Обсадная труба представляет собой трубу большого диаметра , которую собирают и вставляют в недавно пробуренную часть скважины . Подобно костям позвоночника, защищающим спинной мозг, внутри пробуренной скважины устанавливается обсадная колонна для защиты и поддержки потока скважины. Нижняя часть (а иногда и вся) обычно удерживается на месте цементом . [1] Более глубокие колонны обычно не цементируются до поверхности, поэтому вес трубы приходится частично поддерживать подвеской обсадной колонны в устье скважины .
Зацементированная обсадная колонна облегчает процесс бурения несколькими способами: [2]
Оптимальное проектирование программы обсадных труб снижает затраты на строительство скважин, повышает эффективность работ, а также снижает воздействие на окружающую среду. [3]
Немного другая металлическая колонна, называемая эксплуатационной колонной , часто используется без цемента внутри последней обсадной колонны скважины для удержания добываемых жидкостей и транспортировки их на поверхность из подземного резервуара .
На этапах планирования скважины инженер-буровик , обычно при участии геологов и других специалистов, выбирает стратегическую глубину, на которой скважину необходимо будет обсадить, чтобы бурение достигло желаемой общей глубины. Это решение часто основывается на данных о недрах, таких как давление и прочность пласта , целостность скважины [4] и сбалансировано с целевыми затратами и желаемой стратегией бурения. [2]
После определения глубины установки обсадных труб необходимо определить размеры отверстий и обсадных труб. Отверстие, пробуренное для каждой обсадной колонны, должно быть достаточно большим, чтобы вместить в него размещаемую обсадную колонну, оставляя место для цемента между внешней стороной этой обсадной колонны и скважиной. Кроме того, последующие долота, которые будут продолжать бурение, очевидно, должны проходить через существующие обсадные колонны. Таким образом, каждая обсадная колонна будет иметь меньший диаметр. Внутренний диаметр последней обсадной колонны (или предпоследней в некоторых случаях заканчивания хвостовика) должен вмещать эксплуатационные НКТ и связанное с ними оборудование, такое как пакеры, газлифтные оправки и подземные предохранительные клапаны.
Проектирование обсадных труб для каждого размера проектируемых труб осуществляется путем расчета наихудших условий, с которыми можно столкнуться во время бурения и в течение срока эксплуатации скважины. Механические свойства, такие как прочность на растяжение в продольном направлении, устойчивость к разрыву и разрушению (рассчитанные с учетом двухосного воздействия осевых и окружных напряжений), должны быть достаточными на различных глубинах. Трубы разной прочности часто включают длинную обсадную колонну, которая обычно имеет наибольшее осевое растяжение и, возможно, самый высокий перепад внутреннего давления разрыва в верхних частях, а также наибольшие разрушающие нагрузки глубже в скважине от внешнего давления по сравнению с пониженным внутренним давлением.
Обсадные колонны поддерживаются подвесками для обсадных труб , установленными в устье скважины , на вершине которого впоследствии будет установлена рождественская елка . Нижние элементы устья скважины обычно устанавливаются поверх первой обсадной колонны после ее цементирования.
Обычно скважина содержит несколько интервалов обсадных труб, последовательно размещенных в пределах предыдущего спуска обсадных труб. [2] В нефтяных или газовых скважинах обычно используются следующие интервалы обсадных колонн :
Кондукторная колонна служит опорой во время буровых работ, обеспечивает обратный приток при бурении и цементировании обсадной колонны, а также предотвращает обрушение рыхлого грунта вблизи поверхности. Обычно его размеры могут варьироваться от 18 до 30 дюймов. [5]
Цель обсадной колонны – изолировать зоны пресной воды, чтобы они не загрязнялись во время бурения и заканчивания. Поверхностная обсадная колонна наиболее строго регулируется из-за экологических проблем, которые могут включать регулирование глубины обсадной колонны и качества цемента. Типичный размер поверхностного кожуха составляет 13⅜ дюймов. [5]
Промежуточная обсадная колонна может потребоваться при более длительных интервалах бурения, когда необходимый вес бурового раствора для предотвращения выбросов может вызвать гидростатическое давление , которое может привести к разрушению более мелких или более глубоких пластов. Размещение обсадной колонны выбирается таким образом, чтобы гидростатическое давление бурового раствора оставалось на уровне давления, находящегося между поровым давлением пласта и давлением гидроразрыва. [6] [5]
Чтобы снизить стоимость, можно использовать хвостовик, который проходит чуть выше башмака (забоя) предыдущего интервала обсадной колонны и свисает в скважине, а не на поверхности. Обычно он может составлять 7 дюймов, хотя многие хвостовики соответствуют диаметру эксплуатационной колонны [5] .
Лишь немногие скважины действительно производят добычу через обсадную колонну, поскольку добываемые жидкости могут разъедать сталь или образовывать отложения, такие как асфальтены или парафины , а больший диаметр может сделать поток нестабильным. Поэтому эксплуатационные НКТ устанавливаются внутри последней обсадной колонны, а кольцевое пространство НКТ обычно герметизируется в нижней части НКТ пакером . Трубки легче снимать для обслуживания, замены или для различных видов капитального ремонта. Он значительно легче обсадной колонны и не требует буровой установки для спуска и выхода из скважины; Для этой цели используются меньшие «сервисные установки».
Цементирование осуществляется путем циркуляции цементного раствора через внутреннюю часть обсадной колонны и наружу в затрубное пространство через башмак обсадной колонны в нижней части обсадной колонны . Для точного размещения цементного раствора с необходимым интервалом снаружи обсадной колонны за столбом цементного раствора закачивается пробка с вытесняющей жидкостью, которая «ударяется» в башмак обсадной колонны и препятствует дальнейшему протеканию жидкости через башмак. . Этот выступ можно увидеть на поверхности как скачок давления в цементном насосе. Чтобы предотвратить затекание цемента обратно внутрь обсадной колонны, поплавковая манжета над башмаком обсадной колонны действует как обратный клапан и предотвращает вытекание жидкости вверх через башмак из затрубного пространства.
Длительное, повторяющееся осевое и вращательное движение внутри обсадной колонны может привести к износу внутренней части обсадной колонны с вероятностью выбросов , производственных потерь и других опасных и дорогостоящих осложнений.
Износу корпуса способствуют следующие условия:
Ниже приведены рекомендации по профилактическим мерам по минимизации износа обсадной колонны: