Контроль якорей для цементирования скважин и пробок для обычного цементирования

Контроль якорей для цементирования скважин и пробок при обычном цементировании

Введение
Надежность цементирования обсадных колонн и установки мостовых пробок является критически важным аспектом строительства и ремонта скважин. Якоря цементирования (цементные пакеры) и пробки играют ключевую роль в разделении зон, обеспечении целостности цементного кольца и предотвращении миграции флюидов. Контроль качества и функциональности этих элементов перед применением – обязательная процедура, гарантирующая успешное проведение операций и долгосрочную герметичность скважины. Данная статья описывает объекты, область, методы и оборудование для проведения испытаний якорей и пробок, используемых в стандартных операциях цементирования.

1. Объекты испытаний

Основными объектами контроля перед использованием в скважине являются:

1. Якоря цементирования (Цементные пакеры):

   • Центрирующие элементы: Резиновые или композитные элементы, обеспечивающие центровку колонны в стволе скважины.
   • Запирающие (уплотняющие) элементы: Резиновые манжеты (манжеты-уплотнители), которые при активации создают герметичное уплотнение между колонной и стенкой скважины или предыдущей колонной.
   • Механизм активации: Узлы, отвечающие за раскрытие уплотняющих элементов (гидравлические, механические, гидромеханические поршни, муфты скольжения).
   • Обратные клапаны: Устройства, предотвращающие обратный поток жидкости в колонну после окончания закачки цемента (шаровые, лепестковые, флопперные клапаны).
   • Соединительные элементы: Резьбовые соединения, обеспечивающие интеграцию якоря в колонну.
   • Корпус якоря: Основная несущая конструкция.

2. Пробки цементирования:

   • Разделительные пробки: Пробки (нижние/верхние), разделяющие различные жидкости в колонне (буферную жидкость, промывочную жидкость, цементный раствор).
   • Мостовые пробки: Пробки, предназначенные для установки на определенной глубине с целью изоляции нижнего интервала (например, после ремонта или ликвидации скважины).
   • Конструктивные элементы пробок: Корпус, уплотнительные элементы (манжеты, кольца), разрушаемые элементы (для прохода бурильных труб или долота), элементы фиксации.

2. Область испытаний

Испытания проводятся для проверки следующих ключевых характеристик:

• Герметичность:
  • Уплотнение между корпусом якоря/пробки и стенкой испытательного стенда (имитация стенки скважины или предыдущей колонны).
  • Герметичность обратных клапанов якорей при прямом и обратном давлении.
  • Герметичность уплотнений пробок при давлении сверху и снизу.
• Функциональность механизмов активации:
  • Надежность срабатывания механизма раскрытия уплотняющих элементов якоря при расчетном давлении или нагрузке.
  • Фиксация якоря в активированном положении.
  • Надежность срабатывания механизмов фиксации мостовых пробок.
• Прочность и целостность:
  • Механическая прочность корпуса, соединительных элементов и элементов конструкции под воздействием расчетных нагрузок (растяжение, сжатие, внутреннее давление).
  • Целостность уплотнительных элементов под нагрузкой и после испытаний.
  • Способность разрушаемых элементов пробок разрушаться при расчетном давлении или механическом воздействии.
• Гидравлическая эффективность:
  • Проверка пропускной способности каналов якоря после активации (для обратных клапанов, пропускающих жидкость в одном направлении).
  • Проверка свободного прохода пробок через имитаторы сужений в колонне (замки, муфты).
• Соответствие спецификациям: Габаритные размеры, вес, состояние резьбовых соединений, маркировка.

3. Методы испытаний

Методы контроля основаны на имитации условий, приближенных к реальным скважинным:

1. Испытания на герметичность и прочность под давлением:

   • Гидравлическое испытание: Объект помещается в испытательный стенд, герметизируется. Внутрь корпуса или в межтрубное пространство подается жидкость (вода, инертная жидкость) под давлением, превышающим расчетное рабочее для данного типа оборудования и глубины применения. Выдерживается заданное время. Контролируется отсутствие падения давления (герметичность) и визуальная целостность.
   • Испытание на срабатывание: Для якорей: подается давление в колонну (или в межтрубное пространство, в зависимости от типа активации) до срабатывания механизма раскрытия уплотнителей. Фиксируется давление срабатывания. После активации проводятся испытания на герметичность уплотнения.
   • Испытание обратных клапанов: Проверка сдерживания обратного давления после пропускания прямого потока жидкости.

2. Механические испытания:

   • Испытание на растяжение/сжатие: К объекту прикладываются осевые растягивающие или сжимающие нагрузки с помощью силовых установок для проверки прочности корпуса и соединений.
   • Испытание на прохождение сужений (для пробок): Пробка пропускается через секции испытательного стенда, имитирующие внутренние диаметры обсадных труб, муфт и замков, для проверки отсутствия заклинивания и целостности уплотнений.

3. Функциональные испытания:

   • Проверка свободного хода элементов скольжения.
   • Проверка разрушения разрушаемых элементов пробок под давлением или ударной нагрузкой.
   • Проверка фиксации мостовых пробок в имитаторе упора.

4. Визуальный и измерительный контроль:

   • Осмотр состояния поверхности, резьб, уплотнительных элементов на отсутствие повреждений, трещин, деформаций.
   • Контроль габаритных размеров, диаметров уплотнительных элементов, длины с помощью калибров и измерительного инструмента.
   • Проверка соответствия маркировки.

4. Испытательное оборудование

Для проведения контроля используется специализированное оборудование:

1. Испытательные стенды (прессы):

   • Гидравлические испытательные стенды: Установки, обеспечивающие создание и точное регулирование высокого давления жидкости (до значений, значительно превышающих пластовое давление на глубине применения). Оснащены манометрами высокого класса точности, клапанами управления, системой безопасности.
   • Силовые установки для механических испытаний: Установки для приложения контролируемых растягивающих или сжимающих нагрузок (гидравлические или механические прессы) с динамометрами и датчиками перемещения.
   • Специализированные стенды для испытания пробок: Стенды с секциями труб разного диаметра, имитирующими сужения в обсадной колонне, и приспособлениями для приложения давления к пробке.

2. Контрольно-измерительные приборы:

   • Манометры и датчики давления: Высокоточные приборы для непрерывного измерения и регистрации давления в системе.
   • Расходомеры: Для контроля расхода жидкости при проверке проходимости.
   • Динамометры и тензодатчики: Для измерения прикладываемых механических нагрузок.
   • Калибры и измерительный инструмент: Калибровые кольца, микрометры, штангенциркули, глубиномеры для проверки размеров.
   • Системы регистрации данных: Для фиксации параметров испытаний (давление, время, нагрузка, перемещение).

3. Вспомогательное оборудование:

   • Насосные агрегаты высокого давления.
   • Системы подготовки и подачи испытательной жидкости.
   • Системы безопасности: предохранительные клапаны, защитные кожухи.
   • Приспособления для монтажа и фиксации испытуемых образцов.

Заключение
Строгий контроль якорей для цементирования и пробок перед их спуском в скважину – неотъемлемая часть обеспечения качества работ по цементированию. Испытания, проводимые по стандартизированным методикам на специализированном оборудовании, позволяют выявить скрытые дефекты, подтвердить соответствие оборудования заявленным характеристикам и гарантировать его надежную работу в условиях высоких давлений, температур и механических нагрузок, характерных для скважинной среды. Результатом такого контроля является минимизация рисков аварийных ситуаций, обеспечение проектной изоляции пластов и долговечности скважины.