Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано при бурении нефтяных и газовых скважин на суше и морских скважин с надводным устьем.
Известен способ подвески обсадных колонн на устье скважин [Реализация научно-технической программы перевооружения буровых предприятий РАО "Газпром" // Материалы Научно-технического совета Российского акционерного общества "Газпром" - М.: ИРЦ "Газпром", 1996 г., с. 42-44], в котором перед спуском первой промежуточной колонны срезают направление и кондуктор на расчетных высотах для установки на кондукторе опорной плиты со стойками и опорой с упором последней в торец направления. Производят спуск первой промежуточной колонны на заданную глубину. На последнюю обсадную трубу устанавливают промежуточную втулку и бандажную втулку с запрессованной муфтой обсадной колонны. Колонна подвешена на направление и кондуктор в растянутом состоянии под действием собственного веса. Для ликвидации непараллельности поверхностей бандажной и опорной втулки устанавливается прокладка. Подвешивание всех последующих промежуточных и эксплуатационной колонн производится на колонный фланец.
Недостатками способа являются: невозможность создания необходимого натяжения по всей длине спускаемой обсадной колонны, вероятность потери устойчивости кондуктора при возникающих температурных напряжениях и большом весе последующих обсадных колонн, возможность разрушения бандажной муфты при большом весе последующих обсадных колонн, сложность монтажа и металлоемкость оборудования.
Известен способ подвески обсадных колонн на устье скважин [Гноевых А.Н., Ишанов А.И., Тихонов В.Г., Шляховой С.Д. Технико-технологические решения по обеспечению надежности устья скважины // Газовая промышленность, М.: Газ-Оил Пресс сервис 1995 - N 9 - с. 35-36]. Для реализации способа применяется оборудование, включающее опорную плиту, состоящую из опорной втулки со стойками и опорой, и бандажную втулку с запрессованной в нее муфтой обсадной трубы. Перед установкой опорной плиты срезают направление и кондуктор на расчетных высотах, устанавливают на кондукторе опорную плиту со стойками и опорой с упором последней в верхний торец направления. Спускают первую промежуточную обсадную колонну в скважину на заданную глубину и разгружают колонну на бандажную втулку опорной плиты. Колонна находится в растянутом состоянии под действием собственного веса с опорой на направление, кондуктор или поверхность грунта. Подвешивание всех последующих промежуточных и эксплуатационной колонны производится на колонный фланец.
Недостатками способа являются: невозможность создания необходимого натяжения по всей длине спускаемой обсадной колонны, вероятность потери устойчивости кондуктора при возникающих температурных напряжениях и большом весе последующих обсадных колонн, возможность разрушения бандажной втулки при большом весе последующих обсадных колонн, подвешивание обсадной колонны только по муфте обсадной трубы, сложность монтажа и металлоемкость оборудования.
Наиболее близким к заявляемому является способ [А.с. N 1609962, МПК 5 E 21 B 33/035, "Способ обвязки устья при бурении с надводным размещением противовыбросового оборудования"], в котором производят срезание направления на расчетной высоте. На направлении устанавливают опорную плиту с упором ее в верхний торец направления. Кондуктор натягивают и фиксируют посредством клиньев с насечкой, размещенных между наружной поверхностью кондуктора и внутренней конусной поверхностью опорной втулки. Кондуктор срезают на расчетной высоте, закрепляют на нем колонную головку, соединяют между собой стойками опорную втулку и корпус колонной головки и устанавливают стойки в вертикальные прорези в наружном кольцевом выступе. Опорная плита состоит из корпуса колонной головки, установленного на кондукторе, опорной втулки, имеющей коническую внутреннюю поверхность для установки клиньев с насечкой, концентрично размещенной между кондуктором и направлением с упором в верхний торец направления и стойки, связанные с корпусом колонной головки.
Недостатками способа являются: невозможность создания необходимого натяжения по всей длине спускаемой обсадной колонны, вероятность потери устойчивости кондуктора при возникающих температурных напряжениях за счет осевого перемещения колонной головки.
Цель изобретения - повышение надежности подвески обсадных колонн.
Для достижения поставленной цели необходимо решить задачу минимизации и рационального распределения осевых растягивающих напряжений по обсадной колонне, что предотвращает осевое перемещение колонного фланца при испытании, освоении и эксплуатации скважин, а также при проведении ремонтных работ. Основным условием, предопределяющим расчеты, является исключение "проседания" устья скважины под действием суммарных осевых нагрузок.
Поставленная задача решается следующим образом. Перед установкой и монтажом опорной плиты направление и кондуктор срезают на расчетной высоте и производят центрирование кондуктора относительно направления. На торце кондуктора и направления устанавливают и монтируют опорную плиту, причем сопряжения и горизонтальности соответствующих поверхностей обсадных колонн и опорной плиты добиваются шлифовкой верхних кромок направления и кондуктора. Затем в скважину на бурильных трубах спускают и закрепляют якорь, представляющий собой первую секцию спускаемой обсадной колонны расчетной длины, производят разъединение якоря с бурильными трубами и подъем бурильных труб. Далее спускают в скважину обсадную колонну и соединяют ее с якорем. Производят натяжение обсадной колонны до расчетной величины Qнат и посадку обсадной колонны на клиновую подвеску в виде клиньев с насечкой, размещенных между внутренней поверхностью колонной головки и наружной поверхностью обсадной трубы. После этого производят цементирование обсадной колонны в напряженно-растянутом состоянии. Возможен также спуск якоря на обсадной колонне и цементирование обсадной колонны в две ступени при помощи муфты ступенчатого цементирования (МСЦ). Сначала цементируют якорь, затем производят натяжение колонны на расчетную величину и посадку колонны на клиновую подвеску, после чего цементируют колонну в напряженно-растянутом состоянии. Подвешивание всех последующих промежуточных и эксплуатационной обсадной колонн на колонную головку производится аналогично.
Пример:
Подвеску обсадных колонн на устье скважины и цементирование колонн в напряженно-растянутом состоянии производят следующим образом. В скважину спускают и цементируют направление диаметром 630 мм и кондуктор диаметром 426 мм, на котором устанавливают опорную плиту с упором на направление и кондуктор. Спускают и цементируют в напряженно-растянутом состоянии обсадную колонну диаметром 324 мм. Спускают и цементируют в напряженно-растянутом состоянии обсадную колонну диаметром 244,5 мм. Длину якоря рассчитывают по следующей методике.
Определяют вес обсадной колонны в воздухе:
Qк = lкq, (1)
где lк - длина спускаемой обсадной колонны;
q - удельный вес спускаемой обсадной колонны.
Qк = lкq = 3550 м • 60,2 кг/м = 213,71 т.
Определяют сжимающую нагрузку на опорную плиту (Qсж.оп.), равную весу обсадной колонны в буровом растворе:
где γр - плотность бурового раствора, г/см3;
γмет - плотность материала спускаемой обсадной колонны, г/см3.
Определяют температурное приращение:
Δt = tр- tст, (3)
где tр - температура на устье при эксплуатации скважины, oC;
tст - температура нейтрального слоя, oC.
Δt = tp- tст = 71-17 = 54°C.
Определяют удлинение обсадной колонны от воздействия температурного поля:
Δl = αl(tp- tст). (4)
где α - коэффициент удельного температурного удлинения материала обсадной колонны.
Определяют осевую нагрузку от воздействия температурного поля:
Pt = 0,785ΔlE(D2- d2). (5)
где E - модуль Юнга;
D - наружный диаметр обсадной колонны;
d - внутренний диаметр обсадной колонны;
Определяют необходимую силу натяжения обсадной колонны для посадки ее на клинья опорной плиты:
Qнат = Pt+Qmin+ρ, (6)
где Qmin - минимально необходимая загрузка клиновой подвески колонной головки;
ρ - потеря величины натяжения за счет просадки клиньев.
Qнат = Pt+Qmin+ρ = 303,1+32+10 = 345,1 т;
Определяют минимально необходимую длину якоря:
где pсц - удельная сила сцепления цементного камня с поверхностью обсадной колонны.
Принимаем удельную силу сцепления цементного камня с поверхностью обсадной колонны из реальных условий скважины pсц = 0,02 МПа.
Принимаем длину якоря равной 250 м.
Длина натягиваемой обсадной колонны определится из выражения:
L = lк-lя, (8)
L = 3550-250 = 3300 м.
Определяют вес натягиваемой обсадной колонны в воздухе:
Qк = 3300 м • 60,2 кг/м = 198,66 т,
определяют сжимающую нагрузку на опорную плиту (Qсж.оп.), равную весу обсадной колонны в буровом растворе:
Определяют удлинение обсадной колонны от воздействия температурного поля
Δl = 10,2•10-6•3300(71-17)102 = 18,2 см.
Определяют осевую нагрузку от воздействия температурного поля:
Pt = 0.785 • 18.2 • 2.1 • 103 • (24.452 - 22.452) = 281.4 т.
Определяют необходимую силу натяжения обсадной колонны для посадки ее на клинья опорной плиты.
Учитывая, что осевая нагрузка на обсадную колонну от действия температуры превышает собственный вес обсадной колонны в буровом растворе, перед ее цементированием необходимо произвести натяжение обсадной колонны с 150.6 т до 323.4 т, т.е. дополнительно на 172.8 т.
В скважину на бурильных трубах спускают и закрепляют якорь, представляющий собой первую секцию спускаемой обсадной колонны расчетной длины. Производят разъединение якоря с бурильными трубами и подъем бурильных труб. Затем в скважину спускают техническую обсадную колонну диаметром 244.5 мм и соединяют ее с якорем. Производят натяжение обсадной колонны на расчетную величину Qнат и производят посадку обсадной колонны на клиновую подвеску, в виде клиньев с насечкой, размещенных между внутренней поверхностью колонного фланца и наружной поверхностью обсадной трубы. Производят цементирование обсадной колонны в напряженно-растянутом состоянии.
Или в скважину спускают обсадную колонну и закрепляют якорь, представляющий собой первую секцию спускаемой обсадной колонны расчетной длины. Производят натяжение обсадной колонны на расчетную величину Qнат и посадку обсадной колонны на клиновую подвеску в виде клиньев с насечкой, размещенных между внутренней поверхностью колонного фланца и наружной поверхностью обсадной трубы. Производят цементирование обсадной колонны в напряженно-растянутом состоянии. Также производится подвешивание всех последующих промежуточных и эксплуатационной обсадной колонн.
Предлагаемый способ позволяет производить:
- подвешивание промежуточных и эксплуатационной колонн в растянутом состоянии с опорой на направление и кондуктор;
- цементирование всех обсадных колонн в подвешенном и растянутом состоянии с необходимой нагрузкой;
- создание неподвижной опоры для колонного фланца всех обсадных колонн на клиньевые подвески;
- предотвращение потери устойчивости кондуктора при возникающих температурных напряжениях и большом весе последующих обсадных колонн;
- предотвращение осевого перемещения колонного фланца и обсадных колонн на устье при изменении температуры и давления в скважине;
- предотвращение разрушения оборудования для подвески обсадных колонн на устье скважины, упрощение конструкции и монтажа оборудования для подвески обсадных колонн на устье скважины, а также снижение металлоемкости оборудования для обвязки устья скважины;
- предотвращение возможности гидроразрыва пласта при цементировании обсадных колонн.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ СКВАЖИНЫ ОБСАДНОЙ КОЛОННОЙ | 1992 |
|
RU2054527C1 |
СПОСОБ БУРЕНИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО СТВОЛА СКВАЖИНЫ | 2000 |
|
RU2182637C1 |
Комбинированный уплотнитель обсадных труб для подводных скважин | 2018 |
|
RU2691416C1 |
СПОСОБ СТРОИТЕЛЬСТВА СКВАЖИНЫ В СЛОЖНЫХ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ БУРЕНИЯ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 2013 |
|
RU2531409C1 |
ПОДВОДНАЯ БУРОВАЯ УСТАНОВКА И ОПОРНАЯ ПЛАТФОРМА ДЛЯ НЕЕ | 1995 |
|
RU2081289C1 |
СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ СКВАЖИНЫ ПОТАЙНОЙ КОЛОННОЙ | 2008 |
|
RU2370632C1 |
СПОСОБ УСТАНОВКИ ХВОСТОВИКА ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ В СКВАЖИНЕ | 2000 |
|
RU2167273C1 |
Способ установки колонны обсадных труб в скважине | 1986 |
|
SU1323701A1 |
КОМПОНОВКА ДЛЯ ЗАБУРИВАНИЯ БОКОВЫХ СТВОЛОВ ИЗ ОБСАЖЕННЫХ СКВАЖИН | 2005 |
|
RU2291268C2 |
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ОПЕРАЦИЙ В СТВОЛЕ ПОДЗЕМНОЙ СКВАЖИНЫ ПОСРЕДСТВОМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГИБКИХ ОБСАДНЫХ ТРУБ | 2006 |
|
RU2378479C2 |
Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано при бурении нефтяных и газовых скважин на суше и морских скважин с надводным устьем. Для подвески обсадной колонны срезают направление и кондуктор на расчетных высотах. На торце направления и кондуктора устанавливают опорную плиту. Затем в скважину на бурильных трубах спускают и закрепляют первую секцию обсадной колонны - якорь расчетной длины. Длину якоря рассчитывают по формуле. После подъема бурильных труб в скважину спускают обсадную колонну, соединяют с якорем, производят натяжение ее на расчетную величину и посадку на клиновую подвеску. Опорная втулка при этом упирается в верхний торец направления. Обсадную колонну цементируют в напряженно-растянутом состоянии. Возможен спуск якоря в скважину на обсадной колонне. Способ позволяет предотвратить осевое перемещение колонного фланца и повысить надежность подвески обсадных колонн.
Способ подвески обсадных колонн, включающий установку опорной плиты путем срезания направления и кондуктора на расчетных высотах, установку на кондукторе корпуса колонной головки со стойками и опорной втулкой с упором последней в верхний торец направления и закрепление корпуса колонной головки на кондукторе, установку обсадной колонны на клиновую подвеску, расположенную между внутренней поверхностью колонной головки и наружной поверхностью обсадной трубы, и цементирование обсадной колонны, отличающийся тем, что в скважину спускают и цементируют нижнюю секцию обсадной колонны, длину которой рассчитывают по формуле
где Qнат - величина необходимого усилия натяжения;
D - наружный диаметр обсадной колонны;
pсц - удельная сила сцепления цементного камня с поверхностью обсадной колонны,
затем спускают верхнюю секцию обсадной колонны, соединяют ее с нижней, зацементированной секцией, проводят натяжение обсадной колонны до расчетной величины, устанавливают ее на клиновую подвеску, после чего цементируют обсадную колонну в напряженно-растянутом состоянии.
Запорное устройство | 1988 |
|
SU1602962A1 |
СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ СКВАЖИНЫ ОБСАДНОЙ КОЛОННОЙ | 1992 |
|
RU2057897C1 |
US 3396139 А, 24.08.1976 | |||
ОТОПИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ | 1993 |
|
RU2057032C1 |
Авторы
Даты
2001-06-20—Публикация
1999-12-08—Подача