Обсадная труба — это труба большого диаметра , которая собирается и вставляется в недавно пробуренную секцию скважины . Подобно костям позвоночника, защищающим спинной мозг, обсадная труба устанавливается внутри пробуренной скважины для защиты и поддержки потока скважины. Нижняя часть (а иногда и вся) обычно удерживается на месте цементом . [ 1] Более глубокие колонны обычно не цементируются полностью до поверхности, поэтому вес трубы должен частично поддерживаться подвеской обсадной трубы в устье скважины .
Зацементированная обсадная колонна способствует процессу бурения несколькими способами: [2]
Оптимальная конструкция программы обсадки снижает затраты на строительство скважин, повышает эффективность работ, а также уменьшает воздействие на окружающую среду. [3]
Немного иная металлическая колонна, называемая эксплуатационной насосно-компрессорной трубой , часто используется без цемента внутри конечной обсадной колонны скважины для удержания эксплуатационных жидкостей и транспортировки их на поверхность из подземного резервуара .
На этапах планирования скважины инженер по бурению , обычно с участием геологов и других специалистов, выбирает стратегические глубины, на которых скважина должна быть обсажена, чтобы бурение достигло желаемой общей глубины. Это решение часто основывается на данных о недрах, таких как пластовое давление и прочность, целостность скважины , [4] и сбалансировано с учетом целей по стоимости и желаемой стратегии бурения. [2]
После определения глубины установки обсадных труб должны следовать размеры отверстий и размеры обсадных труб. Отверстие, пробуренное для каждой обсадной колонны, должно быть достаточно большим, чтобы вместить обсадную колонну, которая будет размещена внутри него, 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 соответственно меньший диаметр. Внутренний диаметр последней обсадной колонны (или предпоследней в некоторых случаях завершения хвостовика) должен вмещать эксплуатационную трубу и связанное с ней оборудование, такое как пакеры, газлифтные мандрели и подземные предохранительные клапаны.
Проектирование обсадных труб для каждого размера проектируемых труб выполняется путем расчета наихудших условий, которые могут возникнуть во время бурения и в течение срока эксплуатации скважины. Механические свойства, такие как прочность на продольное растяжение и сопротивление разрыву и смятию (рассчитанные с учетом двухосных эффектов осевых и кольцевых напряжений), должны быть достаточными на различных глубинах. Трубы различной прочности часто включают длинную обсадную колонну, которая обычно будет иметь наибольшее осевое натяжение и, возможно, самые высокие внутренние перепады давления разрыва в верхних частях, а также самые большие разрушающие нагрузки глубже в скважине от внешнего давления по сравнению с пониженным внутренним давлением.
Обсадные колонны поддерживаются подвесками обсадных колонн , которые устанавливаются в устье скважины , которое позже будет увенчано рождественской елкой . Нижние элементы устья скважины обычно устанавливаются поверх первой обсадной колонны после того, как она была зацементирована на месте.
Обычно скважина содержит несколько интервалов обсадных труб, последовательно размещенных в пределах предыдущей обсадной трубы. [2] В нефтяной или газовой скважине обычно используются следующие интервалы обсадных труб :
Обсадная колонна служит опорой во время буровых работ, для возврата потока во время бурения и цементирования обсадной колонны, а также для предотвращения обрушения рыхлого грунта вблизи поверхности. Обычно она может варьироваться от размеров от 18 до 30 дюймов (от 460 до 760 мм). [5]
Целью поверхностной обсадки является изоляция пресноводных зон, чтобы они не загрязнялись во время бурения и завершения. Поверхностная обсадка является наиболее строго регулируемой из-за этих экологических проблем, которые могут включать регулирование глубины обсадки и качества цемента. Типичный размер поверхностной обсадки составляет 13+3 ⁄ 8 дюйма (340 мм). [5]
Промежуточная обсадная колонна может быть необходима на более длинных интервалах бурения, где необходимый вес бурового раствора для предотвращения выбросов может вызвать гидростатическое давление , которое может разрушить более мелкие или более глубокие пласты. Размещение обсадной колонны выбирается таким образом, чтобы гидростатическое давление бурового раствора оставалось на уровне давления, который находится между поровым давлением пласта и давлением разрыва. [6] [5]
Для снижения стоимости можно использовать хвостовик, который выступает чуть выше башмака (дна) предыдущего интервала обсадной колонны и подвешивается в скважине, а не на поверхности. Обычно он может быть 7", хотя многие хвостовики соответствуют диаметру эксплуатационной трубы . [5]
Немногие скважины на самом деле производят через обсадную колонну, так как производственные жидкости могут разъедать сталь или образовывать отложения, такие как асфальтены или парафины , а больший диаметр может сделать поток нестабильным. Поэтому эксплуатационная труба устанавливается внутри последней обсадной колонны, а кольцевое пространство трубы обычно герметизируется в нижней части трубы пакером . Трубу легче снимать для обслуживания, замены или для различных видов операций по ремонту скважин. Она значительно легче обсадной колонны и не требует буровой установки для спуска и подъема из скважины; для этой цели используются меньшие «сервисные установки».
Цементирование выполняется 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 на требуемом интервале снаружи обсадной колонны закачивается пробка с вытесняющей жидкостью за колонной цементного раствора, которая «упирается» в башмак обсадной колонны и препятствует дальнейшему потоку жидкости через башмак. Этот удар можно увидеть на поверхности как скачок давления на цементном насосе. Чтобы предотвратить обратный поток цемента внутрь обсадной колонны, поплавковая муфта над башмаком обсадной колонны действует как обратный клапан и препятствует потоку жидкости вверх через башмак из затрубного пространства.
Длительное, повторяющееся осевое и вращательное движение внутри обсадной колонны может привести к износу ее внутренней части, что может привести к выбросам , потере добычи и другим опасным и дорогостоящим осложнениям.
Износу обсадной колонны способствуют следующие условия:
Ниже приведены рекомендации по профилактическим мерам для минимизации износа обсадной колонны: