструмента фильтраційна кірка видаляється з стінок свердловини скребковими элементами 3.[3,c. 31].

Очисний пристрій

   Завдання підвищення якості цементування обсадних колон до теперішнього часу залишаються проблемними. Багато в чому необхідний ефект цементації обумовлений необхідністю надійного очищення ствола від глинистої кірки, а також очищення від шламу застійних зон в кавернах свердловини. Не менш важливим є завдання підвищення надійності пакеруючих пристроїв для відокремлення порід з продуктивним горизонтом. Запропонований пристрій для очищення застійних зон, що працює за принципом зменшення перетини потоку промивальної рідини на збільшених в діаметрі ділянках ствола. При цьому досягається підвищення швидкості рідини на контакті її із стінками свердловини. Виконання умови забезпечується за рахунок збільшення об'єму еластичного балона силоміць тиск рідини, що формується в робочій порожнині 5 (рис.1).

   Рисунок 1 - Пристрій и схема работи очисника каверн (ОК): 1 – бурильна колонна; 2 - стакан для обжаття эластичного баллона; 3 – эластичный баллон; 4 – перфорированний патрубок; 5 – робоча полость баллона; 6 – хвостовик; 7– розміри перетинусвердловини при спуску (а) та у роботі (б) :

2. Опис розробленого механізму

   На рис. 2 показана схема запропонованого пакера для відокремлення порід з продуктивним горизонтом і виконання цементування манжетного вищерозміщеного горизонту. Пристрій складається з корпусу, що включає верхній перехідник 1, верхній циліндр 4, муфту 7, нижній циліндр 10 і нижній перехідник 11. Усередині корпусу встановлені порожнисті патрубки 2 і 5 з манжетами ущільнювачів. Обидва патрубки у вихідному положенні нерухомі відносно верхнього і нижнього циліндрів за рахунок шплінтів 3 і 6. На зовнішній поверхні нижнього циліндра встановлена гумова колба 8. З'єднання колби з корпусом пристрою забезпечується шляхом затиску її верхнього кінця при угвинчуванні нижнього циліндра 10 в муфту 7. Нижній кінець колби затискається при тому, що нагвинчує гайки 9 на циліндр 10. У вихідному положенні цементіровочний отвір «а» перекритий нижнім патрубком 5, при цьому отвори «б» нижнього патрубка поєднані з полостю колби за допомогою отворів «в», виконаними в нижньому циліндрі 10. Робота по цементуванню обсадної колони полягає в наступному. Пристрій на обсадній колоні спускається на глибину крівлі роз'єднуючого пласта. У заданий момент процесу цементування в обсадну колону скидається куля 12, який сідає на сідло нижнього патрубка 5 і перекриває центральний канал пакера. При включенні насоса рідина поступає в камеру колби 8, яка збільшуючись в об'ємі, перекриває затрубний простір. При подальшому підвищенні тиску шплінт 6 зрізається, і нижній патрубок 5 разом з кулею переміщається вниз до упору в рівень нижнього ци-ліндра. При цьому герметично перекриваються отвори «в» і відкриваються цементіровочні отвори «а». Виробляється нагнітання в свердловину (у ділянка над пакером) розрахункової кількості цементного розчину. Услід за цементним розчином спускають пробку, яка витісняє цементний розчин в затрубний простір. При упорі пробки у верхній патрубок 2, зрізаються шплінти 3. Пробка і верхній патрубок переміщаються вниз до упору в нижній патрубок 5, перекриваючи цементні отвори. Після схоплювання і затвердіння цементного розчину розбурюються цементна пробка, куля і цементний стакан. Далі експлуатується продуктивний пласт шляхом видачі на поверхню корисної копалини.

Рисунок 2 - Пристрій для манжетного цементування обсадних колон

Пристрій працює наступним чином:


(Розмір: 206x686, 4 кадра, 5 повторень, 80,4 КБ)

Література

  1. Вадецкий Ю.В. Бурение нефтяных и газовых скважин. Учебник для техникумов.-5-е изд.,перераб. и доп.– Недра, 1985.– 421 с
  2. Серия "Нефтегазовая геология, геофизика и бурение". Научно - технический информационный сборник. Москва 1985. Выпуск 9.
  3. "Бурение Выпуск 5 Москва 1979" Реферативный научно-технический сборник.
  4. Курсове та дипломне проектування бурових робіт: Навчальний посібник /О.І. Калініченко, О.С. Юшков, Л.М. Івачев та інші – Донецьк: ДонГТУ, 1998. – 153 с.
  5. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3– х т. Т.1.– 5– е изд., пераб. и доп.– М.: Машиностроение, 1978.-728 с.
  6. Измайлов А.Б., Буратов А.Н. Крепление нефтяных и газовых скважин, М.: Недра,1976.-199 с.
  7. Справочник по бурению скважин на уголь/Г.П. Новиков, О.К. Белкин, Л.К. Клюев и др.– М.:Недра,1988.– 256 с.
  8. Разработка теоретических основ и технических предложений по усовершенствованию основных процессов сооружения скважин в Донбассе: отчет по НИР/ кафедра ТТГР ДонНТУ. Руководитель Калиниченко О.И.– тема Н25-95-Донецк, 2000.
  9. Вращающаяся подвеска для спуска и цементирования потайной колонны, А.с. №1405349 МКН 4 Е21В43/10, СССР, В.Д. Куртов, А.Я. Глушаков, В.И. Тимошенко, 30.06.88 Бюл. №24
  10. Устройство для спуска и цементирования хвостовиков и секций обсадных колонн, А.с. №810948 МКН 4 Е21В43/10, СССР, В.Д. Куртов
  11. "Бурение Выпуск 5 Москва 1979" Реферативный научно-технический сборник.

    При написанні данного реферату, магистерска робота ще не завершена. Закінчення работы будет в декабре 2011 г. Материали будуть знаходитися у автора або у керівника магистерскої роботы.