научная статья по теме ПРУЖИННЫЕ СВАРНЫЕ ЦЕНТРАТОРЫ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ДЛЯ ОБСАДНЫХ КОЛОНН НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН Геофизика

Текст научной статьи на тему «ПРУЖИННЫЕ СВАРНЫЕ ЦЕНТРАТОРЫ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ДЛЯ ОБСАДНЫХ КОЛОНН НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН»

инструмент и оборудование

А.К. ДУДАЛАДОВ,

к.т.н., главный технолог,

В.И. ВАНИФАТЬЕВ,

к.т.н., генеральный директор,

Ю.М. ЕЛУФЕРЬЕВ,

заместитель главного конструктора,

А.Ф. СТРЫХАРЬ,

заместитель главного технолога, ООО НТЦ «ЗЭРС»

А.М.ВОЛОДИН,

генеральный директор,

В.А. СОРОКИН,

главный инженер, ОАО «Тяжпрессмаш»

Условия разобщения пластов обусловлены комплексом геологических итехнико-технологических факторов, влияние которых оказывает отрицательное воздействие на качество разобщения пластов и является причиной возникновения различных аварий и осложнений в скважине. К геологическим факторам относятся: температура, давление, литологическая и физическая характеристики пород, природа пластовых флюидов, расстояние между продуктивными нефтяными, водоносными и газовыми пластами.

Пружинные сварные центраторы нового поколения для обсадных колонн нефтяных и газовых скважин

NEW GENERATION OF THE SPRING WELDED STABILIZERS FOR CASING COLUMNS OF THE OIL AND GAS WELLS

A. DUDALADOV, V. VANIFATIEV, Y. ELUFERIEV, A. STRIKHAR, NTS ZERS OOO A. VOLODIN, V. SОRОКIN, Tyajpressmash OAO

Article is devoted to conditions of the casing caused by the complex of geological and technical-technological factors, which exert negative influence on the quality of the casing and are the reason of the beginning of various failures and complications in the well.

Герметичность цементного кольца в затрубном пространстве скважины во многом определяется его «сплошностью», т. е. отсутствием зон незамещенного глинистого раствора и равномерной цилиндрической формой цементного кольца. Проведенными многочисленными отечественными и зарубежными исследованиями было доказано, что хорошее центрирование обсадной колонны по отношению к стволу скважины обеспечивает оптимальные условия замещения бурового раствора цементным раствором и создание надежной крепи скважины. Хорошее центрирование обсадной колонны оценивается по ее эксцентриситету (рис. 1).

В соответствии с международным стандартом ISO 10427 величина радиального центрирующего усилия F2, создаваемого центратором, регламентируется таким образом, чтобы центратор, правильно установленный на обсадной трубе в стволе скважины, обеспечивал эксцентриситет обсадной колонны не более 67%.

Известно, что при искривлении ствола скважины обсадные трубы прижаты к ее стенкам. Усилия в любой точке обсадной колонны зависят от веса колонны и угла искривления оси скважины в пространстве.

Пружинный центратор стремится изменить положение труб в скважине и при этом испытывает определенную радиальную нагрузку F, которая зависит от горизонтальной составляющей веса обсадных труб в интервале центрирования и растягивающего усилия, которое в свою очередь определяется весом обсадных труб ниже пружинного центратора. Соответственно, если нагрузка F будет меньше либо равна F2 — радиальному центрирующему усилию, создавае-

мому центратором, то установка центратора будет эффективна.

Еще с середины прошлого века существуют различные методики расчета и инструкции по определению оптимального количества и расстояния между пружинными центраторами при их установке на обсадной колонне (3, 4, 5).

За рубежом пружинные центраторы выпускаются в соответствии с требованиями международного стандарта ISO 10427 (5), разработанного на основании стандарта-спецификации 10Д Американского нефтяного института (АНИ). Стандартом предусматривается контроль следующих параметров пружинных центраторов:

• проверка величины осевого усилия проталкивания центратора F1 в заданный диаметр ствола скважины (испытательного кожуха) осуществляется по схеме, приведенной на рис. 2;

• проверка величины радиального центрирующего усилия F2, создаваемого центратором, при его эксцентричном расположении в стволе скважины (испытательного кожуха) осуществляется по схеме, приведенной на рис. 3;

Рис. 1. Схема определения эксцентриситета (С%) обсадной

колонны в стволе скважины

инструмент и оборудование Д

• проверка величины остаточной деформации центратора и отсутствие механических повреждений, после создания 50 циклов нагру-жения максимальным радиальным усилием.

В соответствии с требованиями международного стандарта ISO 10427 величина осевого усилия проталкивания центратора F1 не должна превышать веса обсадной трубы данного типоразмера длиной 12,2 м. среднего удельного веса. Значения этого показателя приведены в табл. Для отечественных центраторов эта величина не лимитируется и в соответствии с ТУ 39-ЭД1-01-08-283-84 имеется только ограничение по максимальной осевой нагрузке на стопорное кольцо, которое для всех типов центраторов ЦЦ не должно быть меньше 1180 кг.

Величина радиального центрирующего усилия F2, создаваемого центратором, по ISO 10427 регламентируется величиной нагрузки на центратор, равной весу обсадной трубы данного типо-

Рис. 3. Схема испытаний по ISO 10427. для определения радиального центрирующего усилия F2, создаваемого центратором

Рис. 2. Схема испытаний по ISO 10427 для определения усилия проталкивания центратора F1 в заданный диаметр ствола скважины

размера длиной 12,2 м. среднего удельного веса, при которой обеспечивается эксцентриситет обсадной колонны не более 67%. Значения этого показателя приведены в табл.

Регламентирование такого соотношения усилий F1 и F2 по международному стандарту ISO 10427 позволяет обеспечить безаварийный спуск обсадных колонн, оснащенных пружинными центраторами, и их надежное центрирование. При этом функциональные технологические свойства пружинных центраторов улучшаются, если у конкретной конструкции пружинного центратора величина осевого усилия проталкивания центратора F1 уменьшается, а величина радиального центрирующего усилия F2 увеличивается. Таким образом, соотношение F2/ F1 можно обозначить как N - коэффициент технологичности центратора, при этом, в соответствии с требованиями стандарта ISO 10427, необходимо, чтобы N > 1 и только для обсадных колонн диаметром более 245 мм допускается значения N < 1.

Рассматривая схему распределения нагрузок на пружинный центратор при проталкивании его в ствол скважины (рис. 2), можно увидеть, что при передаче осевой нагрузки сверху, через муфту обсадной трубы, возникает увеличение силы F1 за счет дополнительной деформации пружинной планки центратора.

Нами была поставлена задача выявления и оценки основных факторов, влияющих на изменение силы F1. Рассматривались следующие факторы:

• влияния конструктивных особенностей центратора;

• фиксации его нижней обечайки на трубе;

• установка центратора на трубе без фиксации, т. е. при передаче осевой нагрузки сверху через муфту обсадной трубы.

Проведенные стендовые исследования показали, что фиксирование нижней обечайки центратора на трубе позволяет уменьшить F1 в 2—3 раза (рис. 4). Более того, этими испытаниями было установлено, что серийно выпускаемые центраторы ЦЦ2 всех типоразмеров можно спускать в скважину только с фиксированием нижней обечайки центратора, в противном случае усилие F1 этих центраторов превышает допустимые значения по ISO 10427 в 1,8— 2,0 раза. Конструкция пружинных планок центраторов ЦЦ2, имеющих посредине прогиб внутрь, позволяет значительно увеличить значение радиального центрирующего усилия F2, создаваемого центратором, но отрицательно влияет на усилие проталкивания центратора в ствол скважины. Центраторы типа ЦЦ2 можно считать условно пружинными центраторами, так как при эксцентриситете 30—36% они работают как жесткие центраторы. Соответственно, например, спуск 146 мм обсадной колонны в скважину диаметром 215,9 мм, оснащенной центраторами ЦЦ2-146, можно сопоставить со спуском обсадной колонны, оснащенной жесткими центраторами наружным диаметром 205—210 мм.

На основе анализа отечественного и зарубежного опыта крепления скважин ООО НТЦ «ЗЭРС» разработана конструкторская документация на пружинные сварные центраторы типа ПЦ и совместно с ОАО «Тяжпрессмаш» налажено производство и прове-

^Л инструмент и оборудование

Табл. Основные технические данные пружинных центраторов

Наименование показателей, единицы измерений ПЦ89/ 120-124(Ф) ПЦ-102/ 122(Ф) ПЦ2А-114/144(Ф) ПЦ127/ 156(Ф) ПЦ140/ 191(Ф) ПЦ140/ 216 (Ф)

1. Конструктивные

Максимальный ймах наружный диаметр, мм 145 145 160 170 225 254

1.2 Диаметр ствола скважины, йскв., мм 120-124 120-124 140-143 157 191 216

1.3 Длина в рабочем положении, мм 396 396 545 545 625 620

1.4 Масса, кг, не более 2 2 5 5 6,1 6,1

2. Функциональные

2.1 'Величина осевого усилия проталкивания центратора, Р1 кг, ^О/факт 176/100 202/100 206/160 231/200 276/170 276/240

2.2 ''Максимальная величина радиального центрирующего усилия, создаваемого центратором в стволе скважины, Р2, кг, !ЭО/факт 176/1239 202/1608 206/2630 231/3080 276/2675 276/2916

2.3. Количество планок 6 6 6 6 6 6

2.4. = Р2,/ Р1 12,39 16,08 16,44 15,4 15,74 12,15

дены широкие заводские и промысловые испытания этих технических средств.

Пружинные сварные центраторы типа ПЦ предназначены для надежного центрирования обсадной колонны в процессе ее цементирования. Концентричное расположение обсадной колонны в стволе скважины обеспечивает оптимальные условия замещения бурового раствора тампонажным и формирование цементного кольца, позволяющего осуществить надежное разобщение пластов в процессе крепления скважин.

Для отечественной практики принципиальным новым функциональным качеством пружинных сварных центраторов типа ПЦ являются уникальное соотношение параметров F1 и F2 - коэффициента технологичности центратора N (табл.), а также конструктивное исполнение, которое может быть реализовано только на специальном оборудовании, которым располагает ОАО «Тяжпрессмаш». Проведенные сравнительные заводские стендовые испытания центраторов типа ЦЦ и ПЦ полностью подтвердили превосходство последних.

В отличие от применявшихся ранее многочисленных конструкций отечественных пружинных центраторов, пружинные сварные центраторы типа ПЦ имеют только два минимально нагруженных сварных шва, расположенных на обечайках центратора. Непосредственно цен-

Рис. 4. Сравнительные осевые усилия проталкивания Р1 центраторов Ц

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком