Проект бурения и крепление эксплуатационной скважины на Песчаной площади Краснодарского края

Q = 0,785*(д²_дол. - d²_{нар.б.тр.})*v_восх.,

где V_восх - минимально допустимая скорость восходящего потока из условия качественной очистки и ствола скважины (чем меньше диаметр, тем она выше).

Для колонны диаметром 324 мм:

Q = 0,785*(3,937² - 1,4²_.)*4 = 42,52 л/с.

Работа насоса УНБ-600 будет осуществляться на 170 мм втулках с производительностью 41,0 л/с.

Для колонны диаметром 245 мм:

Q = 0,785*(2,953² - 1,4²_.)*6 = 31,84 л/с.

Работа насоса УНБ-600 будет осуществляться на 150 мм втулках с производительностью 31,9 л/с.

Для колонны диаметром 146 мм:

Q = 0,785*(2,159² - 1,27²_.)*13 = 31,11 л/с.

Работа насоса УНБ-600 будет осуществляться на 150 мм втулках с производительностью 31,9 л/с.

2.5 Цементирование скважины

Исходные данные

При расчете цементирования скважин определяют: 1) количество сухого цемента; 2) количество воды для затворения цементного раствора; 3) количество продавочной жидкости; 4) возможное максимальное давление к концу цементирования; 5) допустимое время цементирования; 6) число цементировочных агрегатов и цементосмесительных машин.

Произведем расчет одноступенчатого цементирования каждой из обсадных колонн.

Таблица 2.2 Исходные данные для цементирования

	Направ-ление	Кондуктор	Эксплуатационная колонна (инт. 3000 - 3160)
Глубина спуска (Н, м)	30	850	3160
Диаметр долота (D, мм)	393,7	295,3	215,9
Наружный диаметр обсадных труб (d1, мм)	324	245	146
Внутренний диаметр обсадных труб (d2, мм)	305,9	230,5	133
Высота подъема цементного раствора (Нц, м)	350	850	3160
Плотность глинистого раствора (?р, кг/м3)	1100	1100	1200
Плотность цементного раствора (?ц, кг/м3)	1860	1860	1860
Высота установки кольца "стоп" от забоя (h, м)	5	20	20

2.5.1 Расчет объема цементного раствора

Объем цементного раствора, подлежащего закачке в скважину, определяют по формуле:

V_ц = (?/4)*[К₁*(D₂ - d₁²)*Н_ц + d₂²*h], м³

где К₁ - коэффициент, учитывающий увеличение объема цементного раствора, расходуемого на заполнение каверн, трещин, и увеличение диаметра скважины против расчетного (номинального).

Значение коэффициента К₁ определяется по квернограмме для каждой конкретной скважины. Обычно К₁ изменяется от 1,1 до 2,5. В нашем случае принимаем К₁ = 1,15.

Цементирование направления и кондуктора будет осуществляться с использованием чистого портландцемента.

Для лучшей прокачивамости тампонажной смеси и для того, чтобы поднять цементный раствор на проектную высоту (до устья), а также с целью экономии портландцемента, эксплуатационная колонна в интервале 0 - 1500 м будет цементироваться цель-цементным раствором плотностью 1,42 г/см³ с использованием глины, как пластификатора. Отношение глины к цементу 2:3; водогельцементное отношение m = 1,1. Интервал 1500 - 3160 м будет цементировать раствором чистого портландцемента плотностью 1,85 г/см³; водоцементное отношение m = 0,5.

Для колонны диаметром 324 мм:

V_ц = 0,785*[1,15*(0,3937² - 0,324²)*30 + 0,3059²*5] = 2,02 м³

Для колонны диаметром 245 мм:

V_ц = 0,785*[1,15*(0,2953² - 0,245²)*850 + 0,2305²*20] = 13,63 м³

Для колонны диаметром 146 мм:

Интервал 0 - 1500 м:

V_г.ц. = 0,785*[1,15*(0,2159² - 0,146²)*1500 + 0,133²*20] = 71,77 м³

Интервал 1500 - 3160:

V_ц = 0,785*[1,15*(0,2159² - 0,146²)*1660 + 0,133²*20] = 7,19 м³

Общий объем цементного раствора для колонны: 71,77 + 7,19 = 78,96м³

2.5.2 Расчет количества сухого цемента

Количество сухого цемента для приготовления цементного раствора определяют из выражения:

Q_ц = ?_ц*V_ц*1/(1+m),

где m - водоцементное отношение; ?_ц - плотность цементного раствора, кг/м³, ее можно рассчитать по формуле:

?_ц = [(1+m)* ?_с.ц.* ?_в] / [?_в +m* ?_с.ц.].

где ?_с.ц. - плотность сухого цемента, г/см³; ?_в - плотность воды, г/см³.

?_ц = [(1+0,5)* 3,15_.* 1] / [1 +0,5*3,15] = 1,85 г/см³.

Для колонны диаметром 324 мм:

Q_ц = 1420*2,02*1/(1+0,5) = 1912,27 кг = 1,91 т,

Для колонны диаметром 245 мм:

Q_ц = 1420*13,63*1/(1+0,5) = 12903,07 кг = 12,9 т,

Для колонны диаметром 146 мм:

Интервал 0 - 1500 м: Количество гель-цементного порошка составит:

Q _г.ц = 1420*71,77*1/(1+1,1) = 67942,27 кг = 67,94 т.

(Цементного порошка: 40,76 т, глинопорошка: 27,17 т).

Интервал 1500 - 3160 м:

Q_ц = 1850*7,19*1/(1+0,5) = 8915,6 кг = 8,92 т,

Общий объем цемента для колонны: Q_ц = 67,94 + 8,92 = 76,86 т.

Количество сухого цемента, которое необходимо заготовить с учетом потерь при затворении цементного раствора, вычислим по формуле:

Q_ц¹ = К₂*Q_ц,

где К₂ - коэффициент, учитывающий наземные потери при затворении цементного раствора. Если затворение производится без цементно-смесительных машин, К₂ = 1,054-5-1,15, при использовании цементно-смесительных машин К₂ = 1,01. В нашем случае К₂ = 1,01.

Для колонны диаметром 324 мм:

Q_ц¹ = 1,01*1,91 = 1,93 т,

Для колонны диаметром 245 мм:

Q_ц¹ = 1,01*12,9 = 13,03 т,

Для колонны диаметром 146 мм:

Интервал 0 - 3000 м:

Q_ц¹ = 1,01*67,94 = 68,62 т,

Интервал 3000 - 3290 м:

Q_ц¹ = 1,01*8,92 = 9 т,

Общее количество сухого цемента с учетом потерь для колонны:

Q_ц¹ = 68,62 + 9 = 77,62 т.

2.5.3 Расчет количества воды

Необходимое количество воды для приготовления цементного раствора 50%-ной консистенции находится из выражения:

V_в = 0,5*Q_ц,

Для колонны диаметром 324 мм:

V_в = 0,5*2,5 = 1,25 м³.

Для колонны диаметром 245 мм:

V_в = 0,5*16,9 = 8,45 м³.

Для колонны диаметром 146 мм:

V_в = 1,1*67,94 + 0,5*8,92 = 79,19 м³.

2.5.4 Расчет количества продавочной жидкости

Потребное количество продавочной жидкости (в качестве которой часто используют буровой глинистый раствор) определяется по формуле:

V_пр = ?*?*d₂²*(Н - h)/4,

где ? - коэффициент, учитывающий сжатие глинистого раствора (? = 1,03 - 1,05).

Подставив значения, получим:

Для колонны диаметром 324 мм:

V_пр = 1,03*3,14*0,3059²*(35 - 5)/4 = 2,26 м³.

Для колонны диаметром 245 мм:

V_пр = 1,03*3,14*0,2305²*(850 - 20)/4 = 35,65 м³.

Для колонны диаметром 146 мм:

V_пр = 1,03*3,14*0,133²*(3160 - 20)/4 = 44,90 м³.

Очень часто на практике для быстрого определения V_пр пользуются следующей эмпирической формулой:

V_пр = D_н²*Н₁/2,

где D_н - номинальный наружный диаметр колонны труб, спущенных в скважину, в дюймах;

D_н²/2 - количество продавочной жидкости, необходимое для заполнения 1 м спущенных труб, л;

Н₁ - глубина установки кольца "стоп", т.е. глубина продавки цементного раствора.

Для эксплуатационной колонны:

V_пр = 5*3270/2 = 40875 л = 40,88 м³.

2.5.5 Расчет давления при закачке

Максимальное давление перед посадкой верхней пробки на упорное кольцо определяется из уравнения:

Р_max = Р₁ + Р₂,

где Р₁ - давление, необходимое для преодоления сопротивления, обловленного разностями плотностей жидкости в трубах и затрубном пространстве;

Р₂ - давление, необходимое для преодоления гидравлических сопротивлений.

Р₁ = (1/10⁵)*[(Н_ц - h)*(?_ц - ?_р)], МПа

Величину Р₂ обычно находят по эмпирическим формулам. Наиболее распространенной является формула Шищенко-Бакланова; для скважин глубиной более 1500 м:

Р₂ = 0,001*Н + 1,6 МПа.

Для колонны диаметром 324 мм:

Р₁ = (1/10⁵)*[(30 - 5)*(1420 - 1100)] = 0,08 МПа

Р₂ = 0,001*30 + 1,6 = 1,63 МПа.

Р_max = 0,08 + 1,62 = 1,7 МПа.

Для колонны диаметром 245 мм:

Р₁ = (1/10⁵)*[(850 - 20)*(1420 - 1100)] = 2,66 МПа

Р₂ = 0,001*850 + 1,6 = 2,45 МПа.

Р_max = 2,66 + 2,45 = 5,11 МПа.

Для колонны диаметром 146 мм:

Р₁ = (1/10⁵)*[(1500 - 20)*(1420 - 1100) + 1660*(1860 - 1200)] = 15,7 МПа

Р₂ = 0,001*3160 + 1,6 = 4,76 МПа.

Р_max = 15,7 + 5,26 = 13,73 МПа.

2.5.6 Расчет количества цементированных агрегатов

Число цементировочных агрегатов определяю, исходя из условия получения скорости подъема цементного раствора в кольцевом пространстве у башмака колонны в момент начала продавки (не менее 15 м/с для кондуктора и промежуточных колонн инее менее 1,8 - 2,0 м/с для эксплуатационных колонн); это условие вытекает из предположения, что увеличение скорости движения цементного раствора в затрубном пространстве способствует более полному вытеснению глинистого раствора и замещению его цементным.

Часто ствол скважины искривлен, имеет локальные расширения, а колонна не строго сцементирована в нем. В подобных случаях целесообразно цементный раствор вытеснять из колонны, поддерживая небольшую скорость подъема цементного раствора в затрубном пространстве (? = 0,1-0,4 м/с). Так же следует поступать и в том случае, если колонна хорошо центрирована, но создать турбулентный режим течения цементного раствора в затрубном пространстве невозможно. Так как продавка почти всегда начинается на высшей скорости (как правило, на IV), то количество агрегатов из условия обеспечения скорости (м. v/c) подъема цементного раствора в затрубном пространстве определяют по формуле:

N_ц.а = [0,785*К₁*(D² - d₁²)*?/Q^IV] + 1,

где Q^IV - производительность цементировочного агрегата на IV скорости, м³/с.

Выбираем цементировочный агрегат типа ЦА-320М с установленными в его насосе 9Т цилиндровыми 127-мм втулками (с этими втулками можно работать при р_max в конце цементирования). Максимальная производительность при этом 0,9 м³/мин при давлении 6,1 МПа.

Для колонны диаметром 324 мм:

n_ц.а = [0,785*1,2*(0,3937² - 0,324²)*1,5/60] + 1 = 2 агрегата.

Учитывая установившуюся практику буровых работ в данном районе, принимаем n_ц.а. = 1 агрегат.

Для колонны диаметром 245 мм:

n_ц.а = [0,785*1,2*(0,2953² - 0,245²)*1,5/60] + 1 = 3 агрегата.

Учитывая опыт работ в данном районе, принимаем 2 агрегата.

Для колонны диаметром 146 мм:

n_ц.а = [0,785*1,2*(0,2159² - 0,146²)*2/(0,9/60)] + 1 = 5 агрегатов.

Учитывая установившуюся практику буровых работ в данном районе, принимаем n_ц.а = 9 агрегатов ЦА-320М.

2.5.7 Расчет производительности цементирования

Производительность цементирования (продолжительность процесса цементирования в мин) можно определить по формуле:

t_ц = [(V¹/Q_ца) + ((V_ц + V_пр - V¹)/Q_м)] + t_всп.

где V¹ = V_пр - ?V, ?V принимаем равным 1 - 2 м³;

Q_ца - суммарная производительность цементировочных агрегатов, м³/мин;

Q_м - производительность цементировочных агрегатов, при которой достигается наиболее полное вытеснение бурового раствора цементным, м³/мин.

Q_м = 0,785*(D² - d₁²)*К₁*?,

t_всп - время, расходуемое при цементировании на вспомогательные операции, мм (t_всп + 10 - 15 мин.)

Для колонны диаметром 324 мм:

Q_м = 0,785*(0,3937² - 0,324²)*1,2*1,5 = 0,07 м³/с = 4,2 м³/мин.

t_ц = [(0,76/0,9*1) + ((2,02+ 2,26 - 0,76)/4,2)] + 15 = 16,68 мин.

Для колонны диаметром 245 мм:

Q_м = 0,785*(0,2953² - 0,245²)*1,2*1,5 = 0,04 м³/с = 2,4 м³/мин.

t_ц = [(19,12/0,9*2) + ((13,63+ 20,62 - 19,12)/2,4)] + 15 = 31,92 мин.

Для колонны диаметром 146 мм:

Q_м = 0,785*(0,2159² - 0,146²)*1,2*1,5 = 0,048 м³/с = 2,88 м³/мин.

t_ц = [(45,27/0,9*10) + ((78,96+ 46,77 - 45,27)/2,88)] + 15 = 57,43 мин.

Продолжительность цементирования не должна превышать 75% времени начала схватывания цементного раствора. Тогда допустимое время цементирования:

t_доп = 0,75*t_н.схв. = 0,75*120 = 90 мин.

Таким образом, выбранное число цементировочных агрегатов и произведенные расчеты удовлетворяют условиям цементирования обсадных колонн[6].

2.5.8 Расчет количества цементосмесительных машин

Исходя из условия обеспечения цементным раствором всех работающих агрегатов ЦА-320 М,

n_цсм = n_ца*Q_ца/Q_цсм

где Q_ца - средняя производительность одного работающего агрегата при закачке цементного раствора в колонну, м³/мин;

Q_цсм - средняя производительность одной цементосмесительной машины 2СМН-20, м³/мин.

Исходя из условия размещения цементного порошка, подвезенного к буровой в бункерах смесительных машин:

n_цсм = Q_ц¹/q_цб,

где Q_ц¹ - весовое количество сухого цемента, подвезенного к буровой с учетом предполагаемых потерь, т;

q_цб - весовое количество цемента, вмещаемого в бункер одной цементосмесительной машины

Для колонны диаметром 324 мм:

n_цсм = 1*0,9/1 = 0,9 = 1 машина.

n_цсм = 1,93/20 = 0,1 = 1 машина 2СМН-20.

Для колонны диаметром 245 мм:

n_цсм = 2*0,9/1 = 1,8 = 2 машины.

n_цсм = 13,03/20 = 0,65 = 1 машина 2СМН-20.

Принимаем 1 цементосмесительную машину 2СМН-20.

Для колонны диаметром 146 мм:

n_цсм = 10*0,9/1 = 9 машин.

n_цсм = 77,62/20 = 4 машины 2СМН-20.

Принимаем 4 цементосмесительные машины 2СМН-20

2.5.9 Цементировочное оборудование

Цементировочные агрегаты

Цементировочные агрегаты предназначены:

- для приготовления, закачки и продавки тампонажных (или других) растворов в скважины;

- для проведения различного рода промывок скважин через спущенные колонны труб;

- для обработки призабойной зоны скважин, закачки растворов изотопов, проведения гидропескоструйной перфорации и других технологических операций в скважинах;

- для перекачки различных жидкостей или растворов из емкостей колодцев и водоемов;

- для гидравлической опрессовки обсадных труб и колонн, а также различного оборудования.

Наиболее широкое распространение в промысловой практике нефтегазовых районов страны получили цементировочные агрегаты ЦА-320М и ЗЦА-400А.

При цементировании проектной скважины будут использоваться цементировочные агрегаты ЦА-320М.

Технологическая характеристика цементировочного агрегата ЦА-320М:

Монтажная база……………………………..шасси автомобиля КрАЗ-257

Цементировочный насос:

тип………………………………………………………………………….9Т

гидравлическая мощность, л.с………………………………………….125

ход поршня, мм…………………………………………………….…….250

максимальное давление, кгс/см²………………………………………..320

максимальная подача, л/с………………………………………………...23

привод от двигателя автомобиля КрАЗ-257

водоподающий насос:

тип………………………………………………………………………....1В

диаметр плунжера, мм…………………………………………………..125

ход плунжера, мм………………………………………………………..170

подача, л/с…………………………………………………………………13

давление, кгс/см²………………………………………………………….15

привод………………………………………………от двигателя ГАЗ-51А

емкость мерного бака, м……………………………………..…………..6,4

емкость цементного бачка, м…………………………………………..0,25

диаметр приемных трубопроводов, мм…………………………..…….100

диаметр нагнетательных трубопроводов, мм…………………………..50

общая длина разборного трубопровода, м………………………………22

Общая масса агрегата, т………………………………………………...17,5

Цементосмесительные машины

Цементосмесительные машины и агрегаты предназначены для транспортировки сухих тампонажных материалов (глинопорошков) и механизированного приготовления тампонажных (глинистых) растворов.

В промысловой практике применяются цементосмесительные машины 2СМН-20, СМП-20, СМ-10, СМ-4М и агрегаты 1АС-20, 2АС-20, ЗАС-30.

В данном случае будут применяться цементосмесительные машины 2СМН-20.

Техническая характеристика машины 2СМН-20:

Монтажная база……………………………..шасси автомобиля КрАЗ-257

Транспортная грузоподъемность, т………………………………….8 - 10

Объем бункера, м……………………………………………….……….14,5

Вместимость бункера (по цементу), т……………………..…………….20

Способ получения раствора…………..………механико-гидравлический

Производительность в м/мин при приготовлении:

Цементного раствора………………………………………………0,6 - 1,2

Цементно-бентонитового раствора……………………………….0,5 - 1,0

Глинистого раствора……………………………………………….1,0 - 2,0

Давление жидкости затворения, кгс/см²…………………………….8 - 20

Общая масса не загруженной машины, т……………………………...13,8

Способ погрузки в бункер………………………...шнековым погручиком

Плотность тампонажного раствора регулируются изменением количества подаваемой в смеситель воды при помощи устройства с набором насадок и крана на обводной линии, а также количества подаваемого сухого цемента посредством изменения скорости вращения вала двигателя и двух параллельных загрузочных шнеков, расположенных в днище бункера 2СМН-20[2].

2.6 Технология крепления скважины

2.6.1 Подготовительные работы к спуску обсадной колонны

2.6.1.1 Проверка состояния фундаментов и оборудования буровой установки

До начала работ по подготовке скважины к спуску обсадной колонны проверяется состояние фундаментов оснований, подроторных балок и другого оборудования буровой установки (подъемное, насосное и силовое).

Фундаменты не должны иметь нарушений, промоин и осадок грунта.

Основания под оборудование и вышку должны располагаться на фундаментах всей опорной поверхности и не иметь трещин или других дефектов.

Вышка центрируется относительно устья скважины, а все ее соединительные элементы закрепляются.

Проверяются: буровая лебедка, приводы, двигатели и при необходимости производится ремонт с заменой отдельных звеньев цепных передач, клиновых ремней и других узлов. При проверке особое внимание уделяется надежности тормозной системы.

Буровые насосы, нагнетательные линии с запорной арматурой и система очистки промывочной жидкости должны обеспечивать бесперебойную подачу и очистку жидкости на различных режимах промывки скважины. Насосы должны обеспечивать подачу продавочной жидкости цементировочным агрегатам.

Проверяется состояние противовыбросового оборудования. Перед спуском эксплуатационных колонн на одном из превенторов заменяются плашки под соответствующий диаметр обсадных труб.

Проверяется исправность и точность показаний индикатора веса, манометров и других контрольно измерительных приборов на буровой.

Устраняются выявленные при осмотре дефекты, и составляется акт о готовности буровой установки к креплению скважины.

2.6.1.2 Подготовка обсадных труб

Подготовка обсадных труб (гидравлическое испытание, калибровка резьб, шаблонирование, маркировка, сортировка и замер длины) к спуску в скважину осуществляется на трубных базах или непосредственно на буровой.

Обсадные трубы завозятся на буровую заранее, чтобы иметь возможность подготовить их для спуска в скважину.

Запрещается транспортирование обсадных труб без предохранительных колец и ниппелей.

Обсадные трубы, подготовленные к креплению скважины, должны удовлетворять всем требованиям действующих стандартов и технических условий.

Соответствие внутреннего диаметра трубы номинальному по всей трубе проверяется с помощью жесткого цилиндрического шаблона.

С целью выявления скрытых дефектов заводского изготовления обсадные трубы перед спуском в скважину испытываются на внутреннее давление водой с выдержкой времени не менее 30 сек.

Трубы, которые не выдержали гидравлического испытания и (или) через которые не прошел шаблон, отбраковываются.

На каждые 1000 м подготовленных к спуску труб на буровую доставляют дополнительно 50 м проверенных резервных труб максимальной прочности.

Подготовленные обсадные трубы укладываются штабелями на стеллажи в порядке очередности их спуска в скважину согласно плану работ, а резервные трубы укладываются отдельно.

После укладки труб предохранительные ниппели вывинчивают из муфт и слегка ослабляют предохранительные кольца на других концах труб.

При укладке труб на стеллажи очищаются, промываются дизельным топливом и протираются насухо резьбы, на ниппельные концы наворачиваются аналогично подготовленные предохранительные кольца. Применение металлических приспособлений для очистки резьб не допускается.

Сведения о подготовленных к спуску в скважину обсадных трубах заносятся в буровой журнал.

2.6.1.3 Подготовка ствола скважины

Подготовка скважины к спуску колонны и обработка глинистого раствора начинается за 2 - 3 долбления перед достижением проектной глубины. В глинистый раствор добавляется графит (1%) или СМАД (1 - 1,5%), что способствует хорошему взаимодействию нефти с раствором и образованию в стенках скважины глинистой корки пониженной липкости. Это обеспечит нормальное проведение комплекса заключительных геофизических исследований и спуск обсадной колонны на проектную глубину.

Для уточнения фактической глубины скважины при спуске бурильного инструмент на последнее долбление производится контрольный замер длины бурильных труб с помощью проверенной стальной рулетки.

В процессе последнего долбления параметры глинистого раствора в скважине и его резервного объема приводятся в соответствии с требованиями ГТН и утвержденным планом работ по укреплению скважины.

После окончания углубления скважины производится комплекс заключительных геофизических исследований.

Приняв решение о спуске обсадной колонны, начальник геологической службы по результатам геофизических исследований корректирует глубину установки башмака, упорного кольца, объем скважины, интервалы цементирования, проработки и установки элементов технологической оснастки и др.

Перед спуском колонны открытый ствол скважины прорабатывается в интервалах сужений (согласно профилю и кавернограммам), "посадок" и "затяжек" инструмента до полной их ликвидации.

Перед последним подъемом инструмента, который предшествует спуску эксплуатационной колонны, чтобы проверить проходимость ствола скважины поднимается инструмент на 500 - 600 м выше интервала продуктивного горизонта, затем сразу же допускается на забой. Промывают скважину в течение не менее двух циклов, приводятся параметры глинистого раствора в соответствии с требованиями ГТН, и инструмент поднимается, выбрасывается на мостки и укладывается на стеллажи.

Проведение перечисленных работ должно оговариваться в плане работ на крепление скважины обсадной колонной.

По окончании подготовки ствола скважины, труб и оборудования составляется акт готовности буровой установки к креплению скважины.

2.6.2 Технология спуска обсадной колонны

Процесс спуска обсадной колонны в скважину будет осуществляться в один прием (одной сплошной секцией).

Работа по спуску обсадной колонны должна быть организована так, чтобы каждый член буровой бригады четко выполнял свои обязанности. Во избежание несчастных случаев при пуске обсадной колонны в скважину все члены бригады должны быть тщательно проинструктированы, рабочее место должно быть очищено от посторонних предметов. Работами по спуску колонны должно руководить одно лицо - буровой мастер, ответственный за работу по спуску колонны согласно разработанному техническому плану.

При организации рабочего места и расстановке рабочей силы для спуска обсадной колонны в каждой вахте выделяется лицо, ответственное за проведение повторного шаблонирования каждой трубы, сохранность шаблона во время спуска колонны и проверку соблюдения установленного порядка спуска труб. Колонну должны спускать при помощи клиновых захватов или клиньев для обсадных труб, позволяющих докреплять резьбовые соединения в процессе спуска. Элеваторы для спуска в скважину обсадных труб используют как исключение.

Низ технических колонн и кондукторов собирается в соответствии с планом работ в следующей последовательности:

- колонный башмак;

- обратный клапан типа ЦКОД;

- обсадные трубы согласно компоновке.

Перед спуском в скважину повторно проверяется качество крепления и работоспособность обратных клапанов.

Обратный клапан типа ЦКОД устанавливается между второй и третьей обсадными трубами. Седло клапана одновременно служит упорным кольцом.

Для предотвращения расслабления муфтового соединения промежуточной колонны и кондуктора от последующего воздействия на них бурильной колонны первые 5 - 10 труб от башмака после закрепления их машинными ключами приваривают. Во избежание смятия колонны при спуске ее с обратным клапаном каждую навинченную трубу после снятия ее с клиньев или элеваторов спускают с такой скоростью, чтобы стрелка индикатора масса (веса) колебалась в пределах пяти делений.

В процессе спуска обсадной колонны с обратным клапаном типа ЦКОД, обеспечивающим саморегулируемое заполнение колонны глинистым раствором, необходимо систематически контролировать характер заполнения по объему вытесняемой жидкости и нагрузке на крюке.

Скважину во время спуска промывают в интервалах, предусмотренных планом спуска. Продолжительность промывки не должна превышать одного цикла циркуляции, причем основным критерием для прекращения промежуточной промывки считается необходимое качество и постоянство показателей глинистого раствора по плотности и вязкости и падение давления на манометре до величин, равных гидравлическим сопротивлениям. Режимы спуска обсадной колонны и последующего ее цементирования должны быть рассчитаны таким образом, чтобы не допустить гидроразрыва пород и связанных с ним осложнений.

Контроль за спуском обсадной колонны должен осуществляться по записям и замеру длины колонны, а также по записям регистрирующего манометра индикатора массы (вса). В записях замера обсадных труб указываются число спущенных труб и их суммарная длина.

Спуск обсадных колонн является одной из трудоемких и ответственных операций, от темпов которой зависит успех всего процесса бурения. В настоящее время довольно широко применяются средства механизации, облегчающие труд рабочих, а также ускоряющие спуск обсадных труб. В процессе подготовки к спуску эксплуатационной колонны ко 2-му и 3-му поясам вышки прикрепляют хомутам две перекладины из насосно-компрессорных труб. Между этими перекладинами на роликах монтируется двухэтажная люлька для верхнего рабочего. Люлька может передвигаться как в вертикальном, так и горизонтальном направлениях. Находящийся в люке рабочий центрирует обсадные трубы в момент навинчивания.

Для подъема обсадных труб над ротором вместо обычного элеватора применяют легкий шарнирный хомут, подвешиваемый на крюке на двух штропах. Хомут надевают на трубу одновременно со спуском и установкой колонны на ротор. Навинчиваемая труба находится в подвешенном состоянии на хомуте только до тех пор, пока труба не завинчивается на 3 - 4 нитки. После этого хомут снимают и продолжают свинчивать при свободном верхнем конце трубы.

По окончании спуска обсадную колонну устанавливают в скважине с учетом расположения оборудования низа согласно утвержденного плана и оставляют подвешенной на талевой системе для обеспечения возможности расхаживания в процессе цементирования или перемещения при изменении растягивающих усилий в период ОЗЦ.

Скважину промывают до выравнивания параметров глинистого раствора по всему стволу скважины[3].

2.6.3 Подготовка к цементированию

2.6.3.1 Выбор рецептуры и подготовка тампонажных материалов

Выпускаемые промышленностью для закрепления скважин тампонажные материалы должны удовлетворять требованиям ГОСТа или соответствующих технических условий.

Потребное количество тампонажного материала для цементирования обсадной колонны определяют с учетом данных профилеметрии ствола и имеющего опыта цементирования скважин на конкретной площади.

Количество тампонажного материала, затаренного в цементосмесительные машины, контролируют взвешиванием.

Подбор рецептуры раствора производят не позднее чем за 5 суток до цементирования.

Проведение цементирования при отсутствии результатов контрольных испытаний проб тампонажного материала и рецептуры раствора запрещается.

Рекомендуется применять тампонажные смеси заводского приготовления.

Лежалые тампонажные материалы подвергаются диспергированию с помощью дезинтеграторных установок.

2.6.3.2 Приготовление воды затворения и буферной жидкости

На буровой необходимо устанавливать дополнительные металлические емкости с водой из расчета полного объема воды затворения с учетом буферной жидкости. За 2 - 3 суток до начала цементирования обсадной колонны в этих емкостях согласно рецептурам тампонажного раствора, подобранным в лаборатории, готовятся водные растворы химреагентов.

Подбирая рецептуру буферной жидкости необходимо выполнять условие, при котором удельный вес и вязкость жидкости находятся в пределах промежуточных значений аналогичных параметров разделяемых глинистого и тамонажного растворов.

2.6.3.3 Подготовка цементировочного оборудования

При подготовке к выезду на буровую очищают мерные емкости агрегатов, проверяется соответствие размеров цилиндровых втулок и поршней цементировочных насосов ожидаемому давлению, наличие и исправность манометров высокого и низкого давлений, предохранительных клапанов и запорных устройств, у цементосмесительных машин - соответствие размеров насадок заданной плотности тампонажных растворов.

Цементировочные головки оборудуются манометрами, кранами высокого давления и заблаговременно опрессовываются на полуторакратное максимальное рабочее давление, которое ожидается при цементировании.

2.6.3.4 Подготовка к процессу цементирования

Подготовку к цементированию производят одновременно с подготовкой к спуску и во время спуска колонны. В ней принимают участие буровая бригада, БПО УБР и тампонажная контора или цех.

Расстановку и обвязку цементировочной техники на буровой производят в соответствии с утвержденной типовой схемой (приложение 5) и обеспечивают горизонтальность размещения цементировочных агрегатов.

При цементировании с использованием осреднительной емкости с каждой цементосмесительной машиной обвязывается один агрегат, который откачивает цементный раствор в осреднительную емкость. Для закачки цементного раствора в скважину у осреднительной емкости ставятся агрегаты, количество которых соответствует числу цементосмесительных машин.

Для заполнения мерных емкостей цементировочных агрегатов водой затворения и продавочной жидкостью в первую очередь прокладываются приемные линии, затем - линии высокого давления от агрегатов к блоку манифольдов и цементировочной головке.

У дополнительных емкостей с водой затворения устанавливают не менее двух цементировочных агрегатов, мерники которых заполняют водой после окончания спуска обсадной колонны во время промывки скважины.

Заполнение мерников цементировочных агрегатов глинистым раствором производится после прекращения промывки скважины одновременно со сборкой трубопроводв высокого давления от блока манифольдов к цементировочной головке.

Обвязкой агрегатов с цементировочной головкой предусматривается наличие отдельной линии высокого давления для продавливания верхней разделительной пробки закачивания тампонажного раствора.

По окончании сборки линии высокого давления опрессовывают на полуторакратное максимальное рабочее давление, которое ожидается при цементировании.

Расстановка и обвязка цементировочной техники планируется так, чтобы время их окончания совпадала с окончанием спуска обсадной колонны.

По окончании расстановки и обвязки цементировочного оборудования инженер по цементированию должен произвести проверку правильности установки цементировочных агрегатов, цементосмесительных машин и коммуникаций.

2.6.4 Цементирование скважины

Крепление скважин осуществляется для разобщение нефтегазоносных пластов от всех вышележащих с обязательным одновременным разобщением нефтесодержащих и газосодержащих пластов друг от друга и защиты обсадных труб от корродирующего действия минерализованных вод, циркулирующих в недрах. Поэтому в скважину обсадные колонны должны быть зацементированы путем закачки тампонажного материала в кольцевое пространство между стенками скважины и обсадной колонны.

Существует ряд методов цементирования скважин. К ним относятся: одно- и двухступенчатое цементирование, манжетное цементирование, цементирование хвостовиков, цементирование под давлением. В зависимости от условий залегания нефтяных или газовых пластов, степени их насыщенности, литологического состава, проницаемости применяют тот или иной метод цементирования скважины.

Проектная скважина будет подвержена одноступенчатому цементированию (одноцикловый способ) - наиболее распространенный вид цементирования.

Процесс цементирования заключается в следующем. После того как обсадная колонна спущена, скважину подготавливают к цементированию, промывая ее после спуска обсадной колонны труб. Для этого на спущенную колонну труб навинчивают цементировочную головку и приступают к промывке. Промывку производят до тех пор, пока буровой раствор не перестанет выносить взвешенные частицы породы, т.е. плотность бурового раствора, поступающего в скважину, и плотность бурового раствора, выходящего из нее, станут одинаковыми. При промывке необходимо фиксировать давления на выкиде насоса.

После того как скважина промыта и вся арматура проверена приступают к приготовлению и закачиванию цементного раствора в скважину. Рекомендуется непосредственно перед началом затворения цементной смеси произвести закачивание в колонну буферной жидкости, в качестве которой наиболее широко используется вода и водные растворы солей NaCI, NaCI₂ и т.п., щелочей КаОН и ПАВ (сульфанол). Смешиваясь с буровым раствором, они разжижают его, уменьшают статическое и динамическое напряжение сдвига и вязкость. Объем буферной жидкости подсчитывается из условия допустимого снижения гидростатического давления на продуктивный пласт. После закачивания буферной жидкости в колонну опускают нижнюю пробку. Затем при помощи цементосмесителей и цементировочных агрегатов приготавливают цементный раствор, который агрегатами перекачки перекачивается в скважину. После закачки цементного раствора из цементировочной головки продавливают верхнюю пробку и цементный раствор движется между двумя пробками к башмаку колонны.

Далее приступают к продавке цементного раствора вниз. Для предупреждения быстрого роста давления в начале закачки тампонажных смесей и продавочной жидкости цементировочные агрегаты подключают в работу поочередно. Буровые насосы перекачивают глинистый раствор в тарированные мерники цементировочных агрегатов. При продавке цементного раствора ведется счет закачиваемой в колонну продавочной жидкости. Это делается для того, чтобы до прокачки оставшейся 0,5 - 1,0 м³ продавочной жидкости перейти на один агрегат, которым и производится посадка пробок на упорное кольцо. Этот момент характеризуется резким повышением давления на заливочной головке, так называемым "ударом". Величина "удара" зависит от руководителя работ и обычно не превышает 0,5 - 1,0 МПа сверх максимального давления, имевшего перед моментом схождения пробок. На этом заканчивается процесс цементирования, и скважина оставляется в покое при закрытых кранах на головке на срок, необходимый для схватывания и твердения цементного раствора.

2.6.5 Контроль процесса цементирования

При цементировании проектируемой скважины будет использоваться компьютеризированный комплекс оборудования для контроля и управления процессом цементирования КСЦ - 32.

Комплекс КСЦ - 32 предназначен для использования при строительстве скважин различного назначения и, в частности, при цементировании обсадных колонн в умеренном и холодном макроклиматических районах.

В состав КСЦ - 32 входят:

- модернизированный блок манифольдов (МБМ-32), на котором установлена измерительная вставка с датчиками расхода, плотности, давления, температуры;

- комплексный прибор для осреднительной емкости, включающий датчики плотности, уровня, температуры;

- световое информационное табло с отдельным кабелем;

- световое информационное табло с отдельным кабелем;

- станция контроля и управления процессом цементирования компьютеризированная (СКУПЦ-К).

В состав СКУПЦ-К входят:

- система сбора информации;

- преобразователь ±24/V в ~220V;

- бортовой промышленный компьютер (смонтированный в тумбе стола);

- промышленный монитор с температурой хранения - 40⁰С;

- промышленная клавиатура и др.;

- специальное программное обеспечение;

- комплект кабелей на мобильных смотках.

Базовый вариант блока манифольдов смонтирован на шасси автомобиля "Урал".

Базовый вариант СКУПЦ-К смонтирован в специальном автобусе на шасси автомобиля КАМАЗ или УРАЛ любой модели.

Технологические задачи КСЦ-32:

- управление процессом цементирования в реальном времени с предотвращением гидроразрывов тампонажного раствора в затрубном пространстве, гидроударов при посадке продавочной пробки на упорное кольцо;

- слежение за приготовлением тампонажного раствора при использовании осреднительной емкости.

Технологические характеристики датчиков:

1. Датчик давления на блоке манифольдов:

пределы измерения, МПа………………………………………0 - 40;

относительная погрешность, %……………………………..……± 1.

2. Датчики плотности на блоке манифольдов и на осреднительной емкости: пределы измерения, кг/м³…………………………………800 - 2600;

относительная погрешность, %……………………………...………± 2.

3. Датчик расхода на блоке манифольдов:

пределы измерения, м³/с…………………………………….…0 - 0,050;

относительная погрешность, %………………...……………………± 2.

4. Датчик температуры на блоке манифольдов и на осреднительной емкости: пределы измерения, ⁰С………………………………………-40 - +60;

относительная погрешность, %…………………………………..…± 0,5.

5. Датчик уровня на осреднительной емкости:

пределы измерения, МПа……………………………………………0 - 2;

относительная погрешность…………………………………………± 2.

Технические характеристики определяемых параметров:

1. Параметр объема закачиваемых агентов:

пределы измерения, м³……………………………………..……0 - 100;

относительная погрешность, %………………………………………± 2.

2. Параметр суммарного объема закачиваемых агентов:

пределы измерения, м³……………………………………………0 - 200;

относительная погрешность, %………………………………….……± 2.

3. На выносном табло отображается: давление, плотность, расход, объем, уровень, температура.

Техническая характеристика КСЦ-32:

Наибольше рабочее давление, МПа……………………………………..32

Плотность перекачиваемых агентов, кг/м³…………………….800 - 2600

Число контролируемых параметров на МБМ-32, шт……………………5

(давление, температуры, плотность, расход, объем)

Число контролируемых параметров на осреднительной емкости, шт…4

(средняя плотность, уровень, объем, температура)

Влажность окружающей среды, %.....................................................до 100

Температура применения, ⁰С……………………………………...-40 - +50

Точность измерительных параметров соответствует техническим требованиям процесса цементирования скважин.

По желанию заказчика дополнительно (по отдельному договору) может быть представлен мобильный измерительный комплекс для контроля параметров на выходе из скважины. Цементирование нефтяных и газовых скважин - наиболее ответственный этап их строительства. Неудачи при его выполнении могут свести к минимуму успехи предыдущих этапов строительства скважины Согласно данным статистики, стоимость работ по креплению и цементированию скважины составляет значительный процент от всей ее стоимости, поэтому проведение этих работ имеет существенное значение для успешного закачивания скважины и обеспечивает оптимальные условия ее эксплуатации[1].

3. Аварии и осложнения

3.1 Предупреждение аварий и осложнений

3.1.1 Предупреждение обвалов

Основными осложнениями, которые могут возникнуть при бурении проектной скважины являются обвалы, которые обычно происходят во время прохождения уплотненных глин, аргиллитов или глинистых сланцев.

Основными мерами предупреждения и ликвидации обвалов являются:

1. бурение в зоне возможных обвалов с промывкой буровым раствором, имеющим минимальную водоотдачу и максимально высокую плотность;

2. организация работ, обеспечивающая высокие скорости проходки;

3. выполнение следующих рекомендаций:

- бурить скважины по возможности меньшего диаметра;

- бурить от башмака предыдущей колонны до башмака последующей колонны долотами одного размера;

- поддерживать скорость восходящего потока в затрубном пространстве не менее 1,5 м/с;

- подавать бурильную колонну на забой плавно, без рывков;

- избегать значительных колебаний бурового раствора;

- не допускать длительного пребывания бурильной колонны без движения.

3.1.2 Предупреждение аварий при спуске обсадных колонн

Спуск тяжелых обсадных колонн (более 100 т) необходимо производить на спайдер-элеваторах или с помощью верхнего спайдера ПКРО.

Подачу обсадных труб на буровую следует производить осторожно при навинченных предохранительных кольцах, которые нужно снимать при полной готовности труб к свинчиванию. На воротах вышки необходимо устанавливать удерживающее приспособление, предотвращающее удар труб о ротор при подаче в буровую.

Каждую подаваемую для спуска обсадную трубу необходимо шаблонировать, закрепив за указанной операцией опытного помощника бурильщика.

Все резьбовые соединения башмачной части обсадной колонны (50 - 60 м) после закрепления манными ключами должны быть усилены прерывистым сварным швом с обязательным применением спецколец или электрозаклепок.

Сварочные работы должны производиться квалифицированными сварщиками. Не допускается принудительное охлаждение сварного шва (водой или буровым раствором).

Последнюю обсадную трубу колонны рекомендуется спускать в скважину с минимальной скоростью и промывкой.

Крепление резьбовых соединений всех обсадных колонн должно проводиться с использованием моментометров.

Во избежание поглощения, гидроразрыва пластов, нарушения устойчивости стенок скважины, смятия обсадной колонны в плане работ указывать допустимую скорость спуска колонны. Скорость спуска подвески из бурильных труб не должна превышать скорости спуска обсадных труб.

Для предотвращения прихвата обсадной колонны в процессе ее заполнения, восстановления циркуляции и промежуточных промывок колонну необходимо держать на весу и расхаживать через каждые 5 минут.

Если в процессе спуска колонны появилась необходимость ее расхаживать, то перед расхаживанием необходимо долить колонну до устья.

ЗАПРЕЩАЕТСЯ:

- изменять проектные решения без оформления соответствующего протокола;

- применять для замера бурильных и обсадных труб рулетки имеющие поправки после их ремонта;

- спускать обсадную колонну без предварительной гидравлической опрессовки труб;

- применять обсадные трубы, которые имели пропуски в резьбовых соединениях при их опрессовке;

- спускать обсадные трубы, в соединениях которых после наворота на скважине выявлен перекос резьб;

- производить обварку резьбовых соединений для "усиления" при ненормальном свинчивании обсадных труб;

- принудительно пропускать колонну через зоны посадок;

- применять разъединитель, который не позволяет производить промывку по время ОЗЦ[9].

3.1.3 Предупреждение аварий и брака из-за некачественного цементирования

Цементирование обсадных колонн, установка цементных мостов, заливка зон поглощений должны производиться только при наличии на буровой лабораторных анализов тампонажных растворов или их смесей, проведенных тампонажной конторой (цехом) или лабораторией в полном соответствии с заданными условиями (температура, давление, исходная вода для приготовления жидкости затворения).

Подбор рецептуры тампонажного раствора необходимо производить за 5 суток до цементирования. Если со дня выбора рецептуры до начала цементирования прошло более 10 суток, то рецептуру следует подвергнуть контрольной проверке и в случае необходимости - корректировке.

В лаборатории должно быть проверено отсутствие отрицательного воздействия буферной жидкости на тампонажный и буровые растворы. При этом буферные жидкости (состав и реологические параметры) должны обеспечивать:

- гарантированное разделение бурового раствора от цементного, что достигается подбором плотности буферной жидкости;

- отмывающую способность глинистой корки на границах "горная порода" - "обсадная колонна";

- повышение адгезионной способности горной породы ствола скважины и металла обсадных труб по отношению к цементу.

Время загустевания тампонажного раствора, определяемое на консистометрах при взаимодействии температуры и давления, имитируемых по процессу цементирования, должно быть на 25% больше расчетного времени цементирования, но не менее чем на 30 и не более чем на 90 мин.

Потребное количество тампонажного материала для цементирования обсадной колонны следует определять с учетом коэффициента сжижаемости растворов (смесей), промыслово-геофизических данных (по профилеметрии, произведенной при выполнении заключительного комплекса геофизических работ) и накопленного опыта цементирования скважин на данной площади.

Доставка цемента на буровую, как правило, должна осуществляться цементосмесительными машинами и цементовозами в опломбированном виде с документами о количестве цемента и паспортных сведениях на него и сдаваться буровому мастеру, который должен вести учет завозимого тампонажного материала.

Конструкция цементировочной головки, должна обеспечивать возможность предварительного размещения в ней 2-х разделительных пробок, удерживаемых с помощью стопоров, и исключать возникновение перепада давления на них при цементировании.

Цементировочная головка должна быть опрессована на полуторакратное максимальное давление, которое ожидается при цементировании, в нее должна быть вставлена верхняя разделительная пробка. Цементировочная головка должна быть оборудована манометрами и кранами высокого давления. К цементировочной головке должны быть подведены три линии (две рабочие и третья для выдавливания разделительной пробки).

Процесс цементирования должен производиться непрерывно, соблюдая заданную гидравлическую программу и обеспечивая расчетную скорость восходящего потока тампонажного раствора в затрубном пространстве.

Последние 1,0 - 1,05 м³ продавочной жидкости для обсадных колонн диаметром до 245 мм закачивать одной насосной установкой с Q = 3 - 4 л/с.

По окончании цементирования обсадных колонн, перекрывающих пласты с АВПД и газовые горизонты, а также в скважинах, склонных к газонефтепроявлениям, на период ОЗЦ необходимо герметизировать заполненное до устья затрубное пространство и обеспечить дежурство цементировочного агрегата, обвязанного с устьем скважины.

ЗАПРЕЩАЕТСЯ:

- проводить цементирование при отсутствии рецептуры лаборатории Тампонажной конторы (цеха) или лаборатории филиала;

- проводить цементирование эксплуатационных колонн без проведения контрольного анализа перед началом работ;

- цементировать обсадные колонны без применения продавочных пробок;

- приступить к оборудованию устья скважины до окончания ОЗЦ и определения высоты подъема цемента за обсадной колонной (по ОЦК, АКЦ);

- допускать отклонение от типовых схем оборудования устья, установленных ГОСТом и действующими инструкциями;

- спускать в скважину бурильные трубы до полного окончания обвязки ПВО;

- проводить работы по разбуриванию цементного стакана, обратного клапана, направляющей пробки до окончания обвязки ПВО, определения его герметичности, а также с применением КНБК, включающей центрирующие приспособления (калибратор, расширитель и др.);

- бурить роторным способом или проворачивать бурильную колонну при нахождении калибратора в башмаке обсадной колонны[7].

3.2 Охрана недр и окружающей среды

3.2.1 Общие сведения

В соответствии с основами законодательства о недрах, основами водного законодательства и водного кодекса РФ, действующим положением о Госгортехнадзоре, постановлениями Совета Министров по усилению охраны природы и улучшению использования природных ресурсов, поиск и разведка, разбуривание и разработка нефтяных месторождений должны осуществляться при полном и строжайшем соблюдении мер по охране недр и окружающей среды.

Основными требованиями по охране недр, предъявляемыми к поиску и разведке нефтяных месторождений, являются государственный контроль за рациональным использованием и охраной недр, (а также установление порядка его проведения), соблюдение утвержденных в установленном порядке стандартов, регламентирующих условия недр, атмосферного воздуха, земель, лесов, вод (Закон Российской Федерации "О недрах").

Охрана недр предусматривает осуществление комплекса мероприятий, направленных на предотвращение потерь нефти в недрах вследствие низкого качества проводки скважин, нарушений технологии нефтяных залежей и эксплуатации скважин, приводящих к преждевременному обводнению или дегазации пластов, перетокам жидкости между продуктивными и смежными горизонтами, разрушению нефтесодержащих пород, обсадной колонны и цемента за ней.

Охрана окружающей среды предусматривает мероприятия, направленные на обеспечение безопасности населенных пунктов, рациональное использование земель и вод, предотвращение загрязнения поверхностных и подземных вод, воздушного бассейна, сохранение лесных массивов, заповедников.

Основными требованиями по охране окружающей среды при эксплуатации скважин является подбор глубинного и наземного оборудования и установление оптимальных режимов его работы.

Во исполнение указанных требований по охране недр и окружающей среды при бурении проектных скважин должны принимать меры, обеспечивающие: