Конструкция скважины напоминает русскую матрешку. Внутри первой трубы большого диаметра, которую называют направлением пробуривают интервал под кондуктор и обсаживают его колонной труб меньшего диаметра. Через кондуктор бурят интервал под эксплуатационную колонну и обсаживают его трубами меньшего диаметра. И все обсадные колонны цементируют в скважине.
Для чего обсаживают скважину?
Ответ очевиден. Любая горная выработка требует крепи для обеспечения ее устойчивости и технологической сохранности.
В пробуренную скважину опускают обсадную колонну и цементируют ее. Такая конструкция прикрывает стенки скважины и не дает им разрушаться. И обсадная колонна разобщает вскрытые скважиной горизонты, потому что цементный камень перекрывает возможные перетоки флюидов и газа за обсадной колонной.
Цементный камень обеспечивает жесткую связь со стальной обсадной колонной и со стенками скважины. Таким образом создается прочная и герметичная крепь.
Крепление скважин производят специальными обсадными трубами. Используют в основном цельнокатаные трубы. Колонны для направлений и кондукторов иногда составляют из сварных стальных труб.
Сварные стальные трубы изготавливают из листа, который сворачивают в цилиндр и сваривают. Сварные трубы дешевле цельнокатаных.
На обоих концах обсадной трубы нарезается наружная коническая резьба. Соединяются трубы между собой муфтами.
Выпускаются обсадные трубы и с безмуфтовыми соединениями. На такой трубе, с постоянной толщиной стенки по длине, на одном конце нарезается наружная коническая трапецеидальная резьба, а на другом - внутренняя.
Перед спуском в скважину внутренний диаметр обсадных труб проверяют шаблоном. Если шаблон не проходит, трубу бракуют.
Обсадные трубы бывают длиной от 9,5 до 13 метров. Замеряют длину каждой трубы, проставляют на каждой трубе номер и укладывают трубы на стеллаже по порядку их спуска в скважину. Чтобы точно подогнать длину обсадной колонны к глубине скважины, используют патрубки.
Подготовленные к спуску обсадные трубы поочередно затаскивают к ротору по приемным мосткам вспомогательной лебедкой.
Нижнюю часть обсадной колонны компонуют следующими технологическими элементами.
В самом низу устанавливают направляющий башмак для направления колонны по стволу скважины и защиты ее от повреждений при спуске.
Непосредственно над башмаком устанавливают башмачный патрубок длиной около полутора метров с отверстиями, расположенными по винтовой линии. Он служит для подачи цементного раствора в затрубное пространство.
На одну или две трубы выше башмака размещают обратный клапан. Обратный клапан пропускает цементный раствор при продавливании через башмачный патрубок в заколонное пространство и закрывается, препятствуя обратному протоку.
На 20 – 30 метров выше башмака устанавливают упорное кольцо для посадки цементировочной пробки.
Для центрирования обсадной колонны в стволе скважины на нее одевают центраторы. Их еще называют фонарями.
Скребки предназначены для очистки стенок скважины от корки бурового раствора, что улучшает сцепление цементного камня с породой.
Турбулизатор способствует перемешиванию потока цементного раствора в заколонном пространстве.
Перед спуском обсадной колонны в скважине должны быть проведены все геофизические исследования (каротаж, кавернометрия, инклинометрия).
Перед последней промывкой скважины, места сужения ствола полученные по данным кавернометрии прорабатывают бурильным инструментом. После проработки и промывки ствол скважины могут шаблонировать. Для этого на бурильной колонне спускают сборку из трех или четырех обсадных труб и доводят ее до глубины посадки. После шаблонирования скважину промывают одним или двумя циклами циркуляции.
Обсадную колонну спускают потрубно. Захватив трубу элеватором на крюке, опускают ее в скважину. На весу обсадная колонна удерживается клиньями спайдер-элеватора пневматического действия.
Так как обратный клапан не пропускает буровой раствор в обсадную колонну, после спуска каждых 10 – 20 труб колонну нужно заполнять раствором. Это делается для того, чтобы избежать деформации пустых труб. Доливают колонну насосом или цементировочным агрегатом.
В процессе спуска колонны периодически производят ее расхаживание. Подробнее о расхаживании обсадной колонны можно почитать в статье «Бурение скважины. Часть первая».
По окончании спуска всей колонны, скважину, как правило, промывают одним или двумя циклами циркуляции.
Спуск обсадных колонн в глубокие скважины занимает, иногда двое-трое суток.
После того как скважина промыта, в муфту верхней обсадной трубы через переводник вкручивают цементировочную головку. Затем внутрь головки помещают и фиксируют стопорными устройствами продавочную пробку.
К отводам головки подсоединяют трубопроводы цементировочных агрегатов. Закрывают краны отводов и производят опрессовку трубопроводов полуторакратным давлением от рабочего. После опрессовки краны на нижних отводах открывают и закачивают в колонну тампонажный раствор.
Закачав в колонну тампонажный раствор, стопорными устройствами освобождают цементировочную пробку. Закрывают краны нижних отводов, открывают кран верхнего отвода и через верхний отвод нагнетают в колонну продавочную жидкость.
При бурении на глинистом растворе, цементный раствор продавливают этим же раствором соответствующей плотности.
Для цементирования обсадных колонн применяют тампонажные растворы на основе тампонажных цементов и воды. При растворении портландцемента в воде получают жидкую и легко текучую массу.
Для обеспечения оптимальных условий цементирования, цементный раствор должен содержать 40 - 50% воды от объема цемента. То есть, на каждые 100 тонн цемента нужно добавлять 40 - 50 тонн воды.
Плотность цементного раствора должна быть от 1750 до 1950 кг/м3
Подготовленный и проверенный в лаборатории тампонажный цемент в необходимом количестве засыпают в специальные цементосмесительные машины и отправляют на буровую установку. К этому времени туда же направляют и цементировочные агрегаты. Цементировочные агрегаты и цементосмесительные машины обвязывают трубопроводами друг с другом и с цементировочной головкой, установленной на обсадной колонне.
Смесительная установка. Снимок взят из https://rally36.ru
На цементировочном агрегате установлен поршневой насос высокого давления с приводом от двигателя шасси.
Для продавки буровыми насосами перекачивают глинистый раствор в тарированные мерники цементировочных агрегатов. Цементировочные агрегаты через верхний отвод цементировочной головки нагнетают в обсадную колонну этот глинистый раствор, чтобы выдавить цементный раствор из обсадной колонны в заколонное пространство.
Тампонажный раствор вытесняют из колонны в затрубное пространство и на этом процесс цементирования заканчивается. Скважину оставляют в покое при закрытых кранах на головке на срок, необходимый для схватывания и твердения цементного раствора.
Этот этап в строительстве скважины называется ОЗЦ – ожидание затвердевания цемента.
Продолжительность времени ОЗЦ устанавливается в зависимости от статической забойной температуры и составляет 16 часов при цементировании кондукторов и промежуточных колонн. И 24 часа - при цементировании эксплуатационных колонн.
По истечении срока твердения цементного раствора снимают цементировочную головку и определяют фактическую высоту подъема цементного кольца электротермометром, спускаемым в колонну.
Для определения состояния сцепления цементного камня с колонной и с породой производят акустический каротаж цемента (АКЦ).
После этих исследований приступают к оборудованию устья скважины.
Читаем следующую статью: «Подготовка скважины к эксплуатации».