ВЛИЯНИЕ БАШМАКА В ОСНАСТКЕ КОЛОННЫ НА ЗАБОЙНЫЕ ДАВЛЕНИЯ ПРИ ЦЕМЕНТИРОВАНИИ СКВАЖИН

THE EFFECT OF THE SHOE IN THE COLUMN TOOLING ON DOWNHOLE PRESSURES DURING WELL CEMENTING

Daniil Trebunsky

master's student, Department of Oil and Gas Drilling, Tyumen Industrial University,

Russia, Tyumen.

Gennady Shlein

scientific supervisor, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Oil and Gas Well Drilling, Tyumen Industrial University,

Russia, Tyumen

АННОТАЦИЯ

Цементирование пространства между трубами в скважине как этап строительства несет в себе определенные риски. С увеличением числа пробуренных скважин с разнообразной геологической структурой и глубиной становится очевидной необходимость поиска новых подходов к контролю давления во время цементирования для обеспечения надежного крепления обсадной колонны. Изучение вопроса сохранения характеристик коллектора продуктивного пласта и снижение вероятности аварий и осложнений при строительстве скважин является одной из важных задач в данной области.

ABSTRACT

Cementing the space between the pipes in the well as a construction stage carries certain risks. With the increase in the number of drilled wells with a diverse geological structure and depth, it becomes obvious that new approaches to pressure control during cementing are needed to ensure reliable casing fastening. Studying the issue of preserving the characteristics of the reservoir of a productive reservoir and reducing the likelihood of accidents and complications during the construction of wells is one of the important tasks in this area.

Ключевые слова: Цементирование, башмак, давление, тампонаж, оснастка.

Keywords: Cementing, shoe, pressure, cement slurry, tooling.

Выбор технологической оснастки следует выполнять, руководствуясь результатами положительного опыта, полученного при промышленных испытаниях.

Оснастка колонны играет важную роль при цементировании скважин, поскольку она влияет на забойное давление. От правильного выбора оснастки зависит качество цементного кольца вокруг обсадной колонны, что в свою очередь влияет на защиту от просачивания воды, газов и химических веществ в пласт. Использование неправильной или несоответствующей оснастки может привести к таким проблемам, как недостаточная герметичность цементного кольца, образование каналов между цементом и стенками скважины, а также возможное нарушение целостности колонны в процессе закачки цемента. Эти проблемы могут привести к утечке цемента, загрязнению пласта и другим негативным последствиям.

Поэтому перед цементированием скважины необходимо тщательно выбирать оснастку колонны, учитывая параметры скважины, реологические свойства цементного раствора, скорость закачки цемента, тип грунта, давление и температуру в пласте, а также другие факторы, влияющие на процесс цементирования. Важно следить за процессом цементирования, контролировать забойные давления и качество цементного кольца, чтобы обеспечить безопасность и надежность работ по бурению и эксплуатации скважин.

Компоненты оснастки обсадных колонн: Обратный клапан; Турбулизаторы; Цементировочная головка; Цементировочные пробки; Изолирующие заколонные пакеры; Цементировочные пакеры или манжеты; Цементировочные корзины; Муфта ступенчатого цементирования; Башмак колонный.

Рассмотрим динамику развития технологий забойного окончания обсадных колонн [1-12], спускаемых в скважину перед проведением цементирования (рисунок 1).

Рисунок 1. Процентное содержание заявителей и патентообладателей

Компания ПАО «Татнефть» стоит на первом месте по количеству патентов, что подчеркивает ее важный потенциал в области инноваций. Из анализа патентов, касающихся башмаков обсадных колонн, можно сделать вывод о наличии актуальной проблемы в области надежности крепления скважин. Многие компании активно занимаются разработкой технических решений, направленных на улучшение процесса спуска обсадных колонн до нужной глубины и на решение проблем, связанных с качеством цементирования.

Опыт цементирования обсадных колонн по прямому методу показывает, что в определенный момент давление на цементировочной головке может упасть до нулевого значения, а затем снова подняться до необходимого уровня. Это происходит из-за резкого ускорения перемещения тампонажного раствора в обсадных трубах, превышающего скорость его закачки. Таким образом, появляется разрыв в потоке тампонажного раствора. Образование воздушной пробки, воздействуя на раствор, может привести к уменьшению его плотности, повышению пористости и проницаемости. При перемещении бурового раствора тампонажным в пространстве между трубами его скорость снижается, что приводит к пересечению потоков жидкости с образованием стыка в нижней части колонны, приведя к понижению качества цементирования обсадных труб.

Для предотвращения данного явления предлагается уменьшать скорость перемещения тампонажного раствора, создавая противодавление путем регулирования потока жидкости на поверхности в интервале между трубами. Такой подход значительно увеличивает риск гидроразрыва пластов [10].

Благодаря развитию оборудований низа обсадных колонн рассмотрен ряд башмаков выполняющие условия минимизации рисков возникновения гидроразрыва пласта, пропуск однородной сплошности потока цементной смеси и снижение сил трения при спуске колонны. Устройства включаются в оснастку обсадных колонн. Анализ технических элементов колонного башмака помог выявить структурную систему и разделить их на группы (Классификация представлена на рисунке 2).

Рисунок 2. Систематизация типов колонного башмака

С учетом высокого темпа роста освоений месторождений, добыча углеводородного сырья сподвигла буровые компании развивать технику и технологию для успешного бурения глубоких скважин. Анализ буровых отчетов и патентного поля [1-12] показывает, что башмак с цилиндрическим корпусом [12] отлично подходит для спуска колонн с наличием сужения ствола скважин, для прохождения интервалов с высокими углами интенсивности отлично показывает себя башмак с отклоняющими элементами. Башмак High-PortUp-Jet(HPUJ) с обратным клапаном SuperSeal II [11] может существенно снизить количество происшествий при спуске и крепления скважин. Удаляя шлам и фильтрационную корку с возможностью достигать максимальных скоростей закачки тампонажного раствора с образованием турбулентного потока, что в свою очередь влечет равномерное распределение тампонажной смеси за колонной и минимизацию рисков возникновения каналов бурового раствора в цементе. Так выявлено, что от расположения и количества рабочих сопл инжекторов в устройстве при перемещениях жидкости в камеры смешения раствора, на выходе рабочее давление потока снижается, что в свою очередь решает проблему загрязнения коллектора и способствует регулированию забойного давления в процессе крепления ствола скважин.

Список литературы:

1. Патент RU 2077657 Cl Е21В017/14. Ротационный башмак обсадной колонны / Иоанесян Ю.Р.– № 94018686. Заявл. 10.04.2003; Опубл.27.10.2004
2. Патент RU 2100564 Cl Е21В017/14. Вибробашмак обсадной колонны / Иоанесян Ю.Р., Лапавок В.С, – №95114006. Заявл.04.08.1995; Опубл.27.12.1997.
3. Патент RU 2172387 Cl Е21В017/14. Башмак для установки профильных перекрывателей в скважинах / Юсупов И.Е., Абдрахманов Е.С., Фархутдинов Р.Е., Хамитьянов Н.Х., Мелинг К.В., Кашапов И.К., Мухаметшин А. А., Вильданов Н.Н., Насыров А.Л. - №99117606/03. Заявл. 10.08.1999; Опубл. 20.08.2001.
4. Патент RU 2187619 Cl Е21В29/10. Башмак для установки профильного перекрывателя в скважине / Абдрахманов Е.С., Зайнуллин А.Е., 100 Филиппов В.П., Вильданов Н.Н., Кашапов ПК. №000106346/03. Заявл. 14.03.2000. Опубл. 20.08.2002.
5. Патент RU 2208125 Cl E21B029/10. Башмак для установки профильного перекрывателя в скважине / Абдрахманов Г.С., Зайнуллин А.Г., Рыбалко А.Ф., Киршин А.В., Вильданов Н.Н., Филиппов В.П. № 2001117101/03. Заявл. 18.06.2001. Опубл. 10.07.2003.
6. Патент RU 2282706 Cl Е21В017/14. Башмак обсадной колонны / И.Т. Акбулатов, Х.И. Акчурин, С.В. Баранцевич, П.М. Дюсуше, А.В. Кейбал, Д.П.Ляпков. – № 2004138153/03. Заявл. 28.12.2004; Опубл. 27.08.2006.
7. Патент RU 239852С1 Е21В017/14. Башмак-клапан для установки профильного хвостовика в скважине / Абдрахманов Е.С., Хамитьянов Н.Х., Уразгильдин И.А., Илалов Р.Х., Багнюк С.Л. -№2009129121/03. Заявл. 2009-07- 28; Опубл. 10.09.2010.
8. Патент RU 2413063 Cl Е21В017/14. Башмак-клапан для хвостовика / Н.Х. Хамитьянов, Ф.Ф. Ахмадишин, Р. X. Фаткуллин, А. В. Киршин, И.А. Уразгильдин. №2009140122/03. Заявл.29.10.2009.
9. Патент RU 2451156 Cl Е21В029/00. Разбуриваемый башмак-клапан для установки расширяемой колонны в скважине / Хамитьянов Н.Х., Ягафаров А. С., Киршин А.В., Емельянов А. В., Пронин В. Е.№2010149699/03. Заявл. 03.12.2010; Опубл. 20.05.2012.
10. Лихушин А. С. Результаты исследований процесса движения тампонажного раствора в обсадной колонне / А. С. Лихушин - Текст : 352 непосредственный. // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море, 2011. - №8 - C. 45-51.
11. Вакеr HUGHES. Drilling Hydravlics Hughes, Christenstn hydravlics manual, Houston, USA, 2002. Р.72-93.
12. Патент SU 1673725 A1. Башмак обсадной колонны / Матвеенко Ларион Михайлович, Сулейманов Эльдар Мамедоглы