Как называется первая обсадная колонна
Обсадная колонна
Бурение скважин является обязательным этапом работ во многих промышленных сферах. Скважины необходимы как для добычи полезных ископаемых, так и для обеспечения водой жилых домов. В зависимости от предназначения, скважина имеет свое определенное строение, которое начинается с устья. Насколько безопасно и эффективно будет осуществляться эксплуатация скважины, зависит от качества ее крепления. Целью крепления скважины является формирование надежных ее стенок, благодаря которым можно предотвратить нежелательные обвалы. Само скважинное крепление представляет собой систему, основными конструктивными элементами которой являются обсадные колонны и цементные кольца. Конструкция обсадной колонны формируется путем скручивания между собой определенного количества обсадных труб. Стоит сказать, что по всей своей протяженности скважина не во всех местах крепится одинаково. В каждом отдельном месте ее крепление происходит разными способами, с использованием разных колонн.
Таким образом, каждая обсадная колонна имеет свое название и предназначение:
Стоит заметить, что нельзя для крепления, например, начала скважины и ее завершения использовать одни и те же обсадные колонны.
Технологическая оснастка обсадных колонн
Она представляет собой специальные приспособления и устройства, благодаря которым обсадные колонны, секции и потайные колонны погружаются в скважину.
К таким устройствам и приспособлениям относятся:
Цементирование обсадных колонн
Чтобы осуществить цементирование обсадных колонн, нужно наличие соответствующей цементной смеси, получаемой путем соединения тампонажного цемента и воды. В результате этого получается жидкая масса, способная легко и равномерно распределятся по поверхности в силу своей текучести. Разновидность тампонажного цемента напрямую зависит от температуры скважины, которую она имеет на забое.
Для скважин с более низкой температурой (как правило, до 40 градусов) применяется раствор, время застывания которого колеблется от 3 до 7,5 часов с момента его замешивания. Таким образом, при работе с такими скважинами, на цементирование обсадных колонн отводится не более 2,5 часов.
Схватывание раствора для скважин с температурой от 40 до 70 градусов происходит на протяжении от двух до трех часов. На цементирование обсадных труб в таких скважинах отводится всего лишь 1 час времени.
Обсадные трубы в глубоких скважинах с температурой от 100 градусов и выше должны быть зацементированы менее, чем за 1 час.
Как видим, в горячих скважинах раствор застывает быстрее, что, в свою очередь, требует более быстрой работы с ним.
В основном используется первый способ. Колонна цементируется за один раз, в результате чего весь раствор продавливается сразу. Однако, бывают случаи, когда целесообразно использовать двухступенчатое цементирование. В таком случае, работа подразделяется на интервалы и выполняется в два этапа.
Существует еще один, так называемый, промежуточный способ цементирования – манжетный. Он используется в случаях, когда следует защитить некоторую часть ствола от проникновения раствора.
После того, как скважина полностью сформирована, осуществляется опрессовка обсадной колонны. Другими словами, обсадные колонны проверяются на прочность и герметичность. Для этого устанавливается цементирующая головка, после чего буровые насосы воздействуют на устье большим давлением. Опрессовка производится в течении получаса. Именно за это время давление должно снизиться не более чем на 5 атмосфер, что является абсолютной нормой.
Сюжеты по теме
Турбобур – вариант бурового устройства, состоящего из электрогидравлического движка, принцип действия работы которого, основан на превращении энергии движения буровой смеси в энергию движения вала. Назначение такого агрегата – разработка скважинных отверстий для добычи газовых и нефтяных месторождений.
Россия предоставит подтверждения для получения морского права на арктические области.
Выход из этой ситуации предлагает совместная операционная компания, получившая название «Вьетгазпром»
МАТЕРИКОВАЯ ДОБЫЧА НЕФТИ
ПОДГОТОВКА СКВАЖИН К ЭКСПЛУАТАЦИИ
Понятие конструкции скважины
— это совокупность элементов крепи горной выработки с поперечными размерами, несоизмеримо малыми по сравнению с ее глубиной и протяженностью, обеспечивающая при современном техническом и технологическом вооружении безаварийное, с учетом охраны недр, экономичное строительство герметичного пространственно устойчивого канала между флюидонасыщенными пластами и остальной частью вскрытого геологического разреза, а также дневной поверхностью, эксплуатирующегося в заданных режимах и времени в зависимости от назначения: изучение геологического разреза, разведка и оценка газонефтеносности отложений, добыча продукции, поддержание пластовых давлений, наблюдение за режимом эксплуатации месторождения и др.
В газонефтяной отрасли нет также единого методического подхода к оценке качества проектирования и строительства скважин, в том числе их конструкции.
Основные элементы скважины
— это дно ствола скважины.
— это горная выработка, внутри которой располагаются обсадные колонны и производится углубление скважины.
— участок скважины, непосредственно соприкасающийся с продуктивным нефтяным или газовым горизонтом. Фильтром может служить необсаженный колонной участок ствола, специальное устройство с отверстиями, заполненное гравием и песком, часть эксплуатационной колонны или хвостовика с отверстиями или щелями.
— затвердевший цементный раствор, закачанный в кольцевое пространство между стволом и обсадной колонной с целью его герметизации.
Цементное кольцо предназначено для надежной изоляции друг от друга интервалов геологического разреза (в том числе и продуктивных) на весь период строительства, эксплуатации и обеспечения жесткой связи обсадных колонн со стенками скважины с целью формирования прочной и герметичной постоянной крепи.
Система обсадных колонн и цементных колец за ними составляют скважины.
Обсадные колонны
Обсадные колонны предназначены для изоляции стенок скважин от рабочего пространства ствола в процессе бурения и эксплуатации и обеспечивают требуемую прочность и герметичность при воздействии на них внутренних и внешних воздействий в первую очередь давления. Для создания необходимой изоляции кольцевого пространства, остающегося между обсадными колоннами, оно заливается жидким цементным раствором, твердеющим через определенное время.
Обсадные колонны по назначению подразделяются следующим образом.
— первая колонна труб или одна труба, предназначенная для закрепления приустьевой части скважин от размыва буровым раствором и обрушения, а также для обеспечения циркуляции жидкости. Направление, как правило, одно. Однако могут быть случаи крепления скважин двумя направлениями, когда верхняя часть разреза представлена лессовыми почвами, насыпным песком или имеет другие особенности. Обычно направление спускают в заранее подготовленную шахту или скважину и бетонируют на всю длину. Иногда направление забивают в породу, как сваю.
Различают шахтное (или шахтовое) направление и удлиненное направление. Шахтное устанавливается, как правило, во всех случаях и его длина составляет 3-10 м. В зависимости от конкретных условий может устанавливаться удлиненное направление или от одного до нескольких направлений и в этом случае длина может достигать 100 м. Направление спускается по возможности в глинистый пласт. Диаметр колонны колеблется от 245 до 1250 мм. Трубы, используемые в качестве направления, на прочность не рассчитываются и не опрессовываются.
— колонна обсадных труб, предназначенных для разобщения верхнего интервала разреза горных пород, изоляции пресноводных горизонтов от загрязнения, монтажа противовыбросового оборудования и подвески последующих обсадных колонн.
Кондуктор в зависимости от геологических условий устанавливается на глубину в среднем до 100 м, а максимальная глубина до 600 м. Диаметр кондуктора, как правило, колеблется в диапазоне 177-508 мм. Он опрессовывается, как и цементное кольцо.
Шахтное направление и кондуктор являются обязательными элементами конструкции скважины.
Промежуточная обсадная колонна (их может быть несколько) служит для разобщения несовместимых по условиям бурения зон при углублении скважины до намеченных глубин.
Промежуточные обсадные колонны могут быть следующих видов:
Секционный спуск обсадных колонн и крепление скважин хвостовиками являются, во-первых, практическим решением проблемы спуска тяжелых обсадных колонн и, во-вторых, решением задачи по упрощению конструкции скважин, уменьшению диаметра обсадных труб, зазоров между колоннами и стенками скважины, сокращению расхода металла и тампонирующих материалов, увеличению скорости бурения и снижению стоимости буровых работ.
— последняя колонна обсадных труб, которой крепят скважину для разобщения продуктивных горизонтов от остальных пород и извлечения из скважины нефти или газа или для нагнетания в пласты жидкости или газа. Иногда в качестве эксплуатационной колонны может быть использована (частично или полностью) последняя промежуточная колонна.
Диаметр обсадной колонны
Проектирование диаметров обсадных колонн и долот начинают с эксплуатационной колонны и далее методом снизу-вверх. Расчет диаметров обсадных труб ведется «изнутри» с диаметра эксплуатационной колонны. Исходя из предполагаемого дебита скважины и экономического обоснования, выбирается диаметр эксплуатационной колонны. Диаметр эксплуатационной колонны определяет диаметры бурения под обсадные колонны для всей скважины, а количество промежуточных колонн определяет конструкцию колонной головки. Увеличение диаметра эксплуатационной колонны позволяет использовать более производительное скважинное оборудование, позволяет эксплуатировать в скважине одновременно несколько пластов и облегчает проведение подземного ремонта. С другой стороны увеличение диаметра эксплуатационной колонны ведет к увеличению металлоемкости обсадных колонн, объему бурения и цементирования. Возрастают нагрузки на колонную головку и ее металлоемкость. Все это ведет к увеличению затрат на строительство скважины. Уменьшение диаметра эксплуатационной колонны снижает стоимость ее строительства, но увеличивает затраты, связанные с эксплуатацией скважины. Так применение малогабаритного оборудования ведет к увеличению затрат на приобретение до 2-3х раз. Усложняется поведение подземного ремонта, что ведет, как правило, к увеличению затрат времени, и, следовательно, и материалов, а в некоторых случаях не позволяет произвести необходимый ремонт.
Сооружение скважины
Только сооруженная скважина может ответить на вопрос: имеется ли в данном районе нефтяное или газовое месторождение и какова промышленная ценность залежи углеводородов.
Сооружение скважины, независимо от ее назначения (разведочная, параметрическая, эксплуатационная и т.д.), включает в себя следующие основные этапы:
При бурении в скважину последовательно спускается определенная конструкция, состоящая из обсадных труб. Каждая последующая колонна вставляется в предыдущую, и поэтому имеет все меньший диаметр.
Дно скважины называется забоем. После проведения цементирования скважины образуется новый забой, который называется «искусственный забой». В процессе эксплуатации на забой осаждаются примеси, части изношенного оборудования или упущенный при проведении подземного ремонта инструмент и т.п., что при замерах изменяет глубину скважины и новая точка называется «текущий забой».
После создания герметичной конструкции скважины в эксплуатационную колонну, напротив продуктивного пласта, спускается на забой устройство (перфоратор), которое проделывает отверстия в обсадных трубах и цементном кольце и соединяет продуктивный пласт и скважину. Эти отверстия заполняются газом и пластовой жидкостью (нефтью), поступающей из пласта под избыточным давлением и заполняют скважину.
Требования к конструкции скважин
В зависимости от назначения скважин конструкция может существенно изменяться, но всегда должна удовлетворять некоторым общим требованиям, которые сводятся к следующему:
Кроме перечисленных, конструкция скважины должна удовлетворять определенным технологическим требованиям, основными из которых являются:
Разработка конструкции скважины
Основные параметры конструкций скважины: число и диаметр обсадных колонн, глубина их спуска, диаметр долот, которые необходимы для бурения под каждую обсадную колонну, а также высота подъема и качество тампонажного раствора за ними, обеспечение полноты вытеснения бурового раствора.
Разработка конструкции скважины базируется на следующих основных геологических и технико-экономических факторах:
К объективным геологическим факторам относят предполагаемую и фактическую литологию, стратиграфию и тектонику разреза, мощность пород с различными проницаемостью, прочностью, пористостью, наличие флюидосодержащих пород и пластовые давления.
Геологическое строение разреза горных пород при проектировании конструкции скважин учитывают как неизменный фактор.
В процессе разработки залежи ее начальные пластовые характеристики будут изменяться, так как на пластовые давления и температуру влияют продолжительность эксплуатации, темпы отбора флюидов, способы интенсификации добычи и поддержания пластовых давлений, использование новых видов воздействия на продуктивные горизонты в целях более полного извлечения нефти и газа из недр, поэтому эти факторы необходимо учитывать при проектировании конструкции скважин.
Конструкция скважин должна отвечать условиям охраны окружающей среды и исключать возможное загрязнение пластовых вод и межпластовые перетоки флюидов не только при бурении и эксплуатации, но и после окончания работ и ликвидации скважины. В связи с этим необходимо обеспечивать условия для качественного и эффективного разобщения пластов. Это один из главнейших факторов.
Таким образом, принципы проектирования конструкций скважин прежде всего должны определяться геологическими факторами.
Простая конструкция (кондуктор и эксплуатационная колонна) не во всех случаях рациональна. В первую очередь это относится к глубоким скважинам (4000 м и более), вскрывающим комплекс разнообразных отложений, в которых возникают различные, иногда диаметрально противоположные по характеру и природе осложнения.
Следовательно, рациональной можно назвать такую конструкцию, которая соответствует геологическим условиям бурения, учитывает назначение скважины и другие, отмеченные выше, факторы и создает условия для бурения интервалов между креплениями в наиболее сжатые сроки. Последнее условие является принципиальным, так как практика буровых работ четко подтверждает, что чем меньше времени затрачивается на бурение интервала ствола между креплениями, тем меньше число и тяжесть возникающих осложнений и ниже стоимость проводки скважины.
ОБСАЖИВАНИЕ И ЦЕМЕНТИРОВАНИЕ СКВАЖИНЫ, часть I
При заканчивании скважины очень часто приходится устанавливать обсадную колонну для предотвращения проникновения флюидов внутрь.
Very often in completions casing must be run to seal the wellbore from encroaching fluids.
Чтобы прочно прикрепить обсадную трубу к стенкам скважины и обеспечить ее устойчивость, в скважину закачивают цемент.
In order to attach the casing firmly to the wellbore wall and stabilize the hole, cement is pumped downhole.
Рассмотрим эти важные процедуры более подробно.
Let’s take a closer look now at these important techniques.
Обсадная колонна (труба)
Обсадную колонну устанавливают в скважине, если имеются признаки наличия коммерческих количеств углеводородов.
Casing must be run into a well if commercial indications of hydrocarbons are observed.
Обсадную колонну обычно пропускают сквозь самый нижний продуктивный участок, затем ее цементируют по стволу.
Casing normally is run through the lowest interval that has potential; then it is cemented in place.
Обсадная колонна выполняет следующие функции:
Casing has several functions:
Поскольку обсадная колонна выполняет несколько различных функций, обычно устанавливают более одной колонны обсадных труб.
Because casing has several different functions, it is usually necessary to install more than one string of casing or pipe.
Колонны делятся на пять категорий:
These kinds of casing are divided into five classifications:
На некоторых участках из-за состояния почвы на поверхности может потребоваться установка короткой направляющей трубы длиной обычно не более 6—15 м во избежание избыточного обрушения краев скважины.
In certain areas, because of the nature of the surface soil, it may be necessary to install a short length of conductor casing, usually not more than 20-50 ft long, at the surface to prevent excessive caving around the sides of the hole.
Направляющая труба служит также трубопроводом для подъема бурового раствора на достаточную высоту над уровнем земли, чтобы вернуть его в амбар.
Conductor pipe is the conduit that also raises drilling fluid high enough above ground level to return the fluid to the mud pit.
Кроме того, она предотвращает подмыв основания вышки.
And it prevents washing out around the rig’s base.
Направляющая труба устанавливается после того, как буровая площадка спрофилирована и подготовлена под вышку.
Conductor pipe is set after the well location has been graded and prepared for the rig.
Если будут делаться амбары для бурового раствора, они должны быть вырыты.
The mud pits, if any, are dug.
Отверстие под направляющую трубу бурится буром, установленным на грузовом автомобиле.
The hole for the conductor pipe is drilled with an auger drill mounted on the end of a truck.
Затем труба вводится в скважину, а пространство вокруг нее заливается цементом.
Then the pipe is lowered into the hole and concrete is poured around it to fill the surrounding space.
На болотах и при морской добыче трубу устанавливают с помощью сваебойной машины.
In swamps and offshore locations, the pipe is driven in with a pile driver.
Следующая устанавливаемая обсадная колонна называется кондуктором. Она защищает пресноводные пласты от загрязнения нефтью, газом или соленой водой из более глубоких продуктивных слоев.
The next casing to be set is surface casing, which protects freshwater formations from contamination by oil, gas, or salt water from the deeper producing formations.
Поскольку водоносные слои, как правило, встречаются на небольших глубинах, обычно необходимая высота кондукторной колонны не превышает 600 м.
Since freshwater formations normally occur at shallow depths, no more than 2,000 ft of surface casing are usually required.
Важная вспомогательная функция кондуктора заключается в подготовке места для размещения противовыбросового устройства (ПВУ), которое монтируется в процессе бурения, чтобы противостоять ударам или скачкам давления в стволе скважины.
An important auxiliary function of the surface casing is to provide a place to attach the blowout preventers (BOP). Blowout equipment is attached during drilling operations to contain kicks or pressure surges downhole.
После заканчивания скважины ПВУ заменяет добывающий коллектор или фонтанную арматуру (рис. 8.2).
Once the well is completed, a production manifold, or christmas tree (Fig. 8-2), replaces the BOP.
Кондуктор следует устанавливать довольно глубоко, чтобы достать до скальных пород, которые не будут растрескиваться или разламываться под максимальным ожидаемым весом бурового раствора на той глубине, где предполагается установить следующую колонну.
The surface casing should be set deep enough to reach rock formations that will not fracture or break down with the maximum expected mud weight at the depth where the next string is to be set.
Наружный диаметр кондуктора немного меньше диаметра направляющей трубы.
The outside diameter of the surface string is slightly smaller than the inside diameter of the conductor pipe.
(Кондуктор спускается внутри направляющей трубы).
(The surface casing is lowered inside the conductor pipe.)
Минимальная глубина обычно составляет 10% от ожидаемой суммарной глубины скважины или 150 м (выбирается большая из этих величин).
The minimum depth is usually 10% of the expected total depth (TD) of the well or 500 ft., whichever is greater.
Когда достигается требуемая глубина, эту колонну цементируют в окружающей направляющей трубе и таким образом фиксируют ее на месте.
When the expected depth is reached, this string of casing is cemented to its the surrounding conductor pipe, which anchors it in place.
Техническая (промежуточная) обсадная колонна
Промежуточная обсадная колонна, хотя она и не всегда устанавливается, предохраняет скважину от потерь бурового раствора в пластах неглубокого залегания.
An intermediate casing, though not always run, protects the hole against loss of circulation in shallow formations.
При бурении в зонах с пластовым давлением, превышающим норму, или содержащих отложения, склонные к осыпям и обвалам, а также в зонах поглощения бурового раствора может потребоваться установка обсадной колонны для минимизации риска перед более глубоким бурением.
When drilling in areas that have abnormal formation pressures, heaving shales, or lost-circulation zones, a string of casing may need to be run to minimize hazards before drilling to greater depths.
Для этого служит промежуточная обсадная колонна.
That’s the purpose of intermediate casing.
Строго говоря, она не нужна для правильного функционирования скважины, так что это скорее часть операции бурения, чем заканчивания скважины.
Strictly speaking, it is not required for the well to function properly, and it is more a part of the drilling operation than the completion operation.
Промежуточные обсадные колонны подвешиваются и герметизируются на поверхности на подвеске обсадной колонны.
Intermediate casing strings are suspended and sealed at the surface with a casing hanger.
Нижняя часть заполняется цементом, циркулирующим вниз, вокруг забойной зоны скважины, и вверх, сквозь те пласты, где он нужен.
The lower portion is cemented by circulating cement down and out around the bottom of the pipe and up across the intervals where cement is needed.
Цементирование более подробно будет рассмотрено ниже.
More about cementing will come later.
В отличие от обсадной трубы, проходящей с поверхности до заданной глубины и перекрывающейся с предыдущей обсадной трубой, труба-хвостовик проходит только от конца предыдущей колонны до дна открытой скважины.
Unlike casing that is run from the surface to a given depth and overlaps the previous casing, a liner is run only from the bottom of the previous string to the bottom of the open hole.
Колонны-хвостовики подвешиваются с предыдущей колонны на подвеске.
Liners are suspended from a previous string with a hanger.
Они часто цементируются по всему стволу, но могут быть и подвешены в скважине без цементирования.
They are often cemented in place but may be suspended in the well without cementing.
Преимущество использования колонны-хвостовика заключается в том, что не нужно пропускать обсадную трубу до самой поверхности.
One advantage of using a liner is that it is not necessary to run the string back to the surface.
Обсадные колонны стоят дорого, поэтому, используя меньшее число таких колонн, можно заметно сократить расходы.
Casing is expensive, and substantial savings may be realized by using less.
Иногда колонны-хвостовики устанавливаются в скважине в качестве защитных обсадных труб, выполняя ту же функцию, что промежуточная колонна.
Sometimes liners are set in a hole as a protective string, serving the same function as an intermediate string.
Эксплуатационная обсадная колонна
Эксплуатационная обсадная колонна известна под названием нефтяной колонны или последней колонны.
Production casing is sometimes known as the oil string or the long string.
It isolates the oil and/or gas from undesirable fluids in the producing formation and from other ones penetrated by the wellbore.
Эта обсадная труба служит также защитным кожухом для насосно-компрессорной колонны и другого оборудования, используемого в скважине.
This casing also serves as the protective housing for the tubing and other equipment used in a well.
Эксплуатационная обсадная колонна — последнее звено обсадной колонны, вводимое в скважину.
The oil string is the last string of casing run in the well.
Это непрерывная труба, идущая от поверхности до продуктивных пластов.
It is a continuous length of pipe from the well surface to the producing formations.