Цементирование хвостовика и колонн, спускаемых секциями.

Крепление скважин обсадными колоннами-хвостовиками впервые в России было осуществлено на Кубани. До этого хвостовики применялись только при заканчивании скважин в качестве последней колонны.

Этот метод позволяет:

Ø упростить и облегчить конструкцию скважины;

Ø перекрыть осложненные интервалы на больших глубинах с минимальной затратой времени и металла;

Ø использовать обсадные трубы с пониженными прочностными характеристиками;

Ø использовать комбинированную бурильную колонну, что иногда необходимо при проходке глубоких скважин.

Хвостовики и нижние секции колонн спускаются на бурильных трубах с применением разъединителя и подвесного устройства. Для конкретных условий выбирается определенный тип разъединителя или подвесного устройства, которые отличаются друг от друга способом подвески, принципом действия механизма и конструктивными особенностями.

Рис. 2.25. Схема компоновки низа эксплуатационной колонны и технология селективного цементирования скважины:

а — закачка цементного раствора; б — посадка верхней упругой части пробки на нижнюю; в — прокачка цементного раствора по обсадной колонне; 1 — бурильные трубы; 2 — верхняя упругая часть разделительной пробки; 3, 5— специальные муфты; 4 — левый переводник; 6 — патрубок; 7 — шпильки; 8 — нижняя часть разделительной пробки; 9 — обсадные трубы

Разъединители бывают резьбовые и безрезьбовые, которые делятся на кулачковые, замковые, шпилевые. Успех крепления скважин хвостовиками (секциями) в значительной мере определяется выбором типа разъединителя, обеспечивающего безаварийный спуск и разъединение бурильных труб от обсадной колонны.

Во избежание деформаций от собственного веса секций обсадных колонн или хвостовиков после их разгрузки на забой и напряжений кручения при отвинчивании колонны бурильных труб для создания необходимой устойчивости колонны ее следует подвешивать. Подвесные устройства классифицируются на клиновые, упорные и на цементном камне.

Цементирование хвостовиков (секций) возможно как с разделительной цементировочной пробкой, так и без нее. Первый способ наиболее совершенен.

Рассмотрим процесс цементирования хвостовиков без цементировочной пробки. После спуска последней трубы обсадной колонны навинчивают муфту 7 специальной конструкции, в которую на левой резьбе ввинчивают специальный переводник 1. Конструкция муфты 7 в случае необходимости позволяет нарастить хвостовик 9 обсадными трубами до устья. Далее обсадную колонну допускают на бурильном инструменте до забоя.

В верхней части первой секции на расстоянии 6—8 м от специальной муфты и друг от друга устанавливаются два центрирующих пружинных фонаря.

Процесс цементирования может вестись как через бурильный инструмент, ведущую трубу, вертлюг со шлангами, к которым подключаются цементировочные агрегаты, так и через цементировочную головку. В месте подключения буровых шлангов к отводам вертлюга устанавливаются задвижки высокого давления.

В первом случае длину бурильной колонны рассчитывают так, чтобы ведущая труба заходила в скважину в процессе цементирования не менее чем на 2/3 своей длины. Во втором случае предусматривается после цементирования навинчивание ведущей трубы и доспуск обсадной колонны на 3—4 м.

После закачки цементного раствора и расчетного количества продавочной жидкости путем снижения давления проверяют надежность работы обратных клапанов; затем в бурильные трубы сбрасывают стальной шар 2 диаметром 75 мм.

Рис. 2.26. Переводник для подвески обсадной колонны (хвостовика) на цементном камне

Одним цементировочным агрегатом в бурильных трубах создается давление 40—60 кгс/см2. В результате срезаются шпильки 6 и седло клапана 3 с уплотнительными кольцами 5 занимает нижнее положение у упорного кольца 8. При перемещении седла клапана в нижнее положение открываются отверстия 4, через которые цементировочными агрегатами вымывается цементный раствор, поднявшийся выше отверстий.

После удаления из скважины избытка цементного раствора (прокачивают не менее 1,5—2 объемов раствора затрубного пространства от спецпереводника до устья) во время ОЗЦ промывка может проводиться с помощью буровых насосов.

По окончании цементирования разъединяют хвостовик и бурильные трубы путем вращения последних вправо. Отвинчивание происходит в левой трапецеидальной резьбе специальной муфты. Переводник вместе с седлом клапана и шаром на бурильных трубах извлекают из скважины.

Рис. 2.27. Схема цементирования хвостовика с разделительной пробкой:

а- верхняя секция пробки; б- нижняя секция пробки: 1- корпус, г- пика, 3-резиновая манжета, 4- втулка распорная, 5- дно пробки; в- схема подвески хвостовика: 1- бурильная труба, 2- воронка, 3- верхняя секция пробки, 4- левый переводник, 5- муфта, 6- патрубок, 7- шпилька, 8- нижняя секция пробки, 9- хвостовик

В процессе цементирования хвостовиков без разделительной пробки трудно рассчитать цементный стакан, величина которого иногда доходит до 100 м и более.

В настоящее время разработана технология цементирования хвостовиков с разделительными пробками. Разделительная пробка состоит из двух секций: нижней и верхней. Нижняя секция состоит из чугунного или алюминиевого корпуса 1, резиновых манжет 3 и распорных втулок 4. Манжеты и распорные втулки собраны на чугунном корпусе пробки и закреплены гайкой 2. Если втулки изготовлены из дерева, то их стягивают 2-мм проволокой. Дно 5 нижней секции имеет четыре отверстия: два диаметром по 20 мм и два — по 35 мм.

Эту секцию устанавливают в левом переводнике 4 на патрубке 6 и крепят тремя шпильками 7. Диаметр каждой шпильки 10—12 мм.

После закачивания цементного раствора через бурильный инструмент опускают верхнюю секцию пробки. Эта секция пробки цельнолитая резиновая, армированная металлом. Она перекрывает отверстия нижней секции пробки при прокачивании продавочной жидкости и при перепаде давления 30—40 кгс/см² срезает установочные шпильки.

Концом продавки считают момент посадки пробки на стоп-кольцо.

Цементирование производят через цементировочную головку, в которой предварительно устанавливают верхнюю секцию пробки. По окончании цементирования ротором с помощью аварийных клиньев отвинчивают бурильный инструмент.

Одним из основных недостатков этих способов является несовершенство разъединения (резьбового) колонны с хвостовиком после закачки цементного раствора и его продавки за колонну, что может вызвать прихват бурильной колонны.

М. Г. Ясниц и С. Л. Полонский предложили цементировать хвостовик после отвинчивания бурильного инструмента. Верхняя часть колонны (последняя труба) снабжена муфтой 3 с левой резьбой.

После установки хвостовика на насосно-компрессорных трубах 6 спускают самоуплотняющийся пакер 7, предварительно впрессованный при давлении 50—100 кгс/см². Пакер спускают в хвостовик на глубину 20—50 м (в зависимости от ожидаемого давления и высоты подъема цементного раствора за колонной).

Насосно-компрессорные трубы соединяют с верхней частью хвостовика через переводники 1 с правой резьбой и 2 — с левой резьбой. Чтобы уравновесить давление внутри верхних труб хвостовика 5, расположенных между пакером и соединительной воронкой, в них просверливают два симметрично расположенных отверстия 4.

После спуска хвостовика до забоя в скважине восстанавливают циркуляцию и вращением вправо разъединяют бурильные трубы и хвостовик. Трубы приподнимают на 10—40 м с таким расчетом, чтобы пакер не вышел из хвостовика, повторно восстанавливают циркуляцию и начинают закачивать цементный раствор. После его продавки за колонну трубы немедленно поднимают на 150 — 200 м, промывают от остатков цементного раствора и полностью извлекают из скважины.

Способ цементирования хвостовиков гарантирует полную безопасность операции, так как после закачки цементного раствора инструмент немедленно поднимают. Опыт цементирования этим способом показал, что одним и тем же пакером можно проводить пять-шесть операций без заметного его износа.

В настоящее время на промыслах успешно применяется универсальный разъединитель УР. Универсальный разъединитель предназначен для спуска, цементирования и отсоединения обсадных труб (хвостовиков) от бурильного инструмента.

Применение универсального разъединителя позволяет подвешивать хвостовик на цементном кольце; применять колонны-хвостовики с разгрузкой на забой скважины с пакерующими элементами; спускать хвостовик без разгрузки на забой скважины; наращивать два ряда секций обсадных колонн большого и малого диаметров.

Универсальный разъединитель состоит из следующих основных деталей: переводника 1 и ниппеля 7, внутри которого помещается поршень 2 с замком. Поршень закрывает боковые отверстия, предназначенные для обратной промывки. Он крепится двумя шпильками 4 и имеет уплотнительные кольца из термонефтестойкой резины 3. На конце ниппеля с помощью шпилек 11 и переводников 10, 12 крепится верхняя продавочная пробка 13.

Муфта разъединителя состоит из двух деталей 6 и 9, соединяющихся между собой трубной резьбой. Ниппель 7 и муфта 6 соединяются между собой цилиндрической ленточной левой резьбой с уплотнительными кольцами 8. Ниппель и муфту изготовляют из стали 40ХН или 40Х.

Для уменьшения силы трения при отвинчивании левого переводника между торцом ниппеля и муфты установлена медная или латунная прокладка 5.

Рассмотрим работу универсального разъединителя при выполнении каждой из перечисленных операций.