Пакеры затрубного пространства

Пакеры затрубного пространства и вспомогательное оборудование.

Преимущества:

• Остановка миграции
• Ступенчатое цементирование
• Заканчивание цементированием горизонтальных скважин за одну спускоподъемную операцию
• Изолирование зоны ствола скважины.
• Хвостовики для ремонта поврежденных участков обсадных колонн.

Пакеры затрубного пространства (ПЗП) являются расширяемым скважинным оборудованием, устанавливаевым на коротком переводнике или на оправке обсадной колонны. ПЗП включает в себя механизм клапана управления, служащий для расширения элемента пакера и создания уплотнения между оправкой обсадной колонны и открытым стволом скважины, или ранее установленной колонной обсадных труб.

Для чего нужен спуск ПЗП?

Пакеры затрубного пространства (ПЗП) являются незаменимыми для целого ряда практических применений, когда необходимо создать уплотнение между обсадной колонной и открытым стволом скважины (или ранее установленной колонной обсадных труб). Диаметр пакеров затрубного пространства в результате расширения может увеличиваться в 2,5 раза по сравнению с их наружным диаметром в процессе спуска. Обсадную колонну можно расхаживать с установленным в ней ПЗП. Наибольшим преимуществом является тот факт, что пакеры затрубного пространства предоставляют пользователю максимальную гибкость при планировании заканчивания скважины. ПЗП можно расширить путем охвата отверстия нагнетания различными инструментами для установки пакеров, или просто подняв давление во всей колонне обсадных труб.

Типовые области применения ПЗП

• Для ступенчатого цементирования вертикальных скважин пакеры затрубного пространства размещаются под устройством ступенчатого цементирования для поддержания цементной колонны во время схватывания цемента.
• Для предупреждения миграции затрубного газа пакеры затрубного пространства устанавливаются над источником проявления газа с целью остановки его миграции и обеспечения сплошности цементирования.
• Для разделения наклонных скважин на сегменты, между ПЗП выборочно помещаются хвостовик обсадной колонны со щелевидными продольными отверстиями, фильтры и обсадные трубы без перфораций. Пакер специально разработан для изолирования зон под участками набора кривизны стволов наклонных скважин.

Сертифицировано (МОС) ISO 9001: 2000
Все предприятия обеспечивают высокое качество предоставления услуг и тщательное сопровождение продукции. Каждый запрос клиента внимательно изучается отборной группой специалистов. Для определения целесообразности проведения тех или иных работ, правильного выбора инструментов и методик выполнения работ в полевых условиях используются руководства системы обеспечения качества, аттестованные согласно требованиям стандарта (МОС) ISO 9001: 2000.
Для обеспечения качества и надежности эксплуатации, пакеры затрубного пространства проходят функциональные испытания перед отправкой потребителю. Все составные элементы конструкции являются отслеживаемыми и каждое изделие имеет серийный номер в соответствии с требованиями МОС (ISO), вплоть до ведения записей результатов испытания под давлением в электронном виде, хранящихся в файле, названием которому служит серийный номер изделия.

Две особые конструкции ПЗП (2 типа)

Конструкция пакера (1 тип)
В данных изделиях использованы высокопрочные пластины из нержавеющей стали для армирования расширяющегося элемента по всей длине. Пакеры выпускаются со стандартной длиной уплотнения: 3 фута (0,9 м) и 10 футов (3 м). Стальное армирование имеет пластичное нефтестойкое покрытие из эластомера для обеспечения наибольшей эффективности уплотнения в открытом стволе скважины. Один конец элемента пакера остается скользящим, при этом сохраняя герметичность с оправкой обсадной колонны. Пакеры в наибольшей степени подходят для вертикальных скважин и наклонных скважин с низкой степенью набора угла искривления ствола.

Конструкция пакера (2 тип)

Изделие частично армировано пластинами из нержавеющей стали, выступающими на 20 дюймов с обоих концов расширяющегося элемента. Пластины выравнивают нагрузку, возникающую от перепада давления, и обеспечивают сопротивление выдавливанию эластомера при повышенной температуре. Средняя секция расширяющегося элемента пакера представляет собой пластичный нефтестойкий эластомер, находящийся в сцеплении с оправке обсадной колонны. Конструкция средней секции уменьшает повреждения, вызванные нагрузкой от лобового сопротивления, возникающей при прохождении через участок набора кривизны ствола наклонной скважины.
Пакер 2-го типа выпускается со стандартной длиной уплотнения в 5 футов (1,5 м); 10 футов (3 м); 20 футов (6,1 м) и 35 футов (10,7 м). Пакер является стандартным изделием для применения в большинстве горизонтальных скважин и скважин с резкими искривлениями ствола.

Общая методика спуска в скважину
Пакеры затрубного пространства свинчиваются в колонну обсадных труб с помощью обычных ключей для обсадных труб, и момент затяжки пакеров такой же, как и для остальной части колонны. Подбор длины обсадных труб под требуемую глубину спуска обсадной колонны и корреляция диаграммы результатов геофизических исследований в скважине помогают определить нужное местоположение ПЗП в колонне. Замеры диаметра открытого ствола скважины с помощью каверномера также помогают правильно определить местоположение ПЗП в соответствии с состоянием ствола скважины.
Клапанный переводник может находиться с любой стороны расширяемого элемента для спуска в верхнем или нижнем положении. ПЗП расширяется путем подъема давления внутри обсадной колонны при установленной цементной пробке на муфте обсадной трубы с обратным клапаном, либо путем охвата впускного отверстия с помощью комбинированного инструмента для спуска и опрессовки. Приложенное давление срезает срезной штифт открывающей задвижки. Нагнетаемая жидкость расширяет элемент пакера до тех пор, пока давление внутри элемента не закроет клапан перепада давления. Сброс давления в обсадной колонне приводит в действие элемент, который удерживает открывающую задвижку в закрытом положении.

Конструкция цельной бесшовной оправки
Компания изготавливает все пакеры затрубного пространства, используя цельную оправку обсадной колонны, НЕ имеющую скрытых внутренних соединений. В процессе изготовления сварка оправки обсадной колонны НЕ производится. Конструкция цельной оправки обсадной колонны позволяет компании обеспечивать наибольшую длину оправки любого пакера обсадной колонны.
Длинная цельная оправка уменьшает боковые нагрузки при прохождении через участок набора кривизны ствола наклонной скважины. Она также гарантирует превосходную плотность резьбового соединения по всей длине колонны обсадных труб, а также оптимальные физические характеристики, прочность на разрыв и прочность на скручивание.

Заказные ПЗП

Большая часть заказчиков передает в компанию короткие переводники с высококачественной резьбой и пакеры затрубного пространства собираются непосредственно на них. Это позволяет сохранить полную цельность и прослеживаемость компонентов колонны, особенно для ответственных компоновок заканчивания скважин с использованием экзотических металлов.

Две особые конструкции ПЗП

Клапаны расширения ПЗП

Система клапанов расширения

Тысячи сложных установок ПЗП доказали надежность системы клапанов расширения пакеров. Компания использует компьютерную программу собственной разработки для анализа условий на забое скважины, и рекомендует надлежащие срезаемые штифты открывающего давления и давления перепада (закрывающего) для любых скважин. Спуск в скважину систем клапанов расширения можно осуществлять на колонне инструментов над или под расширяющимся элементом.

Положение при спуске в скважину
Данная уникальная система состоит из открывающей задвижки (нормально закрытой) и клапана перепада давления (нормально открытого), как показано на чертеже компоновки при спуске в скважину. Добавочный скалывающий штырь выступает внутрь обсадной колонны для уменьшения преждевременного засорения впускных отверстий.

Положение расширения
Как показано на чертеже положения расширения, достаточное давление внутри обсадной колонны срезает штифт открывающей задвижки и расширяет элемент пакера.

Заполненное (рабочее) положение
При достижении надлежащего давления расширения, которое предопределяется выбором срезных штифтов перепада давления, клапан перепада давления закрывается и блокируется в закрытом положении гидравлическим давлением. Этот этап показан на чертеже расширенного положения.

Процесс выбора ПЗП

Компания провела обширные исследования параметров жидкостей для заполнения пакера, включая воду, буровой раствор, газы и цементный раствор, для определения специфических областей их применения. Компания проводит непрерывные исследования номенклатуры выпускаемых ПЗП для определения продолжительных воздействий дифференциального давления и температурных изменений на забое скважины, изменения скручивающих и растягивающих нагрузок, боковой нагрузки при прохождении через участки с высокой интенсивностью отклонения ствола горизонтальных скважин. Исследования продолжаются с целью наиболее полного использования изделия ПЗП для решения задач клиентов.

Каждое практическое применение ПЗП подвергается полностью компьютеризованному анализу, включая рассмотрение возможности изделия:

• Проходить через участки с максимальной интенсивностью отклонения ствола наклонных скважин без повреждения ПЗП
• Работать в забойных условиях скважины (температура, давление, воздействие флюидов)
• Расширяться и герметизировать участки внутри скважины
• Контролировать ожидаемое дифференциальное давление
  Между стенкой необсаженной скважины и внешней поверхностью пакера рекомендуется выдерживать зазор не менее 3/8 дюйма.

Номинальные значения дифференциального давления

На диаграмме проведите горизонтальную линию от внутреннего диаметра обсадной колонны или открытого ствола скважины с правой стороны диаграммы до пересечения с кривой, соответствующей выбранному размеру ПЗП. Вертикальная линия, проведенная вниз диаграммы от точки пересечения конкретной кривой ПЗП, определяет номинальное рабочее давление ПЗП В тех случаях, когда ожидаемые дифференциальные давления превышают номинальное рабочее давление, ПЗП должен быть заполнен какой-либо затвердевающей жидкостью, такой, как цементный раствор, или процесс должен быть изменен с тем, чтобы уменьшить прилагаемый перепад давления.

Инструмент для заполнения

В инструменте для заполнения применяются самозаряжающиеся сальники, расположенные с натягом внутри полированного канала, вместо уплотнительных манжет, установленных внутри обсадной колонны. Данная система облегчает работу во всех случаях, когда для заполнения ПЗП требуется применение цементного раствора или прочих затвердевающих жидкостей. Приводимая в действие давлением соединительная муфта между сальниками гарантирует, что цемент, остающийся внутри рабочей колонны, не уйдет в ствол скважины при подъеме инструмента для заполнения дополнительных пакеров затрубного пространства.
Специальная цементировочная пробка с многоступенчатым уплотнением, входящая в состав инструмента для заполнения пакера, позволяет закачивать несколько порций цемента и обеспечивает точное регулирование подачи жидкости заполнения. Подобно комбинированному инструменту, те же самые пружинные зажимные щеки обеспечивают точность глубины установки при их использовании в сочетании с фиксирующим переводником крепления постоянного пакера в скважине, или для манипуляции муфтой с циркуляционными отверстиями для ступенчатого цементирования.

Комбинированный инструмент для спуска и опрессовки

Комбинированный инструмент для спуска и опрессовки характеризуется парными уплотнительными манжетами, расположенными напротив друг друга и предназначенными для герметизации внутри обсадной колонны, и пружинных зажимных щек для точной посадки в фиксирующий переводник крепления постоянного пакера, или для задействования муфты с циркуляционными отверстиями для ступенчатого цементирования. Комбинированный инструмент для спуска и опрессовки включает в себя внутренний перепускной клапан между пространствами сверхуа и снизу уплотнительных манжет для облегчения проведения спускоподъемных операций. Комбинированный инструмент для спуска и опрессовки может заполнять буровым раствором или водой несколько ПЗП и спускаться в скважину как часть внутренней колонны для заканчивания скважин за одну спускоподъемную операцию. Для обеспечения циркуляции через комбинированный инструмент для спуска и опрессовки, на посадочном месте под инструментом устанавливаются шаровой клапан или продавливаемая цементировочная пробка. Также выпускается комбинированный инструмент для спуска и опрессовки особой конструкции с высококлассной трубной резьбой, обеспечивающий повышенную устойчивость к нагрузкам растяжения и скручивания.
Уплотнительные манжеты комбинированного инструмента для спуска и опрессовки обеспечивают эффективную герметизацию внутри обсадных колонн API. Не требуется наличия ограничителей внутри колонны обсадных труб/НКТ.

Фиксирующий переводник

Фиксирующие переводники обеспечивают точное регулирование глубины установки и заполнения нескольких ПЗП. Разрез полнопроходного внутреннего сечения фиксирующего переводника такой же, что и у муфты с циркуляционными отверстиями для ступенчатого цементирования. Фиксирующие переводники могут быть спущены в скважину сразу по несколько штук, или в сочетании с муфтами с циркуляционными отверстиями для ступенчатого цементирования.
Пружинные зажимные щеки комбинированного инструмента для спуска и опрессовки или инструмента для заполнения пакера защелкиваются в углубления, обеспечивая точное позиционирование инструмента. Подтягивание или ослабление натяжения колонны позволяет убедиться в том, что инструмент для заполнения установлен правильно.

Штуцерный переводник

Штуцерный переводник с высококачественной резьбой спускается в скважину вместе с высококачественным комбинированным инструментом для спуска и опрессовки для остановки движения жидкости под комбинированным инструментом. После закачки, циркуляция через инструментальную колонну прекращается, позволяя направить жидкость через наполняющие/цементировочные отверстия в комбинированном инструменте.
Вспомогательное седло позволяет использовать шар большего размера при проведении дополнительных работ или в случае преждевременного среза седла основного шара.

Муфта с циркуляционными отверстиями

Муфты с циркуляционными отверстиями обеспечивают ряд уникальных преимуществ по сравнению с обычными устройствами ступенчатого цементирования. Полнопроходная муфта с циркуляционными отверстиями устраняет необходимость "выбуривания" после цементирования. Их можно многократно открывать и закрывать, а также опрессовывать в закрытом положении. Для агрессивной среды и особо важных колонн обсадных труб выпускается муфта с циркуляционными отверстиями, снабженная уплотнением "металл к металлу".
Муфты с циркуляционными отверстиями вращательного типа (поворот влево - для открывания, вправо - для закрывания) выпускаются для обсадных колонн диаметром 9 5/8 дюйма и больше. Для всех других диаметров применяется скользящая муфта, которая закрывается и открывается путем приложения механических усилий, направленных вверх или вниз.
Профиль заглубленного фиксатора в муфте с циркуляционными отверстиями такой же, что и в фиксирующих переводниках, и муфта является полнопроходной для труб выбранного веса, позволяя использовать для расширения ПЗП и ступенчатого цементирования тот же самый комбинированный инструмент для спуска и опрессовки, или инструмент для заполнения ПЗП.

Гидравлический расцепитель с соединением с внутренней колонной труб

Для проведения работ с гибкими НКТ малого диаметра, обеспечивает спуск в скважину хвостовика без обычной подвески хвостовика. Гидравлический расцепитель позволяет производить циркуляцию через конец хвостовика со щелевидными продольными отверстиями или фильтр, а также вращать и расхаживать хвостовик при спуске в скважину.
Гидравлический расцепитель отсоединяет хвостовик от спускной колонны на забое скважины. При подъеме из ствола скважины внутренней колонны и инструмента для заполнения пакера, ПЗП может находиться в расширенном состоянии и муфты с циркуляционными отверстиями могут быть задействованы для цементирования конкретных секций хвостовика.
Все эти операции и технические характеристики являются стандартными в рамках предлагаемых систем для заканчивания горизонтальных скважин "за одну спускоподъемную операцию".

Улавливатель скребков

Улавливатель скребков используется в сочетании с высококачественным комбинированным инструментом для спуска и опрессовки, что позволяет использовать чистящие скребки для точного направления флюида при заполнении ПЗП цементным раствором, и/или цементировании через муфту с циркуляционными отверстиями.
Он имеет цельный посадочный профиль для посадки и закрепления скребка, обеспечивающий положительную индикацию посадки скребка. Дополнительное давление смещает скребок вниз, позволяя закачивать цемент вокруг скребка через обводные отверстия в улавливателе скребка.

Скребки

Уникальная конструкция скребков цементного раствора и посадочных скребков с почти 100% эффективностью очистки позволяет применять несколько скребков. Система скребков допускает их закачку через буровые трубы, НКТ, гибкие НКТ малого диаметра, инструменты для заполнения пакеров или через любое сочетание этих компонентов. Апробированная технология уплотнения с помощью посадочных скребков обеспечивает плотную герметизацию (без просачивания) после посадки системы под инструментом для заполнения пакера. Особая конструкция срезного зажимного патрона обеспечивает возможность сброса скребка, с последующей закачкой дополнительных скребков для продолжения работы.

Контроль миграции затрубного флюида при помощи ПЗП

Миграция затрубных флюидов во время затвердевания цементного раствора может привести к образованию пустот и каналов перетока пластового флюида в колонне цемента, приводя к межзональным перетокам и даже выходу флюидов на поверхность. Для борьбы с этой проблемой были разработаны многочисленные химические растворы. Добавление механического уплотнения (ПЗП) существенно увеличивает возможности успешного предотвращения миграции флюидов.

Без ПЗП

Как известно, затрубное давление проницаемого пласта или вблизи него может снизиться после цементирования в результате частичного развития предельного статического напряжения сдвига цементного раствора и/или фильтрации флюида из жидкого цементного раствора. В случае падения затрубного давления до или ниже пластового давления, может произойти приток флюида из пласта. Если такой приток не прекращается, в цементе затрубного пространства образуются постоянные каналы, допуская долговременную миграцию пластовых флюидов.

С ПЗП

При расширении ПЗП сразу же после посадки верхней цементировочной пробки, и, таким образом, обеспечении полной компенсации гидростатического давления, падение давления в затрубном пространстве происходит быстро, но затрубное давление достигает равновесия с пластовым давлением прежде, чем успеет развиться предельное статическое напряжение сдвига в цементе. Таким образом предотвращается долговременный приток флюидов или образование в затвердевшем цементе постоянных каналов.

Области применения пакеров затрубного пространства- вертикальные скважины

Области применения пакеров затрубного пространства - горизонтальные скважины.

Проблема: В горизонтальную скважину поступает вода в центре горизонтальной части ствола.

Решение: Спустить в скважину хвостовик для ремонта поврежденного участка обсадной колонны вместе с ПЗП. Обсадить водоносную зону сплошными трубами.

Проблема: Требуется установка цементного моста для прекращения притока воды.

Решение: Спустить в скважину ПЗП вместе с комплектом установки цементного моста.
Заполнить ПЗП. Отсоединить рабочую колонну. Закачать цемент поверх моста.

Заканчивание цементированием участка набора кривизны ствола наклонной скважины за одну спускоподъемную операцию

A. Спустить в скважину хвостовик вместе с внутренней колонной, как показано. Вращать, расхаживать и производить циркуляцию согласно требованиям.
B. Закачать шар до штуцера под инструментом для заполнения пакера.
C. Поднять давление для отсоединения от хвостовика.
D. Завести инструмент в фиксирующий переводник.
E. Поднять давление, чтобы заполнить ПЗП.
F. Отсоединиться от фиксирующего переводника и перейти к следующему ПЗП.
G. Если требуется, повторить операции п. D по п. F.
Н. Установить и открыть муфту с циркуляционными отверстиями для ступенчатого цементирования.
I. Произвести циркуляцию до требуемого состояния и зацементировать (в соответствии с указаниями).
J. Закрыть муфту с циркуляционными отверстиями для ступенчатого цементирования и провести испытание.
К. Поднять до верха хвостовика и откачать излишек цементного раствора.
L. Выполнить заканчивание скважины.

Двухслойный ПЗП для тяжелого режима работы.

Выпускается специальная конструкция, в которой применены двухслойные пластины, увеличивающие максимально допустимое дифференциальное давление более чем в 2 раза по сравнению со стандартными изделиями ПЗП. Более сотни таких двухслойных пакеров затрубного пространства были спущены в стволы горизонтальных скважин за последние два года, и только один из них вышел из строя.

Кроме расширяемых пакеров затрубного пространства, компания ENCE GmbH (ЭНЦЕ ГмбХ) может так же поставить пакеры затрубного пространства из эластомера, расширяющиеся при контакте с флюидами, которые расширяются для обеспечения изоляции зоны при контакте со скважинными флюидами. Более подробную информацию об этих пакерах можно получить здесь.