Колонные головки

КОЛОННЫЕ ГОЛОВКИ

При помощи колонной головки  укрепляют устье бурящейся скважины, закрепляют обсадные колонны, спущенные в нее. При этом колонная головка должна надежно герметизировать устье скважины и позволять контролировать герметичность межтрубных пространств. На колонной головке также устанавливают превенторы и другое противовыбросовое оборудование в период бурения скважины и фонтанную арматуру при ее эксплуатации.

 

По мере увеличения глубины  скважины, как правило, необходимо изолировать большее число горизонтов в скважине. Это требовало увеличения числа спускаемых в скважину обсадных труб. В настоящее время в скважину спускают до пяти колонн обсадных труб. В связи с этим и колонные головки имеют одно-, двух, трех, четырех и пятиколонную конструкцию. Конструкция колонной головки должна обеспечивать: а) надежную герметизацию межтрубных пространств; б) контроль за давлением в меж- трубном пространстве; в) быстрое и надежное закрепление обсадных колонн; г) универсальность, т. е. возможность крепления к одной колонной головке обсадных колонн различных комбинаций; д) предохранение устьевой части обсадных колонн от повышенного износа при работе бурильным инструментом; е) возможность вертикального перемещения обсадных колонн при высоких температурах в скважине; ж) высокую надежность работы подвесок и узлов уплотнений во время бурения и длительной эксплуатации скважины; з) минимально возможную высоту; и) абсолютную прочность с учетом действия различных нагрузок.

 

Кроме того, для осложненных  условий бурения необходимо, чтобы  отдельные детали колонной головки были коррозионностойкими при бурении скважин, в продукции которых ожидаются корродирующие вещества; при бурении на Севере она должна быть приспособлена для работы в условиях, где возможно понижение температуры до минус 60° С; при морском бурении ее можно было устанавливать на дне моря при глубинах 200 м и более.

При вращении бурильного инструмента в процессе бурения  сверхглубоких скважин необходимо предохранять устьевую часть обсадных труб от повышенного износа. Самым  эффективным методом предохранения  от износа считается правильное центрирование устья скважины с бурильным инструментом, вышкой и т. д. Однако в процессе бурения возникают дополнительные динамические нагрузки, при которых со временем изменяется соосность, что незамедлительно вызывает повышенный износ устьевой части обсадных труб, превенторной установки и другого устьевого оборудования.

Поэтому во избежание  ослабления стволовой части обсадных труб используют специальную трубную  заготовку с толщиной стенки 25—35 мм. Однако изготовление и применение толстостенной трубной заготовки вызывает определенные трудности, поэтому ее пока широко не применяют.

При бурении сверхглубоких  скважин с повышенными забойными температурами, доходящими до 200—250° С, создается дополнительная температурная нагрузка на обсадные трубы, требующая компенсации вертикального перемещения груб, что может быть предусмотрено в колонной головке.

 

КОНСТРУКЦИЯ КОЛОННЫХ ГОЛОВОК

 

В зависимости  от глубины и условий бурения  скважину обвязывают одной—пятью колоннами обсадных труб. Колонные головки также применяют для обвязки одной, двух, трех, четырех и пяти обсадных труб.

 

Обвязка устья  одноколонной скважины заключается в следующем (рис. 1). На кондуктор 3 навинчивают фланец 2, к которому шпильками крепят пьедестал 1. Высоту Н регулируют с таким расчетом, чтобы верхний фланец пьедестала располагался на 150—200 мм ниже пола буровой. Такие колонные головки устанавливают на неглубоких скважинах и рассчитывают на давление 150—200 кгс/см².

 

В двухколонной головке (рис. 2) первый ряд обсадных труб подвешивают на резьбе в катушке 1. Внутри катушки располагается клиновая подвеска 2, в которой закрепляют второй ряд обсадных труб. Межтрубное пространство между первой и второй обсадными колоннами герметизируют при помощи манжеты 3. Свободный конец второй колонны приваривают к катушке 4 колонной головки. Сварной шов герметизирует межтрубное пространство, если манжета 3 не обеспечивает надежной герметизации. Такие колонные головки применяют для обвязки устья скважин глубиной 2000—3000 м при давлениях до 200—250 кгс/см².

 

Колонные головки (рис. 3) для обвязки трех колонн обсадных труб имеют различные модификации данной конструкции, рассчитанной на рабочее давление 350 и 700 кгс/см².

Рис. 11. Обвязка устья одноколонной скважины.

 

Рис. 2. Колонная головка для  обвязки          Рис. 3. Колонная головка для обвязки трех колонн обсадных труб

двух колонн обсадных труб

В нижнем крестовике на резьбе крепят первую обсадную колонну, в нем же устанавливают клиновую подвеску 1, в которой крепят вторую обсадную трубу. В отличие от двухколонной конструкции колонной головки (см. рис. 2) межтрубное пространство между первой и второй обсадными колоннами герметизируют не манжетой, а только сварным швом 2. Третья обсадная колонна крепится в крестовике 3 при помощи клиновой подвески 4, межтрубное пространство между второй и третьей обсадными колоннами герметизируется манжетой 5 и дополнительно сварным швом 7. Длина патрубка 6 может быть различной в зависимости от общей высоты колонной головки. С увеличением числа обсадных колонн возрастает высота колонной головки. Если высота двухколонной конструкции 920 мм, то высота трехколонной конструкции уже около 2300 мм.

Высота колонных головок  с учетом расположения их под буровым основанием не должна превышать более 2700 м.

 

Этим требованиям не отвечает колонная головка, имеющая высоту 3200 мм для четырех обсадных труб (рис. 4). В связи с этим монтаж ее на бурящейся скважине затруднителен. В данной конструкции колонной головки первую обсадную трубу закрепляют в нижнем крестовике 1 (он в свою очередь закреплен на плите при помощи косынок).

 

 

Рис. 4. Колонная головка для обвязки  Рис. 5. Колонная головка для обвязки

четырех колонн обсадных труб                                                     четырех колонн обсадных труб

                                                                                              

 

 

 

 

 

 

МОНТАЖ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ КОЛОННЫХ ГОЛОВОК

 

Колонную головку  монтируют на обсадных трубах в процессе бурения скважины под основанием вышечного блока. При наибольшей высоте колонной головки и необходимости установки противовыбросового оборудования высота подвышечного основания составляет 6 м.

 

Обвязка устья  скважины колонной головкой ведется  следующим образом. После спуска кондуктора 9 (диаметр обсадной трубы 426 мм) и его цементирования на бетонное основание устанавливают опорную плиту 5 (см. рис. 6), а на колонну навинчивают крестовик 3, либо закрепляют его в расточку и обваривают так, чтобы нижняя опорная поверхность крестовика находилась бы на плите. Проверяют горизонтальность верхнего фланца крестовика и крепят его к плите при помощи косынок 6.

После цементирования и определения герметичности  колонны крестовик промывают и в его верхнюю расточку устанавливают предохранитель 8, который выполняет функции центрирующего устройства, а также предохраняет крестовик и спущенные обсадные трубы от истирания бурильным инструментом в процессе бурения следующего интервала. На фланец крестовика устанавливают патрубок, который соединяется с желобом 7. При бурении и цементировании скважины патрубок обеспечивает циркуляцию жидкости.

 

Скважину бурят  под колонну диаметром 377 мм (либо 351, либо 324 мм), прорабатывают ствол  скважины и спускают колонну. Перед спуском колонны предохранитель 8 извлекают из крестовика. Если в колонной головке непосредственно закрепляют трубу диаметром 377 мм, то последнюю трубу, которую будут закреплять в клиновой подвеске, необходимо обмерить по наружному диаметру с целью определения эллипсности. Если эллипсность трубы составляет 4—5 мм, что допускается ГОСТ, то последнюю трубу необходимо обработать по наружному диаметру для уменьшения столь значительной эллипсности. При этом клиновая подвеска равномерно, по всему диаметру охватывает трубу, а фактическая грузоподъемность приближается к теоретической. В таких условиях обеспечивается надежная работа узла уплотнения. Если эллипсность наружного диаметра трубы незначительна (не превышает 2—3 мм), то ее не обтачивают. Клиновая подвеска и манжеты позволяют надежно удерживать и герметизировать трубу, наружный диаметр которой колеблется от 372 до 377 мм.

Если в колонной головке подвешиваются трубы  диаметрами 351 и 324 мм, то их крепят при  помощи специального переводника, наружный диаметр которого должен быть 372 мм.

 

После цементирования и определения герметичности  колонны крестовик промывают. На последней трубе колонны собирают подвеску (см. рис. 5), разгружают колонны и подвеску опускают в расточку крестовика с посадкой колонны на клинья подвески. После обхватывания трубы клиновая подвеска может не устанавливаться в расточку крестовика. Это свидетельствует о несоосности колонны с устьем. Колонну необходимо отцентрировать. При совпадении осей клиновая подвеска легко опускается в расточку корпуса крестовика. Трубу на расстоянии 160—170 мм от верхнего торца фланца крестовика срезают, и торец зачищается.

 

В верхнюю расточку крестовика 3 устанавливают крышку подвески, в наружную и внутреннюю расточки которой помещают по четыре манжеты с опорными и нажимными кольцами. Установив в канавку крестовика 3 прокладку, на нем монтируют крестовик 8, в расточку последнего устанавливают предохранитель 9. На фланец крестовика устанавливают переводную катушку 2, превентор 5 и разборный желоб 1.

 

Затем скважину бурят под  следующую колонну, прорабатывают ствол скважины и спускают колонну.

 

Дальнейший монтаж колонной головки, ее бурение, цементирование и другие технологические операции осуществляются в той же последовательности.

 

Важно в период строительства  выдерживать на одной высоте ось  установки превенторного манифольда. При бурении сверхглубоких скважин, начиная с проводки ствола под обсадную колонну 219 мм и меньше, используют превенторное оборудование на рабочее давление 700 кгс/см², а под обсадную колонну 299 мм — на рабочее давление 350 кгс/см². На практике целесообразно для сокращения времени монтажа применять один манифольд на рабочее давление 700 кгс/см². При этом необходимая высота до оси установки манифольда при бурении под колонны диаметрами 299, 219 и 168 достигается применением специальных катушек и переводных фланцев.

После разбуривания цементного стакана демонтируют превенторное оборудование, на верхний фланец колонной головки устанавливают фонтанную арматуру и осваивают скважину.

 

В процессе бурения, освоения и эксплуатации скважины необходимо постоянно следить за давлением в межтрубных пространствах по манометрам, установленным на отводах, а также за открытием кранов. Наиболее ответственными являются межтрубные пространства между колоннами диаметрами 168 и 219 мм. В узлы уплотнений этих колонн через штуцеры 8 (см. рис. 16) необходимо периодически набивать специальную пасту.

 

Поскольку при конструировании  колонной головки в расчетах не учтены температурные напряжения, возникающие  в металлических прокладках, шпильках, обсадных колоннах, а также абразивное и коррозионное влияния рабочих жидкостей на трубы, в процессе эксплуатации колонной головки необходимо следить за состоянием фланцевых соединений. Нельзя допускать даже незначительные пропуски во фланцевом соединении, так как они могут привести к выходу из строя прокладок. Необходимо постоянно следить за состоянием литых корпусных деталей колонной головки. При монтаже и эксплуатации колонных головок необходимо руководствоваться правилами безопасности в нефтегазодобывающей промышленности.

 

Стандартизация  элементов колонных головок

 

Колонные головки связаны  как с противовыбросовым оборудованием в процессе бурения, так и с фонтанным оборудованием при эксплуатации скважины. Поэтому следует уделять большое внимание стандартизации присоединительных размеров фланцевых соединений колонной головки, а также противовыбросового и фонтанного устьевого оборудования. Стандартизация присоединительных размеров фланцев устьевого оборудования должна осуществляться с учетом диаметра проходного сечения и рабочего давления. Такая классификация присоединительных размеров имеет достаточно серьезные теоретические обоснования. Однако на практике она приводит к большому числу различных сочетаний обвязок устья колонной головкой, противовыбросовым и фонтанным оборудованием, что весьма затрудняет процесс монтажа устьевого оборудования.

При стандартизации колонных головок также необходимо поддерживать одинаковую высоту крестовиков для различных конструкций колонных головок. Для этого следует устанавливать манифольд противовыбросового оборудования на одной высоте, что значительно снижает затраты на монтаж и перемонтаж всей устьевой обвязки. Однако при выполнении этого условия возникают затруднения, связанные с большим разнообразием конструкций колонных головок. Предусмотрено выполнение крестовиков высотой от 440 до 800 мм (26 размеров). Высота крестовиков для четырех- и пятиколонной конструкции колонной головки может достигать 3—3,5 м, что недопустимо с точки зрения обеспечения бурения скважин с высотой основания 4 и даже 6 м.

 

Таким образом, вопрос стандартизации колонных головок еще не решен  окончательно.