СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЦЕЛОСТНОСТИ ЦЕМЕНТНОЙ КРЕПИ ПУТЕМ ПОДВЕШИВАНИЯ ОБСАДЫХ КОЛОНН В ПРОЦЕССЕ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН

METHOD OF ENSURING THE INTEGRITY OF CEMENT SUPPORT BY SUSPENDING CASING COLUMNS DURING WELL CEMENTING

Lenar Nigmatov

PhD, Department of Oil and Gas Field Development, Associate Professor, Branch of the Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education "Russian State University of Oil and Gas (National Research University) named after I.M. Gubkin in Orenburg",

Russia, Orenburg

АННОТАЦИЯ

В статье представлен опыт применения технологичного оборудования способствующему улучшению качества цементирования обсадных колонн. При этом обеспечивается снижение трудозатрат и повышение эффективности операций. Основные направления оптимизации, включают разработку нового типа устройства обеспечивающее получение качественной цементной крепи после спуска обсадных колонн. Применение рассматриваемого способа спуска обсадных колонн позволит увеличить рентабельность производства и увеличить срок эксплуатации отдельных видов скважин, что в современных реалиях является весьма актуальной задачей для нефтяной промышленности государства.

ABSTRACT

The article presents the experience of using technological equipment that helps improve the quality of casing cementing. At the same time, labor costs are reduced and the efficiency of operations is increased. The main areas of optimization include the development of a new type of device that ensures the production of high-quality cement lining after lowering the casing columns. The use of the considered method of lowering the casing columns will increase the profitability of production and increase the service life of certain types of wells, which in modern realities is a very urgent task for the oil industry of the state.

Ключевые слова: цементирование скважин, бурение, подвешивание обсадных колон, колонная головка, обсадная колонна, цементная крепь.

Keywords: cementing, drilling, cement hardening, casing head, casing.

В условиях изменения цен на углеводородные ресурсы повышается актуальность методов, направленных на снижение себестоимости производственных процессов, которые гарантируются, прежде всего, внедрением высокотехнологичных способов, позволяющих повысить эффективность строительства скважин и освоения углеводородных месторождений при минимальных затратах трудовых и материальных ресурсов.

Одним из главных факторов повышения устойчивости предприятия и снижения себестоимости продукции являются две группы методов. Первые предусматривают применение инновационных технологий, ускоряющих производственные операции, включая новые конструкции долот, роторно-управляемые системы, а также современные промывочные жидкости, обеспечивающие усовершенствованные технологии. Ко вторым методам относятся технологические методы, позволяющие избежать аварий и осложнений в процессе проведения буровых работ. 

Бурение, являясь одной из наиболее энергозатратных стадий нефтедобычи, представляет собой процесс разрушения горных пород с целью создания канала связи между углеводородными залежами и земной поверхностью.

Проведя анализ литературных источников, а также на основании практического опыта сделан вывод о том, что одной из наиболее проблемных зон при строительстве скважины является процесс цементирования обсадных колонн, который включается в этап крепления [1].

При этом вероятно страгивание цементного кольца в процессе оборудования устья скважины. Нарушение целостности цементного кольца в конечном счет может привести к межколонным перетокам вследствие чего  скважина может перейти категорию низкокачественных горных выработок. Данную проблему решают обвязки колонны, которые спускаются на кольце.

В работе представлено решение такой проблем при помощи специальных технических устройств.

Для того чтобы изложить суть предлагаемого технического решения, приведем описание технологии крепления скважин. Этап крепления обсадных колонн начинается со спуска колонны. При этом производятся следующие операции: сначала наворачивается переходной патрубок на башмак, далее производится наворот обратного цементировочного клапана, который обвязывается с остальной колонной обсадных труб. Сборка обсадных труб производится при помощи гидравлического ключа, на котором установлен ограничитель момента свинчивания. Оптимальный момент свинчивания обсадных труб составляет 19 кН/м, максимальным является значение 21 кН/м.

Практический опыт показывает, что при навороте обсадных труб нельзя соприкасать ниппельную часть трубы с муфтовой частью, так как это может привести к повреждению соединения, что в последующем может привести к негерметичности скважины [2].

После спуска обсадной колонны на проектный забой приступают к проведению цементирования. Во время цементирования запрещается расхаживать обсадную колонну. Также следует перед проведением цикла цементирования промыть скважину в течение двух циклов с минимальной производительностью буровых насосов. При этом вязкость бурового раствора должна быть уменьшена для того чтобы произвести лучшее замещение бурового раствора цементом. При высокой вязкости бурового раствора может произойти нарушение реологической иерархии жидкости что также может привести к снижению качества цементной крепи [3].

Существует несколько вариантов окончания спуска обсадных колонн. Первый вариант является традиционным, он предусматривает установку обсадной колонны на специальной колонной головке (Рис.1) при помощи фиксации на клиньях. Колонные головки необходимы для обеспечения нескольких функций:

1. обвязывание спускаемых обсадных колонн, предназначенных для эксплуатации нефтяных и газовых скважин и добычи углеводородного сырья;
2. обеспечение подвешивания спускаемых обсадных труб на клиньях;
3. герметизации кольцевого межколонного пространства и контроль межколонных давлений.

Рисунок 1. Колонная головка ОКО-1

Тем не менее, у существующего традиционного способа подвешивания обсадных колонн существует ряд недостатков, к которым можно отнести следующее:

1) низкий коэффициент центрации в связи с отсутствием соосности забоя и устья скважины;

2) высокая трудоемкость процессе обвязки устья скважины;

3) отсутствие возможности герметизации устья скважины при возникновении межколонных перетоков;

4) высокий риск повреждения цементной крепи при установке клиньев в межколонное пространство.

Для устранения перечисленных недостатков предлагается использование усовершенствованной колонной головки муфтового типа, общий вид которой представлен на Рис.2. Основная функция устройства заключается в подвешивании обсадной колонны после завершения её спуска, без ожидания затвердевания цементного раствора, что позволяет расположить колонну концентрично в стволе скважины

Рисунок 2. Общий вид устройства для подвешивания обсадных колонн

В процессе цементирования циркуляция будет осуществляться через восемь промывочных отверстий диаметром 20 мм. При этом, перед цементированием необходимо расположить устройство таким образом, чтобы расстояние между данным кольцом и предыдущей спущенной обсадной колонной составляло порядка 50 мм. Данное расстояние достаточно чтобы осуществить беспрепятственный выход промывочного и цементного раствора на устье скважины. После продавки цементного раствора и окончания процедуры цементирования следует осуществить окончательную посадку обсадной колонны на данное устройство.

Предложенная технология во многом позволяет сохранить целостность крепи скважины, а также добиться лучшей процедуры спуска колонны.

На трех скважинах Самарской области были проведены опытно-промышленные испытания устройства для подвешивания обсадных колонн муфтового типа. Испытания проводились при креплении промежуточных обсадных колонн диаметром 245мм. При испытании учитывалось время по переоборудованию устья скважины. Полученные результаты сравнивались с результатами для  традиционного и предложенного вариантов и  приведены на (Рис.3.).

Рисунок 3. Результаты проведения опытно-промышленных испытаний колонных головок муфтового типа

Как видно из диаграммы  наблюдается снижение времени на проведение операций по переоборудованию устья скважины в среднем на 25% в сравнении с традиционным способом.

Также в период эксплуатации скважины отсутствовали межколонные перетоки, что в значительной мере способно увеличить цикл эксплуатации скважины.

В заключение стоит отметить, что в условиях современного рынка углеводородного сырья применение высокотехнологичных методов и специализированных устройств становится важнейшим фактором повышения эффективности и устойчивости нефтегазодобывающих предприятий. Представленное в статье технические решение, в частности использование усовершенствованной колонной головки муфтового типа, позволяет не только улучшить качество крепи скважин, но и снизить риски межколонных перетоков, увеличить срок службы скважин. Опытные испытания подтвердили эффективность данной технологии, что выражается в сокращении времени операций по переоборудованию и повышению герметичности конструкции. Эти разработки могут стать важным вкладом в развитие технологий бурения, снижения затрат на строительство и эксплуатации скважин, а также повышения качества работ на всей территории.

Список литературы:

1. Храбров, В. А. Обзор и анализ математических моделей снижения порового давления столба цементного раствора в период ОЗЦ / В. А. Храбров, К. Ф. Шуть // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2023. – № 1(361). – С. 35-39. – DOI 10.33285/0130-3872-2023-1(361) -35-39. – EDN TPRLMB.
2. Шуть, К. Ф. Изучение характера изменения массы твердого тела в формирующемся цементном камне / К. Ф. Шуть, В. А. Храбров // Булатовские чтения. – 2021. – Т. 1. – С. 416-422. – EDN GBYYMD.
3. Нигматов, Л. Г. Эффективность применения обратной срезки цементного раствора для снижения аварийности при креплении эксплуатационных хвостовиков / Л. Г. Нигматов // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2024. – № 10(382). – С. 17-22. – EDN YLDFMQ.