б) полностью собранная на поверхности колонна труб опускается в скважину с помощью специальных приспособлений.

При использовании второго варианта спуск обсадных и эксплуа­тационных колонн в скважину можно осуществить только в случае применения труб из ПНП или труб из ПВП типа Л. При этом в под­готовительном цехе или на специальной площадке возле буровой ус­тановки из отрезков труб, имеющих длину 6 – 12 м, сваривают в горизонтальном положении плеть длиной, соответствующей глуби­не скважины. Перед спуском труб в скважину производят опрессовку сваренной полиэтиленовой колонны путем нагнетания воды или воздуха под давлением, равным допустимому внутреннему давлению для соответствующего типа труб с целью определения ее герметичности.

В процессе спуска в скважину собранной и испытанной на по­верхности полиэтиленовой колонны труб к ее нижнему концу под­соединяют утяжелитель, отстойник, фильтр, средства гидроизоляции и др. Для плавного изменения направления движения колонны из горизонтального положения в вертикальное на столе ротора уста­навливают различные направляющие устройства, чаще всего в виде дуги, на которую укладываются полиэтиленовые трубы. С помощью лебедки бурового станка добиваются плавного перехода колонны в вертикальное положение.

При применении этого метода спуска полиэтиленовых труб зна­чительно уменьшаются затраты времени на оборудование технологи­ческих скважин ПВ. При этом вследствие сокращения затрат времени на спуск колонны труб повышается надежность ее посадки на конечную глубину из-за меньшего осаждения шлама и релаксации стенок скважины.

Дополнительным преимуществом рассматриваемого способа об­садки является то, что трубы свариваются в колонну в стационар­ных условиях подготовительного цеха, где имеются возможности для поддержания оптимального режима сварки и надежного контроля качества шва. Кроме того, на прочность соединения оказывают меньшее влияние погодно-климатические факторы – уменьшается по­падание в получаемый в процессе сварки шов влаги, пыли, песка и др.

Из недостатков обсадки скважин с использованием заранее подготовленных колонн следует отметить значительное снижение гиб­кости труб при понижении температуры. Установлено, что необходи­мая гибкость труб сохраняется при температуре окружающей среды не ниже 5 – 10 °С. При более низких температурах имеют место об­рывы труб в месте перегиба на дуге.

В настоящее время в качестве направляющих приспособлений для спуска заранее подготовленной полиэтиленовой колонны труб чаще всего используются арки.

Такие арки имеют сущест­венный недостаток, связанный с невозможностью их примене­ния при широком изменении диаметров и жесткости поли­этиленовых труб. Кроме того, при монтажно-демонтажных работах и перевозке приспо­собления имеют место допол­нительные затраты времени, связанные с установкой арки. С целью повышения эффективности спуска труб в скважину за счет расширения диапазона изменения диаметров спускаемых труб и сокращения затрат времени и труба на его монтаж, демон­таж и перевозку предложено устройство, показанное на рис. 8. Устройство имеет арку, состоящую из звеньев 2 с направляющими роликами 3 в местах их соединения, где предусмотрены также винтовые съемные домкраты 4 для регулирования радиуса кривиз­ны арки. Концы съемных домкратов зафиксированы в опорном баш­маке 5.

Перед началом спуска полиэтиленовой колонны 6 устройство мон­тируется на устье скважины, а после окончания работ по ее спуску домкраты убирают, а арку укладывают вдоль стойки мачты 7 и за­крепляют с помощью крюка 8.

Основным достоинством предложенного устройства является то, что оно позволяет легко регулировать радиус кривизны арки с уче­том жесткости полиэтиленовых труб.

Отличительной особенностью полиэтиленовых, полипропиленовых и фанерных труб является их незначительная плотность, по величи­не меньшая плотности большинства ПЖ.

Рис. 8. Устройство для спуска полиэтиле­новых труб в скважину

Наиболее перспективным и экономически выгодным способом снижения плотности жидкости в скважине является химическое аэрирование ее, при котором ПЖ обрабатыва­ется специальными реагентами – пенообразователями и поверхно­стно-активными веществами (ПАВ). Обработанные растворы обладают также повышенными струк­турными свойствами и характеризуются незначительной фильтраци­ей. Однако применение аэрированных растворов в качестве ПЖ приводит к удорожанию работ, а во многих слу­чаях их применение является невозможным.

Другим направлением, обеспечивающим эффективный спуск полиэтиленовых обсадных и эксплуатационных колонн, является увели­чение массы самих колонн с помощью различных утяжелителей, а также использование заталкивающих устройств. Для спуска полиэтиленовых труб в основном применяются утяжели­тели, а заталкивающие устройства ввиду сложности технологии спус­ка труб практического применения не нашли.

Для спуска полиэтиленовых колонн применяют утяжелители стационарные и съемные (рис.9). В качестве стационарных утяжели­телей используются чугунные, металлические, железобетонные стерж­ни и ОТ с различными инертными наполнителями. Они присоединяются к нижней части полиэтиленовой колонны или рав­номерно распределяются по ее длине.

Рис. 9.  Утяжелители для спуска полимерных труб:

а – съемный утяжелитель в ви­де звеньев бурильных труб; б – стационарный утяжелитель; в – стационарный утяжелитель с равномерно распределенной массой по длине колонны:

1 – обсадная или эксплуатацион­ная колонна; 2 – бурильные трубы; 3 – манжета; 4 – фильтр;   5 – утяжелитель;   6 – секции утяжелителя

Применение стационарных утяжелителей, расположенных в ниж­ней части колонны, является наиболее простым способом спуска по­лиэтиленовых труб, однако их применение требует увеличения глу­бины бурения на длину утяжелителя, что с учетом стоимости самих утяжелителей приводит к снижению технико-экономических показа­телей сооружения технологических скважин. Кроме того, чугунные, металлические и железобетонные утяжелители при применении кис­лотных растворителей способствуют засорению продуктивных рас­творов.

Для съемных утяжелителей можно использовать чугунные, метал­лические и железобетонные стержни, устанавливаемые внутри поли­этиленовой колонны на специальных упорах, а также звенья БТ, опущенные внутрь колонны (см. рис. 9, а).

Съемные утяжелители в виде стержней, устанавливаемых внутри колонны, не нашли широкого применения из-за трудностей их извлечения после спуска полиэтиленовой колонны. Это вызвано значительными колеба­ниями толщины стенки, а следовательно и значительными колебания­ми величины внутреннего диаметра изготавливаемых полиэтилено­вых труб, а также вследствие наплывов полиэтилена, которые обра­зуются при термических методах соединения.

БТ диаметром 42 и 50 мм широко используются в качестве съемных утяжелителей. Они опускаются внутрь полиэти­леновой колонны и соединяются со специальным противоаварийным переходником, смонтированным в отстойнике. Очень часто указан­ные БТ используются для более точной установки фильтра в зоне рудного пласта, особенно в глубоких скважинах.

Для глубоких скважин в 500 – 600 м при спуске полиэтиленовых труб требуются утяжелители, имеющие значительную массу. Основным недостатком описанных ранее утя­желителей при оборудовании полиэтиленовыми колоннами глубоких скважин является то, что нагрузка от утяжелителя воспринимается нижним концом колонны, вследствие чего происходит концентрация значительных растягивающих напряжений в месте соединения утя­желителя с обсадной колонной, что приводит к обрыву ОТ.

С целью повышения надежности и экономической эффективности оборудования глубоких скважин полиэтиленовыми колоннами авто­рами предложена обсадная колонна, у которой масса утяжелителя равномерно распределена по ее длине (см. рис. 9, в). Предложен­ный утяжелитель может быть выполнен в виде набора трубчатых секции, каждая из которых является разрезной, состоящей из двух полуцилиндров, которые могут быть закреплены на колонне труб при помощи хомутов. Секции располагаются концентрично наруж­ной поверхности полиэтиленовых труб на расстоянии друг от друга, равном длине полуволны изогнутой колонны.

Сборку полиэтиленовой колонны и спуск ее в скважину осущест­вляют наращиванием труб по мере спуска колонны. Через интер­валы, равные длине полуволны изогнутой колонны, на трубе закреп­ляют секции утяжелителя, число которых определяют исходя из ве­личины общей массы утяжелителя.

Спуск металлопластовых, стеклопластиковых и других труб, имею­щих значительную жесткость, производится по общепринятой тех­нологии.

При спуске полимерных, металлопластовых и стеклопластиковых труб в скважину необходимо использовать специальные инструменты (ключи, хомуты и др.). С целью предотвращения повреждения по­верхности труб инструмент должен иметь предохранительные про­кладки, выполненные из резины или полиэтилена.

Значительную трудность представляет спуск фильтра с надфильтровым патрубком, выполненным из полиэтилена, стеклопластика, не­ржавеющей стали, при установке фильтра в скважине «впотай».

Для этой цели применяются специальные устройства, позволяю­щие быстро и надежно отсоединить фильтр после его установки (рис. 10). При применении таких устройств фильтр может опускать­ся на бурильных трубах или на канате. На рис. 10, а показано уст­ройство для отсоединения фильтра, опущенного в скважину на бу­рильных трубах. Устройство содержит корпус 1, в котором разме­щен подпружиненный шток, выполненный в нижней части с утолще­нием. В отверстиях корпуса против утолщенной части штока расположены кулачки 4, которые размещаются в окнах надфильтрового патрубка в процессе спуска фильтра.

Для отсоединения устройства от фильтра по бурильным трубам подают жидкость, под действием которой шток 2 смещается вниз и утолщенная его часть выходит из зоны расположения кулачков. За­тем путем вращения устройства на пол-оборота утапливают кулачки в корпус и прекращают подачу жидкости. Под действием усилия пружины шток движется вверх, а захваты 3 утолщенной части што­ка 2 удерживают кулачки и не позволяют им выйти за габариты кор­пуса. После этого производится подъем бурильных труб и отсоединителя.

Для сокращения затрат времени на спуск фильтра в скважину отсоединительное устройство и фильтр с надфильтровым патрубком могут опускаться в скважину на канате. Общий вид такого устрой­ства показан на рис. 10, б. В корпусе 1 устройства свободно разме­щен полый шток 2, удерживающий кулачки 3 от падения во время спуска фильтра. Через полый шток и захват 4, расположенный в верхней части, проходит канат 5, на котором на 2 – 5 м выше кор­пуса закреплен овершот.

Рис. 10. Отсоединители для уста­новки фильтров «впотай»: с – для спуска фильтров на буриль­ных трубах:

1 – корпус; 2 – подпру­жиненный шток; 3 – захват; 4 – ку­лачок; 5 – фильтр;

б – для спуска фильтра на канате: 1 – корпус; 2 – шток; 3 – кулачки; 4 – захват; 5 – канат; 6 – овершот;

7 – фильтр; 8 – пружина

Для отсоединения фильтра после его установки в скважине произ­водят опускание каната до тех пор, пока овершот не войдет в за­цепление с захватом штока. Затем поднимают канат, а вместе с ним и захваченный овершотом полый шток. При выходе штока из корпуса устройства кулачки утапливаются в корпус и с помощью пру­жин освобождаются от фильтра. В дальнейшем с помощью каната устройство поднимают из скважины.

6. Цементирование и гидроизоляция геотехнологических скважин

6.1. Назначение цементирования и гидроизоляции

Цементирование и гидроизоляция геотехнологических скважин яв­ляются важнейшими факторами эффективности и качества работ, связанных с добычей твердых ПИ. Они осуществ­ляются с целью решения основных задач:

1)    предотвращения растекаемости рабочих и продуктивных рас­творов из отрабатываемых продуктивных пластов через затрубное пространство скважин в выше- и нижележащие водоносные гори­зонты;

2)    разобщения пространства между эксплуатационной и обсадной колоннами. Применяется в основном тогда, когда обсадная колонна выполнена из коррозирующего материала, а рабочие и продуктив­ные растворы обладают высокой агрессивностью;

3)    защиты эксплуатационной колонны от сминающих усилий, вызванных горным давлением слабоустойчивых пород, вскрытых в процессе бурения скважин. Такая защита особенно необходима, ког­да скважиной вскрываются мощные пласты несцементированных, неустойчивых пород, и в качестве обсадных колонн применяются неметаллические трубы;

4)    предотвращения утечек рабочих растворов через соединения(чаще всего резьбовые) эксплуатационных колонн, особенно при высоконапорном режиме нагнетания;

5)    удержания и изоляции обсадных и эксплуатационных колонн в скважине, когда ствол скважины в призабойной зоне представлен камерой (полостью) значительных размеров. Это необходимо учи­тывать при бесфильтровых скважин ПВ. Расширение призабойной зоны скважин с целью повышения их производительности также широко практику­ется при сооружении технологических скважин ПВ металлов;

6)    локализации рудных тел и отдельных залежей для предотвра­щения растекаемости выщелачивающих и продуктивных растворов в отдельных блоках при подземном выщелачивании металлов путем закачки в специально оборудованные трещины гидроразрыва цементных и других растворов;

7)    упрочнения стенок скважин при сооружении эксплуатационных скважин ПВ в раздробленных породах и в подготовительных скаль­ных блоках;

8)    создания искусственных целиков для предупреждения размыва породы в зоне башмака обсадной колонны. Это мероприятие находит применение при оборудовании эксплуатационных скважин при под­ земном  растворении солей.

6.2. Способы цементирования геотехнологических скважин

Процесс цементирования скважин ПВ, оборудованных неметал­лическими обсадными и эксплуатационными колоннами, является сложным и трудоемким.

Широкое применение нашли способы цементирования через заливочные трубки, по кото­рым и подается цементный раствор. В зависимости от размещения заливочных трубок различают два варианта доставки тампонажных материалов в затрубное пространство скважины. При первом варианте цементирования заливочные трубки опускают в затрубное пространство цементируемой колонны, а при втором – внутрь обсад­ной или эксплуатационной колонны.

Вариант доставки тампонажных материалов при размещении за­ливочных трубок в затрубном пространстве колонны показан на рис. 11.

Рис. 11. Схемы цементирования скважин с применением заливочных трубок: а, б – путем спуска заливочных трубок в затрубное пространство обсадной колонны; в, г – путем спуска заливочных трубок в полость обсадной колонны:

 1 – ствол скважины; 2 – об­садная (эксплуатационная) колонна; 3 – заливочные трубки; 4 – разобщающая манжета; 5 – пакер;    6 – обратный клапан;  7 – цементирующее устройство; 8 – диафрагма; 9 – центратор

Нижний конец заливочных трубок опускают выше башмака ко­лонны или разобщающей манжеты на 0,5 – 2 м и по ним в затрубное пространство закачивают цементный, раствор в требуемом объеме. В качестве заливочных трубок могут применяться бурильные трубы ниппельного соединения, насосно-компрессорные трубы или полиэти­леновые шланги.

В связи с трудностью спуска в скважину полиэтиленовых шлан­гов предусматривается их крепление к обсадным или эксплуатаци­онным трубам и одновременный спуск.

При цементировании обсадных колонн из полимерных материалов с целью предупреждения смятия предусматривается полное запол­нение их внутренней полости глинистым раствором (рис. 11 а). При­чем по мере заполнения затрубного пространства тампонажным рас­твором заливочные трубки приподнимают. Для предупреждения пе­ретекания цементного раствора в полость обсадной колонны ее баш­мак оборудуется диафрагмой, изготовленной из чугуна, стекла и дру­гих материалов, либо предусматривается заливка полости обсадной колонны глинистым раствором с плотностью, близкой к плотности цементного раствора.

При цементировании колонн, оборудованных в нижней части фильтром, предусматривается постановка  разобщающей  манжеты, закрепленной на колонне выше фильтра (рис. 11, б). Она предот­вращает поступление тампонажных растворов в прифильтровую зо­ну скважины.

Манжета выполняется из эластичного материала, в основном из кислотостойкой резины и имеет форму усеченного конуса, широкая часть которого больше диаметра скважины на 20 – 50 мм. Для луч­шей герметизации прифильтровой зоны скважины посадку манжеты обычно производят на уступ, образованный при переходе ствола скважины на уменьшенный диаметр.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11