Как плавучее цементировочное оборудование способствует спуску обсадной колонны на длинных горизонтальных участках

Поплавковое оборудование для цементирования играет центральную роль при спуске обсадной колонны на длинных горизонтальных участках, где ударное давление, сопротивление и узкое рабочее окно ограничивают скорость безопасной посадки колонны. Поплавковые башмаки и поплавковые муфты с автоматическим заполнением позволяют буровому раствору поступать в обсадную колонну через механизм контролируемого заполнения во время приработки, уменьшая всплески в слабых пластах, сокращая количество циклов заполнения поверхности и экономя время буровой установки. Когда обсадная колонна достигает полной глубины, то же оборудование преобразуется в обычный обратный клапан, который удерживает цементный столб на месте во время и после смещения, предотвращая обратный поток цемента и U-образные трубы. В этой статье объясняется, как поплавковое оборудование ведет себя во время спуска колонны, почему функция автозаполнения особенно ценна на длинных стволах и как бригады должны выбирать, проверять и использовать эти инструменты, чтобы обсадная колонна приземлилась на глубину и первичные цементные работы начались за надежным барьером. Руководство соответствует стандартам API Spec 10F и ISO 10427-2 и основано на стандартных размерах обсадных труб, номинальных давлениях и параметрах цементирования.

Какую роль играет поплавковое оборудование при спуске обсадной колонны?

Поплавковое оборудование располагается внизу обсадной колонны. Поплавковый башмак навинчивается на самое нижнее соединение, а поплавковое кольцо обычно размещается на одном-трех соединениях над башмаком, обычно на двух, оставляя между ними дорожку для башмака. Каждый инструмент содержит односторонний клапан, который обеспечивает поток бурового раствора, прокладки и цемента вниз и предотвращает поток вверх. Во время обкатки этот клапан решает, как обсадная колонна заполняется буровым раствором, как возникают скачки давления и может ли экипаж циркулировать, прежде чем достичь дна.

При обычном спуске бригады добавляют буровой раствор с поверхности по графику заполнения, чтобы сбалансировать внешнее давление и избежать обрушения, и каждый цикл заполнения останавливает спуск. Поплавковое оборудование с автозаполнением автоматизирует часть этой работы. Дифференциальный заправочный клапан, обычно створчатый или шаровой с контролируемым отверстием, открывается, когда гидростатическое давление снаружи обсадной колонны превышает давление внутри на заданную величину, и позволяет буровому раствору проникнуть. Когда давления выравниваются, клапан закрывается, поэтому корпус непрерывно наполняется и остается близким к равновесному давлению во время работы.

Функция автозаполнения не является постоянной. Перед цементированием оборудование переводится в обычный режим путем сброса конверсионного шара или пробки или путем установления скорости циркуляции, которая смещает механизм. В этом случае клапан ведет себя как обычный обратный клапан. Номинальные значения рабочего давления обычно варьируются от 5000 до 10 000 фунтов на квадратный дюйм, в конструкциях HPHT до 15 000 фунтов на квадратный дюйм, а размеры обсадной колонны составляют от 4-1/2 до 20 дюймов, обычно 5-1/2, 7 и 9-5/8 дюймов в горизонтальных скважинах.

Эксплуатационные характеристики подтверждены в соответствии со стандартами API Spec 10F и ISO 10427-2, которые охватывают целостность уплотнения, устойчивость к перепадам давления, термостойкость и возможность сверления. Понимание этих функций имеет важное значение, поскольку обсадная колонна на длинном горизонтальном участке находится в скважине в течение многих часов с прерывистой циркуляцией, и каждый эксплуатационный вариант взаимодействует с плавучим оборудованием. Таким образом, башмак и воротник действуют как устройство для борьбы с грязью во время спуска и как окончательный цементный барьер, поэтому их состояние должно быть подтверждено до того, как струна покинет поверхность.

Почему поплавковое оборудование с автоматическим заполнением важно на длинных горизонтальных участках

Длинные горизонтальные секции проверяют каждую часть спуска обсадной колонны. Боковой ствол часто пробурен через пласты с низким градиентом трещиноватости, затрубное пространство узкое, а пласты шлама располагаются на нижней стороне скважины под наклоном, приближающимся к 90 градусам. Спуск обсадной колонны в эту среду вытесняет буровой раствор вверх по затрубному пространству и создает пульсационное давление, которое растет с увеличением скорости спуска и реологии бурового раствора. Если пульсация превышает градиент трещины, скважина теряет возврат, ухудшается очистка скважины, и обсадная колонна может не достичь забоя. Моделирование скачков напряжения на этапе планирования выявляет эти ограничения еще до того, как башмак войдет в лунку.

Поплавковый башмак с автозаполнением и воротник напрямую решают проблему перенапряжения. Поскольку буровой раствор попадает в обсадную колонну во время приработки, меньше бурового раствора поднимается по затрубному пространству на каждую клеть, пульсационные давления остаются ниже, а слабые зоны защищены. Инструмент также устраняет большинство циклов заполнения поверхности на критическом пути, сокращая время, в течение которого колонна находится в статическом состоянии и подвергается дифференциальному прихвату.

Преимущества суммируются в скважинах с большим отходом от вертикали и горизонтальных скважинах, где отношение измеренной глубины к вертикальной глубине велико, очистка скважины незначительна, а время буровой установки дорогое. Оборудование для автозаполнения дает четыре преимущества в этих скважинах:

• Контроль скачка давления: контролируемое заливное отверстие ограничивает скачок давления на башмаке, защищая пласты с низким градиентом разрушения и снижая риск потери циркуляции во время приработки.
• Более быстрая непрерывная приработка: автоматическое заполнение сокращает количество остановок для заполнения поверхности, сокращая общее время приработки и воздействие на колонну условий прихвата трубы.
• Гибкое кондиционирование скважины: бригады могут останавливаться, циркулировать, вращаться и совершать возвратно-поступательные движения на запланированной глубине, в то время как механизм автозаполнения поддерживает баланс давления в обсадной колонне.
• Гарантированное противодавление для цементирования: после переоборудования клапан удерживает столб цемента, предотвращает обратный поток цемента и U-образные трубы, а также поддерживает чистый выступ грязесъемной пробки.

Существует компромисс в дизайне. В механизмы автозаполнения добавляются движущиеся части, поэтому контроль качества, функциональное тестирование и правильные процедуры преобразования имеют большее значение, чем в обычной работе. Если оборудование проверено должным образом, окончательный барьер будет таким же надежным, как и обычное поплавковое кольцо, и преимущества приработки сохраняются.

Для операторов, эксплуатирующих обсадные колонны диаметром от 5-1/2 до 9-5/8 дюймов в горизонтальных секциях, практический вопрос заключается в том, использовать ли один поплавковый башмак с автозаполнением, добавить над ним поплавковую муфту с автозаполнением или использовать конструкцию с двойным клапаном, в которой оба инструмента обеспечивают резервирование противодавления. Ответ зависит от состояния скважины, градиента трещины и того, насколько скважина оправдывает избыточность барьеров. В каждом случае решение должно быть задокументировано в соответствии с планом работ, поскольку режим автозаполнения, этап преобразования и функция конечного противодавления образуют одну непрерывную последовательность, которую бригада по цементированию должна понять до того, как будет выполнен первый шов.

Как спускать обсадную колонну с помощью поплавкового оборудования на длинных горизонтальных участках

Успешный спуск начинается еще до того, как башмак входит в устье скважины. Приведенная ниже процедура охватывает этапы выбора, проверки, эксплуатации и преобразования, которые защищают как поплавковое оборудование, так и скважину.

Выберите оборудование, соответствующее обсадной колонне и плану скважины

Подтвердите размер, вес, класс и соединение корпуса, включая соединения премиум-класса там, где этого требует конструкция, и соответствующим образом подберите поплавковое оборудование. Выберите номинальное давление, соответствующее программе цементирования, обычно 5 000 или 10 000 фунтов на квадратный дюйм, а также номинальную температуру, соответствующую ожидаемой забойной температуре. Решите, оправдывает ли боковая часть поплавковую муфту с автоматическим заполнением, обычную поплавковую муфту или оба инструмента с обратными клапанами. Убедитесь, что материал корпуса соответствует плану сверления: чугун, алюминий или термореактивный пластик являются обычным выбором для сверления, а несверлимая сталь предназначена для особых случаев.

Проверьте механизм автозаполнения перед выполнением задания.

Проверьте работоспособность заливного клапана на буровой площадке. Убедитесь, что заливное отверстие чистое, что заслонка или шар сидит правильно, а также что механизм преобразования присутствует и соответствует процедуре, указанной в инструкциях по эксплуатации. Проверьте протекторы резьбы и наличие повреждений при обращении, а также проверьте соответствие оборудования и корпуса. Обсудите с бригадой глубину и метод преобразования, поскольку преобразование в неподходящее время, слишком раннее или слишком позднее, является распространенным источником проблем в горизонтальных скважинах. Если оборудование будет вращаться или совершать возвратно-поступательные движения, подтвердите номинальный крутящий момент соединений.

Планирование скорости приработки, поведения при заполнении и пределов помпажа

Смоделируйте бег перед стартом. Программное обеспечение для моделирования пульсаций рассчитывает давление на башмак для запланированных скоростей движения, веса бурового раствора и кольцевых зазоров; удерживайте прогнозируемый выброс ниже градиента трещины самой слабой зоны. Установите процедуру контроля заполнения: при использовании оборудования автоматического заполнения следите за индикатором заполнения или поведением возврата бурового раствора, чтобы убедиться, что клапан открывается. На длинных горизонтальных участках запланируйте более медленный проход через строительную секцию и боковую часть и согласуйте максимальное время работы стойки с буровой бригадой. Если возвраты потеряны или пополнение прекращается, остановитесь и оцените, прежде чем продолжить.

Циркуляция и кондиционирование скважины на запланированной глубине

Циркуляция осуществляется через запланированные интервалы времени, обычно когда башмак достигает предыдущей глубины башмака обсадной колонны, верхней точки конструкции и других точек, согласованных в программе. Во время циркуляции вращайте и совершайте возвратно-поступательные движения колонны в пределах крутящего момента и сопротивления, чтобы разбить пласты шлама и сохранить скважину чистой. Перед переоборудованием поддерживайте скорость циркуляции ниже уровня, который может привести к разрушению механизма автозаполнения, и следите за давлением в стояке, чтобы получить четкую характеристику. Когда скважина подготовлена, свойства бурового раствора, включая реологию и фильтрацию, должны находиться в пределах программы до запуска последней секции.

Перейдите в обычный режим и подтвердите барьер

На полной глубине или на запланированной глубине преобразования активируйте механизм преобразования в соответствии с инструкциями по эксплуатации: опустите шар или пробку и закачайте его в инструмент или установите скорость циркуляции, указанную поставщиком. После преобразования функция автозаполнения отключается, и клапан становится стандартным обратным клапаном. Проверьте преобразование, обеспечив циркуляцию с запланированной скоростью и наблюдая за нормальным поведением давления, затем проверьте колонну под давлением с поверхности, чтобы убедиться, что клапан удерживается снизу. После подтверждения барьера приступайте к установке проставки, жижи, заглушек стеклоочистителей и смещению, как запланировано.

Часто задаваемые вопросы

Почему оборудование автозаполнения предпочтительнее для длинных горизонтальных спусков обсадных колонн?

Потому что скачок давления является основным ограничением. Поплавковые башмаки и манжеты с автоматическим заполнением позволяют буровому раствору проникать в обсадную колонну во время приработки, снижая скачок давления на башмаке, защищая слабые пласты от потери циркуляции и уменьшая количество остановок для заполнения поверхности. Результатом является более быстрый и безопасный бег с меньшим риском застрять.

Требуется ли по-прежнему заполнение поверхности корпуса при использовании инструментов автоматического заполнения?

Некоторое заполнение поверхности обычно все же требуется, особенно когда колонна останавливается или механизм заполнения закрыт. Клапан автозаполнения поддерживает почти баланс во время нормальной работы, но бригады должны следовать инструкциям по эксплуатации, следить за индикатором заполнения и доливать воду в соответствии с указаниями, чтобы никогда не нарушать устойчивость к разрушению и контроль помпажей.

Как переоборудуется оборудование автонаполнения перед цементированием?

Преобразование выполняется в соответствии с процедурой поставщика, обычно путем сбрасывания конверсионного шара или пробки и закачки его в инструмент или путем увеличения циркуляции до заданной скорости. Затем механизм навсегда закрывает заливное отверстие, и оборудование работает как обычный обратный клапан. Правильное время имеет важное значение; слишком раннее или слишком позднее преобразование создает проблемы.

Какие номинальные значения давления характерны для поплавкового оборудования горизонтальных скважин?

Номинальные рабочие давления 5 000 и 10 000 фунтов на квадратный дюйм являются стандартными для большинства горизонтальных скважин, а специальные конструкции HPHT рассчитаны на давление 15 000 фунтов на квадратный дюйм. Номинальное значение должно соответствовать максимальному перепаду давления, ожидаемому во время вытеснения цемента и испытаний, а оборудование должно выбираться в соответствии со стандартами API Spec 10F и ISO 10427-2.

Можно ли вращать или совершать возвратно-поступательные движения струны при установленном поплавковом оборудовании с автоматическим заполнением?

Да, в пределах. Многие инструменты для автоматического заполнения предназначены для вращения и возвратно-поступательного движения во время спуска, что помогает освоить обсадную колонну и очистить скважину. Бригада должна соблюдать номинальный крутящий момент соединений и механические ограничения механизма наполнения, а также должна подтвердить свои возможности у поставщика перед началом работы.

Когда следует использовать конфигурацию с двумя клапанами в горизонтальных скважинах?

Конструкция с двойным клапаном с поплавковой манжетой над поплавковым башмаком рекомендуется, когда резервирование барьера имеет наибольшее значение: узкие окна давления, важные боковые стволы или скважины, где заклинивание открытого клапана потребует дорогостоящих ремонтных работ. Если один клапан выйдет из строя, второй все равно удерживает столб цемента и предотвращает обратный поток. Запланируйте это в дизайне струн.

Заключение

На длинных горизонтальных участках поплавковое оборудование оправдывает себя дважды: сначала во время спуска, когда функция автозаполнения контролирует ударное давление и обеспечивает безопасное движение обсадной колонны к забою, и во время цементирования, когда переоборудованный обратный клапан удерживает столб пульпы и предотвращает обратный поток цемента, пока цемент схватывается. Выбор оборудования, функциональная проверка перед запуском, скорость работы и процедура преобразования — все это определяет, будут ли эти две функции выполняться надежно. Операторы, которые планируют спуск с помощью моделирования помпажа, проверяют механизм автоматического заполнения на буровой площадке и дисциплинируют бригаду в вопросах контроля заполнения и глубины преобразования, последовательно выгружают обсадную колонну с установленным надежным барьером. Когда вы планируете строительство следующей горизонтальной скважины или скважины с увеличенным отходом от вертикали, свяжитесь с нашими инженерами по применению и сообщите программу обсадных труб, профиль скважины, а также данные о буровом растворе и цементировании, чтобы конфигурация поплавкового башмака и поплавковой муфты могла быть точно подобрана к вашим условиям.