Оборудование ствола скважины, законченной бурением

 

В пробуренных эксплуатационных скважинах оборудуют как забойную (в зоне продуктивного пласта), так и устьевую часть. При всех способах эксплуатации скважин подъем жидкости и газа на поверхность происходит по специальным насосно-компрессорным трубам - НКТ, спускаемым в скважины перед началом их эксплуатации.

Устье скважины оснащают колонной головкой (колонная обвязка). Колонная головка предназначена для разобщения межколонных пространств и контроля за давлением в них. Ее устанавливают на резьбе или посредством сварки на кондукторе. Промежуточные и эксплуатационные колонны подвешивают на клиньях или муфте.

Конструкция колонной обвязки предусматривает возможность:

восстановления герметичности межколонных пространств подачей в межпакерную полость консистентного смазочного материала;

опрессовки фланцевых соединений;

контроля и разведки давления среды в межколонных пространствах;

проведение цементирования скважины.

Иногда колонная головка может иметь сальник, чтобы эксплуатационная колонна могла перемещаться в вертикальном направлении (например, при закачке теплоносителя).

Основные параметры колонных обвязок: число обвязываемых колонн; их диаметры; давления, на которые рассчитаны корпуса колонных обвязок, в умеренном и холодном макроклиматических районах; исполнение коррозионно-стойкое К2, К2И, КЗ для скважин, продукция которых содержит (по объему) сероводород и углекислый газ соответственно до 6% без ингибирования рабочей среды и с ингибированием до 25%.

Для обозначения колонных обвязок принята система шифрования. Полный шифр оборудования обвязки обсадных колонн условно представляется в виде ОККХ - X1 - X2X3X4X5, где ОК - оборудование обвязки колонн; 2 - подвеска клиньевая; Х - число колонн, подвешиваемых на клиньях; X1 - рабочее давление; X2 диаметр эксплуатационной колонны; X3 - диаметр первой промежуточной колонны; X4 - диаметр направления; X5 - исполнение по коррозионной стойкости.

Например, оборудование обвязки колонн с клиньевой подвеской двух колонн, диаметром эксплуатационной колонны 168 мм, диаметром эксплуатационной колонны направления 324 мм для сред, содержащих Н₂ и СО₂ до 6%, обозначается ОКК2-350-168 x 245х324К2.

Трехкорпусная колонная обвязка (рис. 1) состоит из однофланцевой колонной головки 1 и двухфланцевых колонных головок 2 и 4. Колонные головки включают корпуса 9, 13, 16, клиньевые подвески 8, 12 и 15, пакеры, состоящие из опорных (нижних) и нажимных 6 (верхних) колец и упругих уплотнителей 5. На боковых отводах корпусов колонных головок устанавливают манифольды контроля давления, состоящие из запорных устройств 10, 14, 17, манометров II соответствующего класса, фланцевых или резьбовых заглушек 3.

Промышленностью выпускается также колонные головки типа ОКБ, конструкция которых принципиально отличается тем, что она позволяет в одном корпусе обвязать три обсадных колонны.

 

Рис. 1. Трехкорпнусная колонная обвязка ОК

 

 

Трубы

Трубы при добыче применяются для крепления стволов скважин и для образования каналов внутри скважин, подвески оборудования в скважине, прокладки трубопроводов по территории промысла.

Основные группы труб: 1 - насосно-компрессорные (НКТ); 2 ‑ обсадные; 3 - бурильные; 4 - для нефтепромысловых коммуникаций.

 

Насосно-компрессорные трубы

 

При всех способах эксплуатации скважин подъем жидкости и газа на поверхность происходит обычно по НКТ, которые применительно к способам эксплуатации еще называют фонтанными, компрессорными, насосными, подъемными или лифтовыми.

Насосно-компрессорные трубы используются также для различных технологических процессов (например, для солянокислых обработок пластов, разбуривания цементных пробок и т.д.).

Ограничением при выборе диаметра проходных отверстий скважинного трубопровода служит скорость потока рабочей среды. Для нефтяных скважин она не должна превышать 10 м/с, а для газовых - 24 м/с. Это связано с резко увеличивающимся эрозионным износом трубопровода и устьевого оборудования, Иногда увеличивают диаметр трубопровода с целью обеспечения эрозионной и коррозионной стойкости.

В табл. 1 представлены основные размеры НКТ, предусмотренные существующим стандартами.

Таблица 1

 

Условный диаметр трубы, мм
Толщина стенки, мм		3,5	3,5	4,0	5,0	6,5¸7,0	8,0	6,5	7,0

 

Отечественная промышленность выпускает НКТ диаметром 60, 73, 89, 114 мм и муфты к ним из стали группы прочности Д, К и Е. Механические свойства которых приведены в табл. 2.

Таблица 2

 

Показатели	Группа прочности стали
Д	К	Е
Временное сопротивление sВ, МПа
Предел текучести sТ, МПа	не менее
не более		-
Относительное удлинение e, %, не менее	14,3	12,0	13,0

 

Конструкции изготавливаемых НКТ следующие:

муфтовые, гладкие с конической резьбой треугольного профиля по ГОСТ 633-80 (рис. 2, а);

муфтовые гладкие высокогерметичные с конической резьбой трапецеидального профиля - тип НКМ по ГОСТ 63-80 (рис. 2, б);

муфтовые, гладкие с конической резьбой треугольного профиля с повышенной пластичностью и хладостойкостью то ТУ 14-3-1534-87 (рис. 2, в);

муфтовые, гладкие с конической резьбой треугольного профиля с узлом уплотнения из полимерного материала по ТУ 14-3-1534-87 (рис. 2, г);

В соединении труб с треугольной резьбой (рис. 2, а) применяется резьба конусностью 1:16 с углом профиля 60°. Прочность соединения до 70% от прочности тела трубы. Соединение недостаточно герметично из-за несовершенства конструкции. Расчетные величины предельных давлений составляют 2/3 практических.

Трубы типа НКМ (рис. 2, б) характеризуются равнопрочностью резьбового соединения с телом трубы и высокой герметичностью. Герметичность обеспечивается коническим и торцевым уплотнением типа «металл-металл». Увеличенный шаг резьбы позволяет ускорить сборку соединения в 2,5 раза по сравнению с треугольной резьбой.

 

Рис. 2. Трубы насосно‑компрессорные муфтовые гладкие:

а – с конической резьбой треугольного профиля; б – с конической резьбой трапециидального профиля; в – с конической резьбой треугольного профиля с повышенной пластичностью и хладостойкостью; г – с конической резьбой треугольного профиля с узлом уплотнения из полимерного материала

 

Эксплуатационная долговечность НКТ гладких труб с резьбой треугольного профиля с повышенной пластичностью и хладостойкостью на 40% выше, чем по ГОСТ 633-80.

НКТ гладкие с резьбой треугольного профиля с узлом уплотнения из полимерного материала отличаются высокой герметичностью и меньшим коррозионным износом резьбы. Эксплуатационные характеристики труб аналогичны по ГОСТ 633-80.

Длина насосно-компрессорных труб 5,5 ¸ 10,5 м. На толщину стенки установлен минусовой допуск в 12,5% от толщины. Внутренний диаметр НКТ проверяется шаблоном. Шаблоны НКТ (размеры в мм):

наружный диаметр трубы 48,3 ¸ 73,0 88,9 ¸ 114,3;

разность диаметра шаблона и

внутреннего диаметра трубы 2,4 3,2;

длина шаблона 1067.

Насосно-компрессорные трубы заводом-изготовителем маркируются по ГОСТ 633-80 клеймением и краской.

Например, Синарский трубный завод. На каждой трубе на расстоянии 0,4¸0,6 м от ее конца, снабженного муфтой, должна быть четкая маркировка (ударный способ, накатка): условный диаметр трубы, мм; номер трубы; группа прочности; толщина стенки трубы, мм (без запятой); товарный знак завода; месяц изготовления; год изготовления. На муфте клеймением наносится товарный знак завода и группа прочности.

НКТ могут быть изготовлены из алюминиевого сплава марки Д 16. Такие трубы можно спускать глубже стальных, они более коррозионностойкие в сероводородосодержащих средах.

Эффективно применение фиберглассовых труб, а также безрезьбовых НКТ длиной по 6000 м на барабанах.

Для защиты НКТ от парафина и коррозии и снижения гидросопротивления на 20¸30% применяются защитные покрытия (стекло, стеклоэмали, лакокрасочные материалы и др.).

Расчет НКТ на прочность определяют по параметрам:

нагрузке, вызывающей страгивание резьбового соединения;

эквивалентному напряжению, возникающему в опасном сечении трубы с учетом давления среды и осевой нагрузки;

циклической переменной нагрузке;

усилиям, вызывающим продольный изгиб трубы.

 

Трубы обсадные

 

Обсадные трубы служат для крепления ствола скважины. По ГОСТ 632-80 отечественные обсадные трубы выпускаются следующих диаметров и толщины:

 

Таблица 3

 

Æ, мм
s, мм	5,2-10,2	5,6-10,2	6,2-10,5	6,5-9,5	7,3-12,2	5,9-15,0	5,2-10,2	7,6-15,1	7,9-15,9
7,1-16,5	8,5-14,8	8,5-14,0	8,4-15,4	9,0-12,0	9,0-12,0	9,5-16,7	10,0-12,0	11,1	11,1-16,1

 

Группа прочности стали Д, К, Е, Л, М, Т. Трубы маркируются клеймением и краской. При спуске в скважину обсадные трубы шаблонируют.

Обсадные трубы могут применяться вместо НКТ, например, при отборе 5000¸7000 м³/сут. воды из скважин большого диаметра. Иногда для этого используют бурильные трубы.

 

Бурильные трубы

 

Бурильные трубы приспособлены к длительному свинчиванию‑развинчиванию. Промышленность выпускает бурильные трубы длиной 6±0,6; 8±0,6; 11,5±0,9 м, наружным диаметром 60, 73, 89, 102мм. Трубы диаметром 114, 127, 140 и 168 мм выпускают длиной 11,5±0,9 м.

Бурильные трубы изготавливаются из такой же стали, как и обсадные. Для уменьшения веса бурильной колонны применяют алюминиевые бурильные трубы (АБТ), изготавливаемые из сплава Д 16. Применяются колонны труб с наружным диаметром 2 7/8” для бурения забойными двигателями.