Применение оборудования для крепления скважин экспандируемыми трубами

С.И. Васильев, к.т.н., профессор, Е.Е. Милосердов, старший преподаватель, И.А. Милосердова, аспирант ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет», г. Красноярск

Некачественное разобщение пластов, пересекаемых в процессе бурения нефтяных и газовых скважин, приводит к перемещению флюидов из пластов с большим давлением в пласты с меньшим давлением. Углеводороды, смешанные с водой, в этом случае могут быть потеряны для добычи.

Традиционная технология изоляции пластов промежуточными и эксплуатационными обсадными колоннами с закачкой цементного раствора в затрубное пространство имеет большие недостатки. На ряде площадей Восточной Сибири со сложными геолого-техническими условиями данная технология исчерпывает свои возможности. Перекрывать, к примеру, пласты мощностью от 10 до 100 м с катастрофическим поглощением, промежуточной обсадной колонной длиной от 500 до 4000 м в современных условиях недопустимо. Это приводит, во-первых, к большим экономическим потерям, во-вторых, к технологическим проблемам, связанным с уменьшением полезного сечения скважины [1].

В отечественной и зарубежной практике бурения на нефть и газ ведутся интенсивные поиски способов и средств решения указанных проблем. В частности, запатентованы и проверялись практикой различные устройства для перекрытия зон поглощения бурового раствора и возможного обрушения пород в скважине с помощью расширяемых оболочек из эластичных материалов (сеток из нейлона и капрона, прорезиненной ткани), металлических листов, свернутых в рулон, гофрированных дюралюминиевых труб и т.д. с их цементированием.

Рис. 1 Последовательность операций при креплении зоны осложнения перекрывателем ОЛКС-216 в скважинах диаметром 215,9 мм: а – расширение ствола скважины; б – выправленный перекрыватель; в – развальцовывание; г – продолжение углубления скважины долотом диаметром 215,9 мм

Однако широкого распространения упомянутые способы не нашли из-за ограниченной длины возможного перекрытия интервалов скважин с зонами поглощения, а также случаев нарушения изоляции пластов в процессе разбуривания цементных мостов и в процессе бурения скважин.

Специалисты научно-исследовательских, проектных и производственных предприятий ОАО «Татнефть» разработали принципиально новое решение проблемы разобщения пластов путем локального крепления стенок скважин экспандируемыми (расширяемыми в поперечном сечении) секциями обсадных колонн без применения цемента и с сохранением полезного сечения скважины. Экспандируемые трубы устанавливаются в предварительно увеличенном в диаметре интервале скважины с помощью раздвижного расширителя, что позволяет продолжать бурение долотами того же диаметра. Для крепления зон осложнений этим перекрывателем проводят четыре операции:

– спуск на бурильных трубах раздвижного расширителя, расширение с его помощью скважины в интервале осложнения и последующий подъем расширителя;

– спуск на бурильных трубах обсадной трубы, профилированной по всей длине, ее выпрямление с помощью давления промывочной жидкости до требуемых размеров (до прижатия к стенкам скважины);

– спуск развальцевателя, калибрование им профилированной трубы и его подъем;

– спуск долота и продолжение углубления скважины.

На рисунке приведена схема последовательности выполнения приведенных выше операций при локальном креплении зоны осложнения перекрывателем ОЛКС-216, конструкция которого разработана специалистами ОАО «Татнефть».

Приведенный метод локального крепления без цементирования и без уменьшения диаметра скважины, по свидетельству его авторов, позволяет изменить конструкцию скважины в любой момент ее строительства, не изменяя при этом проектного диаметра эксплуатационной колонны. Метод прошел широкую апробацию при бурении, а также при ремонте вертикальных, наклонно-направленных и горизонтальных скважин (в т.ч. и боковых стволов из них) в ряде регионов страны и за рубежом. В данное время в восточных регионах страны пробурено более тысячи скважин с локальным перекрытием изолируемых пластов.

Сэкономлены многие тысячи тонн обсадных труб, и цемента, сокращены сроки строительства скважин в большинстве случаев на 30–40 %. Из опубликованных источников видно, что наибольший экономический эффект при использовании метода достигается при бурении и креплении скважин, имеющих в разрезе большие интервалы устойчивых и непроницаемых горных пород.

Проблема качественного разобщения пластов является ключевой в современном бурении. Мы считаем, что локальное крепление стенок скважины экспандируемыми трубами – наиболее перспективный метод борьбы с такими осложнениями, как поглощение бурового раствора и обводнение ствола скважины. Подтверждением этому стали успешные операции по перекрытию зон осложнения на двух площадях Красноярского края [2].

В оборудовании для локального крепления скважин для нас представляют интерес конструкции раздвижного расширителя и развальцевателя, от безотказного функционирования которых зависит оперативность процесса крепления скважин в заданных интервалах. На основе результатов патентного поиска, анализа выявленных достоинств и недостатков имеющихся технических решений, нами разрабатываются варианты модернизации этих конструкций с целью повышения их эффективности и надежности. При этом поставлены задачи:

– компьютерной графической разработки и расчетной проверки принципиальных схем механизмов, работающих с использованием механической и гидравлической энергии в совокупности;

– оценки возможности совмещения функций расширителя и развальцевателя в одном механизме;

– оценки технологичности изготовления, эксплуатации и ремонта механизмов.