Техника и технология бесцементного крепления боковых стволов

Одним из направлений восстановления фонда скважин является бурение бокового ствола (БС) или бокового горизонтального ствола (БГС). Впервые в ОАО «Татнефть» применение профильных труб при креплении БГС было осуществлено в 1993 г. На скважинах 14076, 23535 в БГС, пробуренные по технологии короткого радиуса компании «Истман Кристенсен», были установлены фильтры-хвостовики без цементирования с закреплением их к эксплуатационной колонне с помощью профильного перекрывателя (см. рис. 1) [1].

ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ БЕСЦЕМЕНТНОГО КРЕПЛЕНИЯ

БОКОВЫХ СТВОЛОВ

Ф.Ф. АХМАДИШИН К.В. МЕЛИНГ А.Л. НАСЫРОВ Р.Я. ХАБИБУЛЛИН

зав. отделом бурения «ТатНИПИнефть»

зав. сектором восстановления крепи скважин «ТатНИПИнефть»

научный сотрудник «ТатНИПИнефть»

младший научный сотрудник «ТатНИПИнефть»

г. Бугульма

Крепление боковых стволов является сложной задачей из-за малых кольцевых зазоров между стенкой скважины и хвостовиком. Например, в скважине, пробуренной долотом диаметром 124 мм, кольцевой зазор за хвостовиком, составленным из обсадных труб диаметром 102 мм, составит напротив тела трубы 11 мм, а напротив муфт - 7 мм.

Из-за малых кольцевых зазоров возникают следующие проблемы:

1. Повышенные гидравлические сопротивления при цементировании.

2. Цементное кольцо малой толщины неспособно обеспечить надежное и долговременное разобщение пластов.

Для решения вышеназванных проблем в институте «ТатНИПИнефть» разработана «Техника и технология бесцементного крепления боковых стволов с применением профильных перекрывателей» [1]..

При разработке технологии крепления стволов скважин, пробуренных долотами диаметром 124 и 144 мм с помощью профильных перекрывателей, необходимо было решить следующие задачи:

• сборки и спуска в скважину перекрывателей длиной до 400 м и более;

• осуществления промывки забоя скважины через перекрыватель;

• крепления и изоляции пластов без применения тампонажных растворов;

• получения максимального проходного сечения скважины;

• минимального повреждения продуктивного пласта.

Задача сборки перекрывателя длиной до 400 м решена за счет разработки специального резьбового соединения [2, 3] для перекрывателя, показанного на рис.2.

Разработка резьбовых соединений [2,3] велась для перекрывателя П-144У предназначенного для крепления БС диаметром 144 мм, проведены многократные стендовые испытания с целью отработки конструктивных элементов резьбовых соединений, выдерживающих внутренние и внешние перепады давления после их развальцовки, возникаю-щех в скважинах.

При проведении стендовых испытаний герметизация резьбовых соединений производилась различными герметизирующими средствами: силиконовым автогерметиком, аэробными герметиками

Рис. 1 - Подвеска хвостовиков-фильтров в БГС с применением профильных труб 1 - эксплуатационная колонна, 2 - профильный перекрыватель, 3 - хвостовик-фильтр

и уплотнительными элементами из резины. Соединения, свинченные с данными гермети-ками, вначале испытывались на внутреннее давление, а после их развальцовки на внутреннее и внешнее давления. Положительные результаты были получены только при применении герметизирующих средств, показанных в таблице.

Задача промывки забоя скважины через перекрыватель решена путем разработки специальной конструкции низа перекрывателя, оборудованного промывочным башмаком-клапаном, показанного на рис. 3.

По результатам стендовых испытаний натурных образцов башмаков-клапанов [4] была разработана и доведена до работоспособного состояния их конструкция для перекрывателей П-124У и П-144У, показанных на рис. 3, позволяющих в открытом положении осуществлять промывку скважины через перекрыватель и выдерживающих давление 18 МПа в закрытом положении.

Крепление ствола скважины производится непосредственно колонной профильных труб, расширенных в диаметре в результате создания в них внутреннего давления и последующей развальцовки, а изоляция пластов осуществляется за счет уплотнительных элементов (пакеров), которые перекрывают зазоры между стенками скважины и профильными трубами.

Технология крепления боковых стволов скважин, пробуренных долотами диаметром 124 и 144 мм с помощью профильных пере-крывателей [1], проиллюстрирована на рис. 4 и включает следующие операции:

• калибровку обсадной колонны в интервале соединения ее с перекрывателем при помощи расширителей типа РРУ-116/132 и РРУ-134/152 конструкции ТатНИПИнефти;

• калибровку открытого ствола при помощи стандартных долот и калибраторов;

• сборку и спуск в боковой ствол перекрыва-теля;

• очистку забоя скважины за счет осуществления его промывки;

• закрытие башмака-клапана созданием на него нагрузки о забой;

• установку перекрывателя путем выправления его внутренним давлением;

• развальцовку подвески перекрывателя и колонны профильных труб.

ЭКСПОЗИЦИЯ 2/Н (59) апрель 2008 г.

БУРЕНИЕ 17

Герметизирующие Внутреннее давление, МПа Внешнее

средства До развальцовки После развальцовки давление, МПа

Битумная смесь ПКА-1 + Трибопласт-9 17,7 14 18 12 8

ФУМ+Трибопласт-9 16 11-13 8

Уплотнительные элемен- 18 18-20 11-13

ты из резины + РУС-1

ТАбл.1 Результаты испытаний герметизирующих средств для резьбовых соединений перекрывателя П-144У

Для осуществления разработанной технологии крепления боковых стволов диаметрами 124 и 144 мм разработаны конструкции пере-крывателей двух типоразмеров П-124У и П-144У Перекрыватель состоит из двух частей: подвески, предназначенной для соединения и герметизации ее с эксплуатационной колонной, и колонны профильных труб (КПТ), предназначенной для крепления открытого ствола скважины и разобщения пластов. Для герметизации подвески с эксплуатационной колонной предусмотрены пакера. Профильные трубы соединяются между собой при помощи специальной резьбы (см. рис. 2). Для разобщения пластов КПТ снабжена пакерами.

Развальцовка выправленных внутренним давлением перекрывателей осуществляется в два этапа: развальцовка подвески и развальцовка колонны профильных труб. Для развальцовки подвески и КПТ разработана конструкция роликового развальцевателя [5], показанная на рис. 5 . Конструкция роликового развальцевателя позволяет устанавливать ролики разного диаметра и получать в зависимости от этого разные диаметры самого раз-вальцевателя. Кроме того, отличием от ранее разработанных конструкций роликовых раз-вальцевателей [6] является то, что в данной конструкции предусмотрена замена роликов и осей в случае их износа, а также принудительная смазка вращающихся деталей.

Согласно данной конструкции, разработано и изготовлено пять типоразмеров роликовых развальцевателей со сменными комплектами роликов и осей: РР-90/100М2; РР-100/110М2; РР-110/120М2; РР-120/130М2; РР-130/140М2. [5], комбинации которых позволят их применять для развальцовки различных перекрывателей:

• РР-90/100М2, РР-100/110М2 - для развальцовки перекрывателя П-124У;

• РР-110/120М2, РР-120/130М2 - для развальцовки перекрывателя П-144У;

• РР-100/110М2, РР-110/120М2 - для развальцовки подвески перекрывателя П-124У в колонне диаметром 146 мм;

• РР-120/130М2, РР-130/140М2 - для развальцовки подвески перекрывателя П-144У в колонне диаметром 168 мм.

Для улучшения процесса развальцовки резьбовых соединений форма роликов раз-вальцевателя (см. рис. 5) подобрана таким образом, чтобы длина калибровочной части была увеличена, а длина рабочей конической поверхности уменьшена, за счет чего уменьшается степень раздачи модели. За счет уменьшения степени раздачи моделей облегчился процесс их развальцовки (снизилась осевая нагрузка и момент кручения при раздаче модели).

Для получения ровной внутренней цилиндрической поверхности соединений при раздаче профильных перекрывателей в институте «ТатНИПИнефть» разработана конструкция роликового калибратора [7], представленного на рис. 6. Конструкция роликового разваль-цевателя позволяет устанавливать сменные ролики и вкладыши одинакового размера и получать в зависимости от диаметра корпуса различные диаметры калибратора. Кроме того, с увеличением диаметра корпуса калибратора появляется возможность установки большего количества роликов и вкладышей.

Согласно данной конструкции, разработаны и изготовлены четыре типоразмера роликовых калибраторов:

• КР-110 - для калибровки резьбовых соединений и пакеров перекрывателя П-124У;

• КР-122 - для калибровки подвески перекрывателя П-124У закрепляемой в колонне обсадных труб диаметром 146 мм;

• КР-130 - для калибровки резьбовых соединений и пакеров перекрывателя П-144У

• КР-142 - для калибровки подвески перекрывателя П-144У закрепляемой в колонне обсадных труб диаметром 168 мм.

Применение калибраторов КР-110, КР-122, КР-130 и КР-142 [7] предусматривается соответственно в компоновке с роликовыми развальцевателями РР-90/110М2, РР-100/122М2, РР-110/130М2 и РР- 117/142М2 [5].

Стендовые испытания калибратора КР-130 и развальцевателей РР-110/120М2, РР-120/130М2, компоновка которых показана на рис. 7, проводились на моделях резьбовых соединений в здании испытательного стенда института «ТатНИПнефть» с помощью бурового станка ЛБУ-50.

Скорость развальцовки модели данной компоновкой составила 8 м/час. В результате этих испытаний получены гладкие без износа поверхности внутри соединений, показанные на рис. 8.

Стендовые испытания разработанного оборудования для бесцементного крепления бокового ствола показали:

1. Резьбовые соединения колонны профильных труб после их раздачи развальцевате-лями герметичны и выдерживают давления: внутреннее 18 МПа, внешнее 12 МПа, которые удовлетворяют и превышают давления, возникающие в процессе работы скважин для условий месторождений Татарстана. Внутренние поверхности резьбовых соединений после раздачи не изнашиваются и остаются ровными и гладкими.

2. Роликовые развальцеватели и калибраторы надежны и работоспособны и имеют высокую прочность на кручение. Средняя скорость вальцевания моделей резьбовых соединений составила 8 м/ч. Износ роликов секций развальцевателей незначительный.

3. Усовершенствованные башмаки-клапаны надежно фиксируются в закрытом положении и выдерживают давление 18 МПа.

Рис.4 Технология бесцементного крепления БС профильным перекрывателем

Рис. 5 Роликовый развальцеватель

Рис. 7 Компоновка секций развальцевателя РР- 110/120М2, РР-120/130М2 и калибратора КР-130 для перекрывателя П-144У

ТАКИМ ОБРАЗОМ:

Результаты испытаний разработанной в ТатНИПИнефть техники и технологии крепления боковых стволов профильными перекры-вателями показывают, что данное направление перспективно, так как позволяет на принципиально новой основе осуществлять крепление боковых стволов и возвращать в эксплуатационный фонд старые скважины.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Ф.Ф. Ахмадишин, К.В. Мелинг, А.Л. Насыров, Р.Я. Хабибуллин. Разработка техники и технологии крепления боковых стволов профильными перекрывателями. Труды «ТатНИПИнефть», 2006 - 571 с.

2. Пат. на полезную модель 56932 РФ, МПК Е 21 В 29/10. Соединение профильных труб перекрывателей скважин [Текст] / К.В. Мелинг Ф.Ф. Ахмадишин, А.Л. Насыров [и др.]; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Татнефть» им. В.Д. Шашина. -№ 2006113512/22; заявл. 20.04.06 ; опубл. 27.09.06, Бюл. № 27. - 2 с.

3. Пат. на полезную модель 62421 РФ, МПК Е 21 В 29/10. Соединение профильных труб перекрыва-телей скважин [Текст] / К.В. Мелинг, С.Л. Багнюк,

A.С. Ягафаров [и др.]; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Татнефть» им. В.Д.Шашина. - № 2006142267/22; за-явл. 29.11.06; опубл. 10.04.07, Бюл. № 10. - 2 с.

4. Пат. на полезную модель 52904 РФ, МПК Е 21 В 29/10. Башмак для установки профильного перекрывателя в скважине [Текст] / К.В. Мелинг Ф.Ф. Ахмадишин, А.Л. Насыров [и др.]; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Татнефть» им. В.Д. Шашина. -№ 2005138219/22; заявл. 08.12.05 ; опубл. 27.04.06, Бюл. № 12. - 2 с.

5. Пат. 2191883 РФ, МКИ4 Е 21 В 29/10. Устройство для развальцовки труб [Текст] / Ш.Ф. Тахаутдинов, И.Г. Юсупов, Г.С. Абдрахманов [и др.]; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Татнефть» им. В.Д. Шашина. - № 2000112477/03; заявл. 18.05.00 ; опубл. 27.10.02, Бюл. № 30. - 4 с.

6. Пат. 2144128 РФ, МКИ4 Е 21 В 29/10. Устройство для развальцовки труб [Текст] / Ш.Ф.Тахаутдинов, И.Г Юсупов, Г.С. Абдрахманов [и др.]; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Татнефть» им. В.Д. Шашина. - № 98111043; заявл. 09.06.98; опубл. 10.01.0, Бюл. № 1. - 5 с.

7. Пат. на полезную модель 55845 РФ, МПК Е 21 В 17/10. Центратор - калибратор [Текст]/К.В. Мелинг, Ф.Ф. Ахмадишин, А.Л. Насыров [и др.]; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Татнефть» им.

B.Д. Шашина. - № 2006108805/22; заявл. 20.03.06; опубл. 27.08.06, Бюл. № 24. - 2 с.

Рис. 8 Внутренняя поверхность модели после развальцовки секциями развальцевателя РР- 110/120М2, РР-120/130М2 и калибратора КР-130