Удосконалення технології центрування обсадних колон у похило скерованих свердловинах

Abstract

Дисертація присвячена удосконаленню технології центрування обсадних колон у похило скерованих свердловинах з метою підвищенню рівня надійності їх кріплення. Розроблено модель контактної взаємодії обсадної колони з жолобними ви-робками різних форм, яка дозволяє оцінити сили опору просуванню колони та визначено вплив різних чинників на величину зазору між обсадною колоною та стінкою свердловини. Отримано аналітичні залежності між притискною силою та взаємним зближенням колони і стінки свердловини, які характеризують радіальну жорсткість центратора, а також вирази для визначення максимальних напружень, за якими оцінюють його міцність. Для розрахунку пружно-жорстких характеристик центраторів вперше створено моделі оснащення обсадної труби центраторами різних типів та схем їх закріплення. Сформульовано задачу раціонального центрування обсадної колони з умови забезпечення мінімально допустимого зазору між колоною та стінкою свердловини. Проведено розрахунки віддалі між пружно-жорсткими центрато-рами для різних варіантів конструкцій свердловин та величин допустимого за-зору, які підтверджують отримані закономірності. Складено програму у середовищі Delphi для визначення віддалі між центраторами та їх кількості і розроблено «Рекомендації щодо застосування пружно-жорстких центраторів для обсадних колон при кріпленні похило скеро-ваних свердловин на родовищах БУ «Укрбургаз».

Диссертация посвящена усовершенствованию технологии центрирования обсадных колонн в наклонно направленных скважинах с целью повышения уровня надежности их крепления. Проанализировано состояние сооружения наклонно направленных сква-жинах на отдельных месторождениях ДДв и установлено, что одной из причин снижения надежности их крепления являются недостаточно обоснованные подходы по оборудованию обсадных колонн центрирующими устройствами. Практика бурения наклонно направленных скважин свидетельствует, что ее ствол практически всегда имеет сложную конфигурацию вследствие образования же-лобных выработок. Рассмотрены причины образования желобных выработок на стенках скважины и факторы, влияющие на их форму и размеры. Для оценки сил сопротивления предложена модель контактного взаимодействия центратора с желобом скважины различных форм. Роль центраторов, как средства повышения качества крепления скважины на практике может быть нивелирована снижением проходимости колонны на сложных интервалах и, как следствие, появлением рисков недоспуска колонны. По результатам исследований установлены зависимости сил сопротивления продвижению колонны от соотношения размеров скважины и колонны, от локальных параметров формы желоба (особенно от конфигурации его устья). Показано, что через немонотонную зависимость этих сил от радиуса колонны, введение центратора неоднозначно сказывается на проходимости колонны: в случае попадания колонны в желоб центратор ухудшает ее проходимость, зато при взаимодействии колонны с устьем желоба возможно значительное снижение сил сопротивления за счет устранения арочного (клинового) эффекта из-за вывода центратором колонны из желоба. Определено влияние различных факторов на величину минимально необходимого зазора между обсадной колонной и стенкой скважины. Проведен многофакторный анализ для оценки влияния различных факторов на величину длины полуволны прогиба обсадной колонны. На основании решений контактных задач установлены аналитические зависимости между прижимной силой и взаимным сближением колонны и стенки скважины, характеризующие радиальную жесткость центратора, а также выражения для максимальных напряжений, служащие для оценки его прочности. Значительное влияние на указанные характеристики имеет способ закрепления звена центратора вдоль оси трубы, в частности, решающими являются наличие или отсутствие свободы взаимного перемещения концов звена в аксиальном направлении. Для этих двух случаев получены зависимости, которые можно использовать для двусторонней оценки жесткости и прочности конструкций шарнирного и жесткого центрирующих устройств. Сформулирована задача рационального центрирования обсадной колонны из условия обеспечения минимально допустимого зазора между колонной и стенкой скважины. Показано влияние величин нагрузок и проиллюстрировано роль жесткого упора в рассматриваемой задачи. В частности, установлено, что упор центратора при его достаточной прочности может гарантировать достаточный зазор при значительных нагрузках колонны. Проведены расчеты расстояния между упруго-жесткими центраторами для различных вариантов конструкций скважин и величин допустимого зазора, подтверждающие полученные выше закономерности. Для удобства выполнения расчетов по разработанной методике составлена программа в среде Delphi которая позволяет определить количество центра-торов и расстояние между ними для любого варианта исходных данных. За результатми проведенных исследований разработаны, утверждены и приняты к использованию «Рекомендации по применению упруго-жестких центраторов для обсадных колонн при креплении наклонно направленных скважин на месторождениях БУ« Укрбургаз ». Разработана конструкция упруго-жесткого центратора обсадной колонны, которая защищена патентом Украины.

The thesis is devoted to the problem of improvement of the centering technology of casing strings in directional wells in order to increase the level of reliability of their casing. The model of contact interaction of a casing string with key seat of different forms is developed, which allows for estimating forces of resistance of the column advance; the influence of various factors on the size of the gap between the casing and the well wall is determined. The analytical dependences between the clamping force and the mutual approximation of the string and the well wall, which characterize the radial rigidity of the centralizers, as well as the expressions for determining the maximum stresses, by which its strength is evaluated, are obtained. For calculating the elastically rigid characteristics of centralizers models of equipping of a casing with centralizers of different types and their fastening schemes have for the first time been created. The problem of rational centering of the casing string with the condition of pro-viding the minimum allowable gap between the column and the well wall is formu-lated. The calculations of distance between elastically rigid centralizers for different variants of well designs and sizes of permissible gap, which confirm the received regularities, are carried out. A program for determining the number of centralizers and distance between them has been developed in the Delphi environment. "Recommendations for the use of elastically rigid centralizers for casing of directional wells on the fields of Ukrbur-haz have been elaborated.